펜티엄 4

펜티엄 4() 프로세서는 인텔이 생산했던 데스크탑, 노트북, 엔트리 레벨 서버(entry level server)용 싱글 코어 CPU이자 7세대 x86 아키텍처 마이크로프로세서이다. 1995년 펜티엄 Pro 프로세서에 처음 도입되어 펜티엄 III 프로세서까지 사용된 P6 마이크로아키텍처의 후속인 넷버스트 마이크로아키텍처로 새롭게 설계한 프로세서이며 2006년 7월 26일에 라인이 종료되었고, 인텔 코어 2의 라인으로 대체되었다.

매우 깊은 파이프라인 구조, 의도적인 높은 동작 클럭이 특징이며, SSE2와 64Bit 부동소수점 계산이 도입되었다. 나중에 발표된 펜티엄4 모델에는 하이퍼스레딩, SSE3가 도입되었다.

마이크로아키텍처 
초기에는 응용 프로그램의 코드 활용 능력이 펜티엄 4가 펜티엄 III보다 빠를 것으로 예상하였다. 그러나 응용 프로그램에서의 많은 x86 부동소수점 명령어를 분기 명령을 실행할 때, 펜티엄 4는 이전 프로세서인 펜티엄 III보다 속도가 비슷하거나 뒤떨어졌다. 게다가 넷버스트 아키텍처는 인텔의 이전 프로세서보다 발열이 심했는데 특히 2세대 노스우드에서 3세대 프레스캇으로 넘어가면서 발열, 전력소모가 심하게 증가하였다.

프로세서 코어

윌라멧(Willamette, 180nm) 
2000년 11월 발표된 넷버스트 마이크로아키텍처 기반 펜티엄 4 프로세서의 첫 번째 코어이다. 4,200만 개의 트랜지스터가 집적되었고 180nm의 제조공정과 217mm2의 다이 크기를 가지며 1.75V의 동작전압을 요구한다. Streaming SIMD Extensin 2 (SSE2) 명령어의 지원과 20단계의 파이프라인, 향상된 분기 예측, 그리고 쿼드 펌프드(Quad Pumped) 기술을 이용한 400Mhz FSB, 실행 추적 캐시 등이 도입되었다.

펜티엄 4의 첫 모델이였으나, 펜티엄 4 프로세서와 조화를 이루던 RDRAM의 터무니 없이 비싼 가격과 SDRAM으로 펜티엄 4 시스템을 구성하게 되면 SDRAM의 대역폭(133MHz)이 프로세서 FSB(400MHz)보다 차이가 나 병목 현상이 발생해 펜티엄 III 프로세서보다 퍼포먼스가 떨어지는 문제점이 있었고, 클럭당 낮은 효율, 높은 발열 및 전압 및 형편없는 오버클럭킹 수율로 비난을 받았다.

 L1 캐시: 8KB (데이터) + 12Kuops (트레이스 캐시)
 L2 캐시: 256KB, 풀 스피드
 시스템 버스(FSB): 400Mhz (100MHz X 4 QPB)
 명령어: MMX (명령어 집합), SSE, SSE2
 소켓: PGA 423, mPGA 478
 제조 공정: 180nm
 트랜지스터 집적 수: 4,200만개
 코어 전압: 1.75V
 클럭 속도: 1.3Ghz, 1.4Ghz, 1.5Ghz, 1.6Ghz, 1.7Ghz, 1.8Ghz, 1.9Ghz, 2.0Ghz

노스우드(Northwood, 130nm) 
1. 노스우드 A

2002년 1월에 발표된 윌라멧 코어의 뒤를 잇는 펜티엄 4 프로세서의 두 번째 코어이다. 5,500만개의 트랜지스터가 집적되었으며, 130nm 공정 도입으로 다이 크기가 131mm2로 줄었다. 공정 미세화로 인해 동작 전압(1.5V 수준)과 발열이 낮아졌고 오버클럭킹 수율이 윌라멧 코어보다 대폭 향상되었다. L2 캐시가 512KB로 늘어났다는 특징이 있다.

 L1 캐시: 8KB (데이터) + 12Kuops (트레이스 캐시)
 L2 캐시: 512KB, 풀 스피드
 시스템 버스(FSB): 400Mhz (100MHz X 4 QPB)
 명령어: MMX (명령어 집합), SSE, SSE2
 소켓: mPGA 478
 제조 공정: 130nm
 트랜지스터 집적 수: 5,500만개
 코어 전압: 1.5V ~ 1.525V
 클럭 속도: 1.6A Ghz, 1.8A Ghz, 2.0A Ghz, 2.2A Ghz, 2.4A Ghz, 2.6A Ghz, 2.8A Ghz 3.0A Ghz

2. 노스우드 B

2002년 4월에 발표되었으며, FSB가 533Mhz로 향상된 코어이다. 2002년 8월에 발표된 3.06Ghz 제품부터 하이퍼스레딩 기술이 추가되었다.

