Pentium_4

**奔騰 4**（**Pentium 4**，或簡稱**奔 4** 或 **P4**），Intel 生產的第七代 x86 微處理器，是繼 1995 年出品的第六代 P6 架構 Pentium Pro 之後第一款重新設計過的處理器，這一新的架構稱做 NetBurst，（此前的 Pentium II、Pentium III 及相應各版本的 Celeron 仍舊屬於 P6 架構）。Pentium 4 首款產品工程代號為：**Willamette**，擁有 1.4GHz 左右的核心時脈，並使用 Socket 423 腳位架構，於 2000 年 11 月發布。值得注意的是，Pentium 4 有著非常快速到 400MHz 的前端匯流排，之後更有提升到 533MHz、800MHz，它其實是一個 100MHz 時脈頻率的四倍資料速率（QDR）前端匯流排，因此資料傳輸速率為 4×100MHz。相應的，Pentium 4 前期的競爭對手 AMD Athlon 處理器採用雙倍資料輸率（DDR）前端匯流排，擁有 266MHz 或 333MHz 的資料傳輸速率（2×133MHz、2×166MHz）。

令業界觀察人士感到意外的是，NetBurst 架構的 Pentium 4 在「每周期整數處理能力」和「每周期浮點處理能力」這兩個重要效能上比前一代的 P6 架構不升反降。它通過犧牲每個周期的效能以實現非常高的時脈和 SSE 效能。與英特爾的傳統保持一致的是，Pentium 4 也有低階 Celeron〔通常稱為 **Celeron 4**〕及 Celeron D 版本和用於 SMP 組態的高端 Xeon 版本。

Pentium 4 的設計目標是適應更快的時脈速度，因為消費者開始依據更高的時脈購買電腦。在這方面 Pentium 4 是一個經典的市場驅動技術的範例。這很快就推動超微半導體（AMD）的「時脈頻率神話運動」。英特爾使用一個特別長的指令管線來實現這個目標，同 Pentium III 和 Athlon 那樣的傳統 x86 CPU 相比，Pentium 4 降低了每個時脈周期的處理能力，但是它能夠以更高的時脈速度工作。AMD 則採用所謂的 PR 值來標示與 Pentium 4 相對應的 Athlon XP 處理器。

英特爾在發表 Pentium 4 時向大眾宣布說，NetBurst 架構能夠運行在 10GHz。然而，NetBurst 架構在 3.8GHz 便遇到提升製程也無法解決的高功耗問題。這迫使英特爾在 2005 年年中放棄 NetBurst，並轉向升溫更少的 Pentium M，祭出「MoDT (**M**obile **o**n **D**esk**T**op)」的旗幟；並由此發展處 Intel Core 微架構取代 NetBurst。

## 核心

### Willamette

第一款 Pentium 4 Willamette 設計過程經過很長時間的延遲。它最初在 1998 年的一個產品發展路線中提出，像英特爾把 Pentium III 作為他們的主流產品一樣看待。當時，人們僅僅希望 Willamette 在面世時能夠突破 1GHz 的屏障。然而，當 Pentium III 發布以後，很明顯英特爾不能將 Willamette 稱為 Pentium III。由於它的架構與 Pentium III 相比有很大的不同，Pentium 4 採用 NetBurst 架構，它被命名為 Pentium 4，這也終結英特爾以羅馬數字命名的規則。

許多業界專家認為，最初的 1.4 和 1.5GHz P4 的發布只是在產品真正完善之前的一個權宜之計。根據這些專家的觀點，Willamette 的發布是因為當時競爭產品 AMD Athlon Thunderbird 效能已經超過 Pentium III，並且英特爾對於 Pentium III 的改進還不現實。這個新的核心使用 0.18 微米製程〔180 奈米製程〕生產，最初在主機板上使用 Socket 423，後來的版本更改到 Socket 478。

