Pentium III

Pentium III on Inteli lauaarvutitele ja sülearvutitele mõeldud P6-mikroarhitektuuriga 32-bitine mikroprotsessor. Algsed protsessorid olid tagasiühilduvad Pentium II-ga. Märkimisväärseim täiendus oli SSE käsustik, mis aitas kiirendada ujukomaarvutusi ja paralleelseid arvutusi. Peale selle tutvustas Intel Pentium III seeriaga esmakordselt vastuolulist seerianumbrit, mis prinditi kiibile tootmisprotsessi ajal. Teised Pentium III tuumad lisasid veel muid tunnusjooni nagu 256 ja 512 kB L2 vahemälud, mis mahutati ühele kiibile, ja üldiselt vähendatud mõõtmed.
Tänu suuremale taktsagedusele ja uutele tehnoloogiatele on protsessori kiirus järk-järgult tõusnud. Algselt väljalastud 450 MHz protsessor oli ainult 5 protsenti kiirem kui sama taktsagedusega Pentium II. Aga Pentium III, mudel 500 MHz, oli omakorda 11 protsenti kiirem kui sama taktsagedusega Pentium II protsessor. See tekitaski algul küsimuse, miks üldse osta Pentium III protsessorit, kui sai osta odavamalt Pentium II. Taktsageduse suurenedes kasvas kiiruste vahe märgatavalt.
Seda tutvustati 26. veebruaril 1999 ja samal aastal lasti protsessorid müüki. Müügiedu takistas kallis turuhind. 450 MHz mudel maksis 1650 Austraalia dollarit Seda kõike mõjutas lisaks ka odavate Intel Celeron protsessorite ülekiirendamine. Ülekiirendamiseks oli vaja väga kõrget voolutugevust(kuni 300A). Sellise voolutugevuse saavutamiseks oli vaja spetsiaalset tehnikat.
Uute Pentium III mudelite turule tulemisega ei saadud ülekiirendamisega enam ligilähedasi tulemusi.
Üldiselt protsessorist.
Pentium III tõi kaasa kaks muudatust: ühe suurema ja teise väiksema. Suuremaks muudatuseks oli uued 128-bitised registrid, mis igaüks suutis käsitleda 4 ujukomaarvu. Lisati veel 70 uut masinakäsku, mis parandasid 3D-graafika, pildinduse, hääletuvastuse ja muusikarakenduste kiirust. Uuenduse töötamiseks oli vaja uut operatsioonisüsteemi. Selleks sobis Windows 98, kuid oli vaja installida vajalik tarkvara. Windows 2000 sobis selleks juba ideaalselt. Protsessoril on 32-bitine aadressisiin ja 64-bitine andmesiin. Andmesiini taktsagedusi oli kaks: 100 MHz ja 133 MHz. Algul oli 100 MHz mudelit rohkem ja mõned üksikud 133 MHz sagedusega esisiini. Tootmise lõpupoole kadus 100 MHz sagedusega esisiin üldse ära.
Väiksem muudatus oli protsessori seeriakoodi (PSN) lisamine, mis tekitas palju vastukaja. Intel proovis algul selle mure lahendamiseks tuua turule tarkvara, mis külmutab selle koodi. Miks üldse selle koodiga jõuti kohtuni välja? See rikkus isikukaitse seadusi, sest arvuti oli internetis tuvastav. Sellega oli privaatsus kadunud. Mudeliga Tualatin kadus see kood täielikult.
Protsessori tuumad.
Oma eluaja jooksul kahanes Pentium III mikroprotsessori tuuma suurus kaks korda – 0,25 mikronilt 0,18 mikronile ja siis hiljem 0,13 mikronile. Nagu ka varasemad x86 protsessorite põlvkonnad, koosneb Pentium III perekond mõnest alamperekonnast, mis leidsid kasutust erinevates arvutituru allüksustes.
