奔騰 (初代)

奔騰是Intel於 1993 年 3 月 22 日推出的微處理器，是奔騰系列品牌中的第一款 CPU。 它是與80486相容的指令集，但它是一種全新的、非常不同的微架構設計。 P5 奔騰是第一個超標量x86微架構，也是世界上第一個量產的超標量微處理器。它包括雙整數管道、更快的浮點單元、更寬的資料匯流排、單獨的程式碼和資料快取以及許多其他技術和功能，以提高效能並增強安全性。它被認為是 8086 相容處理器系列中的第五代主要產品，其代號和微架構稱為"P5" 。與自奔騰以來英特爾的所有新處理器一樣，P5添加了一些新指令以增強特定型別工作負載的效能。奔騰是第一個為類似於大型 IBM 大型計算機的多處理提供強大硬體支援的 Intel x86處理器。這種新能力在之前的x86處理器代和競爭對手的處理器中是不存在的。為了發揮其最大潛力，必須最佳化編譯器以利用新的超標量雙流水線和需要重新編譯的應用程式提供的指令級並行性。英特爾花費大量精力和資源與開發工具供應商，主要的獨立軟體供應商(ISV) 和作業系統(OS) 公司合作，在產品釋出之前針對奔騰最佳化他們的產品。1996 年 10 月，推出了類似的奔騰MMX ，採用MMX 指令集、擁有更大的快取和其他一些增強功能補充了相同的基本微架構。競爭對手包括摩托羅拉 68040 、摩托羅拉 68060 、PowerPC 601 ，以及SPARC、MIPS 、Alpha系列，其中大多數有時也使用超標量有序雙指令流水線配置。英特爾在 2000 年初停止了 P5 奔騰 處理器，轉而使用Celeron處理器。開發.P5 微架構是由曾經設計386和486的Santa Clara團隊設計的。 設計工作始於1989年； 團隊決定使用具有片上快取、浮點和分支預測的超標量架構。初步設計於1990年成功模擬，隨後設計了佈局。到了這個時候，這個團隊已經有幾十名工程師了。該設計於 1992年4月流片，此時 beta 測試開始。 到1992年年中，P5 團隊已有 200 名工程師。 英特爾最初計劃於1992年6月在PC Expo貿易展上展示 P5，並於1992年9月正式宣佈該處理器， 但設計問題迫使演示被取消，晶片的正式推出也被推遲直到1993年春天。最初 386 的首席設計師約翰·克勞福德 ( John H. Crawford ) 與管理架構團隊的唐納德·阿爾珀特 (Donald Alpert) 共同管理了 P5 的設計 。 Dror Avnon 管理了 FPU 的設計。 Vinod K. Dham是 P5計劃的總經理。英特爾的Larrabee多核架構專案使用源自 P5 的處理器核心，並透過使用多執行緒、 64 位指令和 16 寬向量處理單元進行了增強。 早期Atom處理器核心中採用的英特爾低功耗Bonnell 微架構也使用類似於 P5 的有序雙流水線。因為數字不能註冊商標，所以英特爾將此係列命名為奔騰而非80586對 i486 的改進.P5 微架構比之前的 i486 架構帶來了幾個重要的進步。奔騰可以每秒執行超過 1 億條指令(MIPS)， 75MHz 模型在某些基準測試中能夠達到 126.5 MIPS。 在普通基準測試中，奔騰架構的每個時鐘週期通常可以提供略低於 486 處理器效能的兩倍。最快的 80486 部件幾乎與第一代 奔騰一樣強大，而AMD Am5x86在純 ALU 效能方面與 奔騰 75 大致相當。部分60-100MHz的早期版本P5奔騰處理器在浮點單元中存在問題，導致某些除法運算的結果不正確。這個漏洞是由弗吉尼亞州林奇堡學院的 Thomas Nicely 教授於 1994 年發現的，它被廣泛稱為奔騰 FDIV 漏洞，並讓英特爾顏面掃地，該公司隨後啟動了一個換貨計劃來更換有故障的處理器。1997 年，發現了另一個錯誤，它可能允許惡意程式在沒有任何特殊許可權的情況下使系統崩潰，即“ F00F 錯誤”。所有 P5 系列處理器都受到了影響，並且沒有釋出任何已修復此問題的P5處理器，但是現代作業系統已經修補了此錯誤。核心和後續產品.奔騰是英特爾在 1990 年代中期用於個人計算機的主要微處理器。原始設計在更新的處理器中重新實現，並添加了新功能以保持其競爭力，並針對行動式計算機等特定市場推出了其他變體。