在效能測試中，Willamette 的表現讓分析人士失望，因為它即使執行在 1.5GHz 也無法在幾乎所有的測試環境中超過 Athlon 和最高頻率的 Pentium III，甚至在某些情況下並不優於低階的 AMD Duron。儘管售價為 819 美元（1000 顆的批發價），它的銷售表現一般但是增長勢頭可觀，這在一定程度上是由於必須要搭配相對較昂貴的 Rambus 動態隨機存取記憶體（RDRAM）所致。Pentium III 仍然保持英特爾最賣座的晶片，Athlon 的銷售也稍稍領先於 Pentium 4。

在 2001 年 1 月，一個頻率更低的 1.3GHz 型晶片也加入到這個系列，但在隨後的 12 個月中，英特爾慢慢追上 AMD 的領先地位。2001 年 4 月英特爾推出 1.7GHz 的 P4，它是第一個效能明顯優於 Pentium III 的晶片。2001 年 7 月英特爾推出 1.6 和 1.8GHz 的型號，在 8 月它推出 1.9 和 2.0GHz 的 Pentium 4。在這個月中，它發布一款新的能夠支援廉價 PC133 SDRAM 的晶片組 ——i845。儘管使用 SDRAM 將比 RDRAM 慢很多，PC133 比較低廉的價格這樣一個事實帶來 Pentium 4 銷售的大幅增長，幾乎是一夜之間就將 Pentium III 從市場銷售首位的位置趕下去。

### Northwood

2001 年 10 月 Palomino 核心的 Athlon XP 又一次為 AMD 贏得明顯的領先，但是在 2002 年 1 月英特爾發布使用 Northwood 核心的 2.0 和 2.2GHz 的 Pentium 4。Northwood 將二級快取的大小從 256KB 增加到 512KB（電晶體數量從 4200 萬增加到 5500 萬）並且使用 130 奈米製造製程。使用更小電晶體製造的晶片能夠在同樣的速度產生更少的熱量，或者工作在更高的時脈頻率。不幸的是，對於許多使用者來說，這個新的晶片不能用來升級舊的系統，因為它需要一個新的插座（Socket 478），雖然後來又製造能夠讓 Socket 423 使用 Northwood 處理器的轉換器。

Northwood 帶來 Pentium 4 時代。儘管爭奪效能領先的戰鬥依然很激烈（因為 AMD 發布更快版本的 Athlon XP）, 但是許多觀察人士都認同最快的 Northwood P4 稍稍領先於對手。尤其是在 2002 年夏天之後更是這樣，當時 AMD 轉換到 130 奈米製造技術過程被延遲，從 2.4 到 2.8GHz 範圍的 P4 很顯然是當時市場上最快的晶片。

2.4GHz 的 Pentium 4 於 2002 年 4 月發布，匯流排速度從 400MHz（100MHz 四倍）提升到 533MHz（133MHz 四倍）用於 5 月發布的 2.53GHz、8 月發布的 2.6 和 2.8GHz P4，3.06GHz 的 Pentium 4 在 11 月發布。

3.06GHz 的處理器支援超執行緒（首次出現在 Xeon 處理器中），它允許多個執行緒同時執行，它通過複製處理器的一部分讓作業系統認為有兩個邏輯處理器來實現。在所有的 Northwood CPU 中都有超執行緒機制，但是只在 3.06GHz 和 800MHz FSB 的型號中允許使用。

2003 年 4 月，英特爾發布一系列頻率範圍從 2.4 到 3.0GHz 的新款 800MHz FSB 晶片。這些新版本的與以往晶片的主要不同就是全部都支援超執行緒機制，並且系統匯流排頻率是 800MHz。人們曾經猜想這些是為了與 AMD 處理器的 Hammer 系列競爭。然而，AMD 只發布 Opteron 一款，並且最初拒絕提供 AGP 控制器，這樣就阻止 Opteron 侵蝕 Pentium 4 的領地。除了 Opteron（K8 架構）以外，AMD 的確也將 Athlon XP（K7 架構）的 FSB 速度從 333MHz 提升到 400MHz，但這並不足以對抗新款的 3.0GHz P4—— 因為與 Intel Pentium 4 不同的是，對於 AMD K7 架構來說，FSB 並不是影響效能的關鍵點，從 333MHz 到 400MHz 的轉換僅僅帶來很小的改變乃至幾乎沒有效能提升。3.2GHz 的 Pentium 4 在 6 月上市，最後一個 3.4GHz 的版本在 2004 年早期上市。