Celeroni kaubamärk oli suunatud madalama jõudlusega arvutitele. Xeon oli mõeldud suurema jõudlusega seadmetele (serverid, tööjaamad) ja nende derivaatidele. Pärast Pentium 4 väljalaset jäi Tualatini tuum Pentium M protsessorite aluseks. See kasutas erinevaid ideid P6 mikroarhitektuurist. Järgnevalt kasutati Pentium M mikroarhitektuuri Pentium M kaubamärgi protsessorites, mitte NetBurst CPU-d mis leidub Pentium 4 protsessorites, mis moodustasid Inteli energiasäästlikku Tuuma mikroarhitekruuri Core 2, Pentium Dual-Core, Celeron(Core) ja Xeon.
Katmai.
Katmai oli esimene Pentium III protsessor. Seda võib lugeda pea täielikult sarnaseks Pentium II viimaste mudelitega, välja arvatud need eeltoodud kaks uuendust. Esimesena tulid välja 450 MHz ja 500 MHz taktsagedusega ning järk-järgult ülejäänud: 533 MHz, 550 MHz, 600 MHz protsessorid. Varasematel mudelitel kasutatud 100 MHz esisiini asemel hakati kasutama 133 MHz esisiini. See kõik toimus 7 kuu jooksul. Üleüldse oli Pentium III ajastul areng ülimalt kiire. Kolme aastaga tõusis taktsagedus kolm korda.
Taktsageduse tõus tingis ka voolutarbe suurenemise, mis omakorda nõudis paremat jahutust. Jahutusega tekkiski mure mudeliga 550 MHz 1999. aastal. Jahutus ei suutnud jahutada seda protsessorit, mille tagajärjel tekkisid ülekuumenemised, mis omakorda tekitasid fännides pahameelt. See mure aga lahenes viimase katmai mudeli puhul.
Üldiselt suurimaks probleemiks oli teise astme vahemälu. Vahemälu andis välja ainult pool võimalikust kiirusest. Sokliks oli slot 1, aga väikse uuendusega, mis lubas otse ühendada protsessorijahutuse protsessoriga. Katmai protsessor koosneb 9,5 miljonist transistorist ja on mõõtudega 12,3×10,4 mm. Seda valmistati Inteli P856.5 protsessorites – 0,25-mikromeetrine CMOS toiming viie alumiiniumsidususe tasandiga. Katmai protsessor kasutas samasugust süvendipõhist disaini nagu Pentium II, aga uuemat üheservalist ühenduskassetti, mis võimaldas jahutusradiaatoril luua otsese kontakti CPU tuumaga. Mõned varasemad Pentium III versioonid sisaldasid vanemaid üheservalisi ühenduskassette, mis olid mõeldud OEM-i jaoks.
Coppermine.
Teine Pentium III variatsioon oli "Coppermine" protsessor, tootekoodiga Intel 80526. See lasti välja 25. oktoobril 1999. Coppermine protsessor töötas taktsagedustel 500, 533, 550, 600, 650, 667, 700 ja 733 MHz. Hiljem, detsember 1999 kuni mai 2000, tulid juurde protsessorid taktsagedusega 750, 800, 850, 866, 900, 933 ja 1000 MHz (1 GHz). Toodeti nii 100 kui ka 133 MHz esisiiniga versioone. Võrreldes üldist suutlikkust AMD Athlon protsessoritega, oli Coppermine veidi parem, mis küll muutus vastupidiseks varsti pärast seda, kui AMD uuendas Athlonit sisseehitatud L2 vahemäludega. Athlon omas edumaad komakoha-arvutuste koodiga, samal ajal kui Coppermine'i suutlikkus oli suurem SSE käsustiku optimeerimisel, kuigi praktikaliselt oli jõudluse vahe vaevumärgatav. Samas õnnestus AMDl Athloni taktsagedus viia 1,2 GHz peale, isegi enne Pentium 4 väljalaskmist.