因此，P5微體系結構有幾種變體。P54C.第一個奔騰微處理器核心的代號為“P5”。它的產品程式碼是80501。80501有兩個版本，指定執行在各60兆赫和66MHz，皆使用Socket 4 。 奔騰 的第一個實現使用傳統的 5 伏電源。它包含 310 萬個電晶體，測得 16.7毫米乘 17.6mm，面積為 293.92毫米2 。 它使用0.8μm雙極互補金氧半導體 ( BiCMOS ) 工藝。 與隨後緊跟的型號相比，80851的5伏設計導致其工作頻率的能耗相對較高。1994 年 P5的後續型號的是 P54C (80502)，其版本指定為各版本在75、90 或 100MHz執行，使用 3.3 伏電源和Socket 5 ，這是第一個在 3.3伏電壓下執行的奔騰處理器，降低了能耗，但需要在主機板上進行電壓調節。與時鐘頻率較高的 486 處理器一樣，它使用內部時鐘倍頻器，讓內部電路以比外部地址和資料匯流排更高的頻率工作，但是由於物理限制，其調節外部頻率更加複雜和麻煩。它還允許雙向多處理，並具有整合的本地 APIC和新的電源管理功能。它包含 330 萬個電晶體，面積163個平方毫米。 它使用BiCMOS 製程製造。P54CQS.1995 年初，P54C的的後續產品是 P54CQS，其執行速度為 120MH。它使用0.35μmBiCMOS 工藝，是第一個以 0.35微米工藝製造的P5處理器。 它的電晶體數量與 P54C 相同，儘管工藝較新，但它的芯片面積也相同。晶片使用引線鍵合連線到封裝，僅允許沿晶片邊緣連線。因為導線的長度有限制，而且晶片的邊緣會遠離封裝上的焊盤，所以較小的晶片需要重新設計封裝，。此問題解決方案是保持晶片尺寸不變，保留現有的焊盤環，只減小奔騰邏輯電路的尺寸，使其能夠實現更高的時鐘頻率。P54CS.P54CQS 緊隨其後的是 P54CS，它在 133、150、166 和 200MHz下執行，並引入了Socket 7 。它包含 330 萬個電晶體，芯片面積為90 mm 2並以 0.35μm BiCMOS 工藝生產。P24T.用於486系統的 P24T 奔騰OverDrive於 1995 年釋出，基於 3.3V 0.6μm製程，使用 63 或 83 MHz時鐘。由於這些處理器使用Socket 2 / 3 ，因此必須進行一些修改以補償 486 主機板的 32 位資料匯流排和較慢的板載 L2 快取。因此，他們配備了32KB的L1 快取。P55C.P55C；儘管它基於 P5 核心，但它具有一組新的 57 條“MMX”指令，旨在提高多媒體任務的效能，例如編碼和解碼數字媒體資料。 奔騰MMX系列於 1996 年 10 月 22 日宣佈，並於 1997 年 1 月釋出。新指令適用於新的資料型別：8 個 8 位整數、四個 16 位整數、兩個 32 位整數或一個 64 位整數的 64 位壓縮向量。因此，例如，PADDUSB指令將兩個向量相加，每個向量包含八個 8 位無符號整數，按元素計算；每個溢位的加法都會"飽和"，產生 255，這是可以用一個位元組表示的最大無符號值。這些相當專業的指令通常需要程式設計師進行特殊編碼才能使用。核心的其他變化包括一個 6 級管道。它包含 450 萬個電晶體，面積為 140平方毫米 。該過程具有四個互連級別。雖然 P55C 仍然與Socket 7相容，但為晶片供電的電壓要求與標準的 Socket 7 規格不同。在 P55C 標準建立之前為 Socket 7 製造的大多數主機板不符合該 CPU 正常執行所需的雙電壓軌。英特爾透過 OverDrive 升級套件解決了這個問題，該套件採用具有自己電壓調節功能的內插器。Tillamook.奔騰 MMX 筆記本 CPU 使用了一個固定 CPU 的"移動模組"。該模組是一塊印刷電路板(PCB)，CPU 以較小的形式直接連線到其上。模組卡在筆記本主機板上，通常會安裝一個散熱器並與模組接觸。隨著 0.25μm "Tillamook" Mobile Pentium MMX的推出，該模組還添加了430TX晶片組以及系統的 512 KB靜態隨機存取儲存器(SRAM) 快取記憶體。參考.英特爾手冊.這些官方手冊提供了奔騰處理器及其特性的概述：