 L1 캐시: 8KB (데이터) + 12Kuops (트레이스 캐시)
 L2 캐시: 512KB, 풀 스피드
 시스템 버스(FSB): 533Mhz(133MHz X 4 QPB)
 명령어: MMX (명령어 집합), SSE, SSE2
 소켓: mPGA 478
 제조 공정: 130nm
 트랜지스터 집적 수: 5,500만개
 코어 전압: 1.5V ~ 1.55V
 클럭 속도: 2.26Ghz, 2.4Ghz, 2.53Ghz, 2.66Ghz, 2.8Ghz, 3.06Ghz

3. 노스우드 C

2003년 4월 발표된 노스우드 코어의 최종 버전이다. FSB가 800Mhz로 향상되었으며 전 모델이 하이퍼스레딩을 지원한다.

 L1 캐시: 8KB (데이터) + 12Kuops (트레이스 캐시)
 L2 캐시: 512KB, 풀 스피드
 시스템 버스(FSB): 800Mhz(200MHz X 4 QPB)
 명령어: MMX (명령어 집합), SSE, SSE2
 소켓: mPGA 478
 제조 공정: 130nm
 트랜지스터 집적 수: 5,500만개
 코어 전압: 1.475V ~ 1.55V
 클럭 속도: 2.4Ghz, 2.6Ghz, 2.8Ghz, 3.0Ghz, 3.2Ghz, 3.4Ghz

 모바일 펜티엄 4 (Mobile Pentium 4, 90nm) 

모바일용으로 제작된 펜티엄 4이다. 70W의 전력을 소모하며 이로 인해 발열이 상당히 심하다는 특징이 있다.

 모바일 펜티엄 4 M (Mobile Pentium 4 M, 90nm) 

2002년 4월에 발표된 모바일용 노스우드 코어이다. 인텔 센트리노 기술로 알려진 스피드스텝과 디퍼 슬립 기술이 추가되었다.

익스트림 에디션, 갈라틴 (Gallatin, 130nm) 
2003년 9월 AMD의 애슬론64 FX 시리즈를 견제하기 위해 출시된 펜티엄 4 익스트림 에디션의 코어이다. 일반적인 펜티엄 4 프로세서와는 달리 2MB의 L3 캐시가 내장되어 있는데 이는 서버 / 워크스테이션에서 주로 사용되는 제온 MP 프로세서의 갈라틴 코어에서 파생되었기 때문이다. mPGA 478 소켓, 800Mhz의 FSB, 하이퍼스레딩을 지원한다.

프레스캇(Prescott, 90nm) 
1. 프레스캇 A

2004년 1월에 발표된 노스우드 코어의 뒤를 잇는 펜티엄 4 프로세서의 세 번째 코어이다. 1억 2,500만개의 트랜지스터가 집적되었으며, 90nm 공정으로 제조되었다. SSE3 명령어가 추가되었다. L1 캐시가 16KB, L2 캐시가 1MB로 증가하였으며 31단계의 파이프라인을 가지고 있다. 공정의 미세화로 인해 코어의 크기와 전압이 줄었다는 장점이 있지만 전류 누설이 심해 발열이 심하였다. 크게 증가한 쿨러 속도가 5000RPM까지 올라가는 경우가 있었고 이로 인한 소음이 상당하였으며, 파이프라인이 기존 20단계에서 31단계로 증가하였지만 예상 외로 코어 클럭이 3.4 GHz밖에 미치지 못하였다. 잘못 실행한 명령 혹은 데이터가 존재하면 처리중인 작업을 취소하고 1단계부터 다시 31단계의 연산 과정을 겪어야 하기 때문에 상당히 비효율적이였으며, 때문에 클럭 당 효율(IPC)이 낮아지게 되고 오히려 노스우드 C 코어보다 연산 속도가 느려질 수 있다는 문제점도 있었다.

프레스캇 A는 533Mhz의 FSB와 하이퍼스레딩을 지원하지 않는다는 특징이 있다.

 L1 캐시: 16KB (데이터) + 12Kuops (트레이스 캐시)
 L2 캐시: 1024KB, 풀 스피드
 시스템 버스(FSB): 533Mhz (133Mhz X 4 QPB)
 명령어: MMX (명령어 집합), SSE, SSE2, SSE3
 소켓: mPGA 478
 제조 공정: 90nm
 트랜지스터 집적 수: 1억 2,500만개
 코어 전압: 1.25V ~ 1.4V
 클럭 속도: 2.4A Ghz, 2.6A Ghz, 2.8A Ghz

2. 프레스캇 E

프레스캇 A와 같이 발표 되었으나 800Mhz의 FSB와 전 모델이 하이퍼스레딩을 지원한다는 차이점이 있다.