Teise astme vahemälu on vähendatud 256 kB ning on integreeritud protsessori sisse. Teise taseme vahemälu latentsusaega on oluliselt lühendatud, mis tagab protsessori märgatava kiiruse tõusu võrreldes varasema mudeliga. Protsessor vajab madalamat pinget ja üleüldiselt vähem voolu. Transistoride arvu on tõstetud 28 miljonini ja protsess on viidud 180 nm täpsuseni.
Varasematel protsessori versioonidel puudus jahuti ja protsessori vahelt integreeritud soojushajuti (inglise keeles 'Integrated Heat Spreader' ehk 'IHS'), mis küll lisati hilisemates versioonides, kuid see ei parandanud soojusjuhtivust, kuna IHS lisas protsessori ja jahuti vahele kõigest lisa kihi metalli ja soojuspastat. Samas oli IHS hea abimees jahuti surumiseks täpselt vastu protsessorit, et puuduks õhuvahe. Kuna algselt puudus Coppermine'i protsessoritel IHS, oli jahuti paigaldamine väga keeruline, sest kui jahuti ja protsessori vahele jäi tühi ala, vähenes soojusjuhtivus suuresti.
2000. aasta keskel välja lastud 1,13 GHz Coppermine kadus turult kiiresti ebastabiilsuse tõttu ja reaalselt ei suutnud protsessor 1,13 GHz-ni jõuda. Jõudlusanalüüsides oli suutlikkus 1 GHz protsessoritega täpselt samal tasemel. Intelil kulus vähemalt kuus kuud probleemide lahendamiseks kasutades uut cD0 sammustikku. 1.1 ja 1.13 GHz versioonid anti uuest välja 2001 aastal.
Coppermine-T.
Coppermine-T-d võib lugeda üleminekutehnoloogiaks Tualatinile. Kõige suurem muudatus on see, et Coppermine-T tuum suudab töötada madalama pingega emaplaatidel. Intel kasutas uusimatel Coppemine'i protsessoritel cD0-sammustikku ja muutis neid, et need töötaksid madala pingega süsteemisiinidel pingel 1,25 V AGTL ja ka normaalpingega 1,5 V AGTL+ signaaltasanditel ning tunneks automaatselt ära diferentsiaalse ja üksiklõpuga taktsageduse. See uuendus muutis need ühilduvaks uusima põlvkonna Socket-370 kaartidega, mis toetasid FC-PGA2-ga varustatud protsessoreid. Samal ajal olid need ühilduvad ka vanemate FC-PGA paneelidega. Coppermine-T protsessoril oli kahepoolne sümmeetriline mitmiktöötluse võimalus, kuid ainult FC-PGA 2 paneelidel. T oli ka ainus integreeritud soojushajutiiga protsessor.
Tualatin.
Kolmas versioon Pentium III protsessoritest, Tualatin – tootekoodiga 80530, oli Inteli uue 130-nanomeetriste protsessorite prooviversioon. Esimesed Tualatin-protsessorid tulid välja 2001. aastast kuni 2002. aasta alguseni taktsagedustega 1,0, 1,13, 1,2, 1,26, 1,33 ja 1,4 GHz. Tualatin toimis väga hästi, eriti 512 kB L2-vahemäluga (Pentium III-s) protsessorid. Viimane oli mõeldud serverite jaoks, eriti selliste, millel voolutarve mängis suurt rolli, s.o labaserverid.
Saamaks paremat elektrijuhtivust, vahetati alumiiniumkontaktid vaskkontaktide vastu. Tundub küll naljakana, et Coppermine (vasemaak) kasutas alumiiniumkontakte. Tualatin on tulnud suurest Inteli teaduspargist, mis asub Oregoni osariigis Ameerikas. Pentium III protsessoriseeria maksimaalne taktsagedus jäi 1,4 GHz peale.