 L1 캐시: 16KB (데이터) + 12Kuops (트레이스 캐시)
 L2 캐시: 1024KB, 풀 스피드
 시스템 버스(FSB): 800Mhz (200MHz X 4 QPB)
 명령어: MMX (명령어 집합), SSE, SSE2, SSE3
 소켓: mPGA 478
 제조 공정: 90nm
 트랜지스터 집적 수: 1억 2,500만개
 코어 전압: 1.25V ~ 1.4V
 클럭 속도: 2.4E Ghz, 2.6E Ghz, 2.8E Ghz, 3.0E Ghz, 3.2E Ghz, 3.4E Ghz

3. 프레스캇 5x0

기존 클럭 표기에서 "5xx"의 프로세서 넘버로 바꾸어 붙이기 시작한 첫 코어이다. 이 모델을 시작으로 인텔은 메인 버스를 PCI-Express로, 메모리를 DDR2로 바꾸면서 소켓을 LGA775로 변경하였다. 이 때부터 인텔은 클럭보다는 부가 기능의 유무로 프로세서의 상하를 구분하여 가격을 매겨 판매하기 시작하였는데 "5x1"과 같은 프로세서 넘버가 그런 경우이다 (EM64T 추가 모델).

G1 리비전에 도달하면서 발열과 전력소모가 안정되었고, 오버율 또한 상당히 향상되었다.

 L1 캐시: 16KB (데이터) + 12Kuops (트레이스 캐시)
 L2 캐시: 1024KB, 풀 스피드
 시스템 버스(FSB): 533Mhz (133Mhz X 4 QPB), 800Mhz (200MHz X 4 QPB)
 명령어: MMX (명령어 집합), SSE, SSE2, SSE3 ("5x1"계열은 EM64T 추가)
 소켓: LGA 775
 제조 공정: 90nm
 트랜지스터 집적 수: 1억 2,500만개
 코어 전압: 1.25V ~ 1.4V
 클럭 속도: 2.66Ghz, 2.8Ghz, 2.93Ghz, 3.0Ghz, 3.06Ghz, 3.2Ghz, 3.4Ghz, 3.6Ghz, 3.8Ghz

4. 프레스캇 6x0

2005년 1분기 발표된 코어로 프레스캇의 차기 개발 제품으로 4Ghz를 목표로 했던 테자스가 발열과 전력소모를 문제로 취소되면서 그 공백을 메꾸기 위한 목적으로 출시되었다. L2 캐시가 2MB으로 증가되었다. 2005년 2월 VT가 추가된 모델이 발표되었으며 프로세서 번호는 "6x2"이다.

 L1 캐시: 16KB (데이터) + 12Kuops (트레이스 캐시)
 L2 캐시: 2048KB, 풀 스피드
 시스템 버스(FSB): 800Mhz (200MHz X 4 QPB)
 명령어: MMX (명령어 집합), SSE, SSE2, SSE3, EM64T ("6x2"계열은 VT 추가)
 소켓: LGA 775
 제조 공정: 90nm
 트랜지스터 집적 수: 1억 6,900만개
 코어 전압: 1.25V ~ 1.4V
 클럭 속도: 2.8Ghz, 3.0Ghz, 3.2Ghz, 3.4Ghz, 3.6Ghz, 3.8Ghz

시더밀(Cedar Mill, 65nm) 
프레스캇 코어의 뒤를 잇는 펜티엄 4 프로세서의 네 번째 코어이자 넷버스트 아키텍처로 제작된 펜티엄 4의 마지막 프로세서 코어로 본래 테자스의 65nm판으로 계획된 모델이다. 공정 미세화로 발열이 다소 낮아졌다. 프로세서 번호는 "6x1"이다.

 L1 캐시: 16KB (데이터) + 12Kuops (트레이스 캐시)
 L2 캐시: 2048KB, 풀 스피드
 시스템 버스(FSB): 800Mhz (200MHz X 4 QPB)
 명령어: MMX (명령어 집합), SSE, SSE2, SSE3, EM64T
 소켓: LGA 775
 제조 공정: 65nm
 트랜지스터 집적 수: 1억 8,800만개
 코어 전압: 1.25V ~ 1.325V
 클럭 속도: 3.0Ghz, 3.2Ghz, 3.4Ghz, 3.6Ghz

외부 링크 
  인텔 공식 문서

인텔의 마이크로프로세서
2000년 컴퓨팅