Tualatin moodustas põhja populaarsetele Pentium III-M mobiilsetele protsessoritele, mis muutusid Inteli esirinna kaasaskantavateks kiipideks järgmiseks kaheks aastaks. Kiip pakkus tasakaalu voolutarbe ja jõudluse vahel ning see kuulus nii võimsate sülearvutite kui ka "õhukeste ja kergete" kategooriasse. Tualatini-põhine Pentium III näitas üleolevat suutlikkust võrreldes Willamette'i-põhiste Pentium 4 protsessoritega ja isegi Thunderbirdi-põhiste Athlonitega. Sellest hoolimata tundus, et Intel tahtis lõpetada Pentium III tootmise, kuna nad muutsid Tualatin-põhised Pentium IIIed mitteühilduvaks siis eksisteerinud Socket 370 emaplaatidega ja jätsid alles L2-vahemälu mitte-Pentium III-S 256 kB mudelites.
Tualatini-põhised Pentium III protsessorid erinesid visuaalselt Coppemine'i-põhistest protsessoritest metallist integreeritud soojushajutite (ingl. IHS) poolest, mis olid kinnitatud protsessori paketile. Samas oli viimasel Coppermine Pentium III protsessoril ka IHS, tänu millele tehti vahet FC-PGA2 ja FC-PGA pakettidel, mis olid mõlemad Socket-370 emaplaatide jaoks mõeldud.
Enne integreeritud soojushajuti lisamist oli vahepeal raske Pentium III protsessori peale jahutit paigaldada. Valesti paigaldamine võis liigse jõu kasutamisel tuuma suruda vale nurga alla, mille tõttu võisid tuuma ääred ja nurgad mureneda ja protsessori hävitada. Oli raske viia protsessor täpselt vastu jahutit ilma õhuvahedeta, mis oli kriitilise tähtsusega tegur hea soojusjuhtivuse saavutamiseks. See muutus väga väljakutsuvaks tegevuseks number 370 pesadega protsessorite puhul, võrreldes nende Slot 1 eelkäijatega, jõu tõttu, mida tuli rakendada pesapõhiste jahutitele ja kitsamatele kahepoolsetele paigaldusmehhanismidele. Kuna 130-nanomeetrine Tualatin omas veel väiksemat tuumaala kui 180-nanomeetrine Coppermine, paigaldas Intel metallist jahutuse nii Tualatinile kui ka tulevastele lauaarvuti protsessoritele. Tualatini tuum on saanud nime Tualatini oru ja Tualatini jõe järgi Oregonis, kus Intelil on suured tootmis- ja disainimisasutused.
Tuumad numbrites.
SSE käsustiku implementatsioon.
Kuna Katmai protsessorit ehitati sama 250-nanomeetise protsessi järgi nagu Pentium II Deschutese protsessorit, pidi Intel rakendama SSEd kasutades võimalikult vähe räni. Selle saavutamiseks rakendas Intel 128-bitise arhitektuuri, mis tähendas olemasolevate 64-bitiste andmeradade topeltkordamist ja SIMD-FP kordaja komponentide ühendamist x87 skalaarse FPU kordajaga üheks komponendiks. Olemasoleva 64-bitise andmeraja utiliseerimiseks varustas Katmai igat SIMD-FP juhendit kahe mikroopsina. Kompenseerimaks osaliselt ainult poole SSE arhitektuuri laiuse implementeerimist, rakendas Katmai SIMD-FP lisaja teise lähetuspordi eraldi komponendina. Selline seadistus võimaldab ühte poolt SIMD kordajat ja ühte poolt iseseisvat SIMD lisa varustada korraga, tuues kõrgeima läbilaskvuse tagasi neljanda komakohani tsükli kohta, vähemalt paaris jaotusega korrutamiste ja liitmiste koodi korral.
Katmai riistvara rakendamise probleem seisnes vastuolulises parallelismi mudelis, mida vihjas SSE käsustikule. Programmeerijad sattusid koodi-graafiku dilemma ette: kas SSE koodi peaks ehitama vastavalt Katmai piiratud täitmise ressurssidele või tulevastele protsessoritele, millel on rohkem ressursse? Katmaile iseloomulikud SSE optimeeringud andsid parima võimaliku tulemuse Pentium III perekonnalt aga see oli kõrvaloptimaalne hilisematele Inteli protsessoritele nagu Pentium 4 ja Core.