過分超頻早期的 Northwood 晶片將會產生令人震驚的現象。當核心電壓超過 1.7V 時，處理器將隨時間延長逐漸變得不穩定，直至最後壞掉完全不能再用。人們認為這是由於電子遷移這種物理現象導致的，其中 CPU 的內部通路由於過度的電子能量隨著時間逐步退化。這也被稱為 Northwood 突然死亡症（**S**udden **N**orthwood **D**eath **S**yndrome）。

#### Mobile Pentium 4

_**Mobile Intel Pentium 4 Processor**_，Intel Mobile Pentium 4 處理器與 Mobile Pentium 4-M 不同，外觀上在大的差別就是 Mobile Pentium 4 上與桌上型 Pentium 4 處理器一樣有晶圓上的鐵蓋，INTEL 將它定位使用筆記型電腦取代桌上型電腦的使用者，他與桌上型的 Pentium 4 一樣使用 Socket 478 的插槽 ，它也提供 Hyper-Threading 超執行緒與 EIST 的功能，FSB 也比 Mobile P4-M 的 400 高，達到 FSB533。新型的 Mobile P4 採 90 奈米製程，最高時脈高達 3.46GHz 以及 1MB 的 L2 快取。

#### Mobile Pentium 4 M

_**Mobile Intel Pentium 4 Processor - M**_[1] （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館），也是基於 Northwood 核心，在 2002 年 4 月 23 日發布 [2] （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館），它包括英特爾的 EIST 技術來降低功耗，但是不包括超執行緒技術，L2 最大 512K，最高時脈為 3.46GHz。同時期的廉價版 Celeron 也有推出類似 Mobile Pentium 4-M 的處理器，FSB 與 P4-M 相同但 L2 降為 P4-M 的一半只有 256K，後期的產品最高時脈可達 2.8GHz。

#### Extreme Edition

2003 年 9 月，在英特爾開發者論壇上，Pentium 4 極致版（Pentium 4 Extreme Edition,P4EE）發布，這僅僅比 AMD 的 Athlon 64 和 Athlon 64 FX（AMD64 FX）的發布早一個星期。這個設計絕大部分與 Pentium 4 相同（以至於它們能工作在同一個主機板）, 但是它增加一個 2MB 的 3 級快取。它與 Xeon MP 使用同一個 Gallatin 核心，儘管它使用 Socket 478 形式（不同於 Xeon MP 的 603 插座）和是 Xeon MP 速度兩倍的 800MHz 匯流排。它同時也提供 LGA775 版本。

儘管英特爾宣稱極致版主要面向遊戲人員，人們認為這是英特爾試圖減弱 Athlon 64 發布的震撼一種努力，將它戲稱為「緊急版本」。令人奇怪的是，儘管很多人批評英特爾從 Xeon 系列拼湊技術，但是很少有人批評 AMD，AMD 在它們的 Athlon 64 FX 上使用同樣的方法（它與 Opteron 的差別甚至少於極致版與 Xeon MP 的區別）。

增加的快取的功效在不同環境會有所不同。在辦公室應用中，極致版總體上比 Northwood 慢一點兒，這是由於 L3 快取增加門檻值。一些遊戲程式受益於增加的快取，尤其是那些基於 Quake III 和 Unreal 引擎的遊戲。然而，提升最大的是在多媒體編碼領域，在這裡它不僅比奔騰 4 要快，而且比兩款 Athlon 64 快。

在 2004 年晚些時候通過將匯流排速度從 800MHz 提升到 1066MHz 實現小幅的效能提升。在 Extreme Edition 遷移到 Prescott 核心之前僅僅發布一款 3.46GHz 基於 Gallatin 核心的晶片。新的 3.73GHz Extreme Edition 與 6x0 系列的 Prescott 2M 有同樣的特性，不同的是它使用 1066MHz 匯流排。然而實際上 3.73GHz Extreme Edition 幾乎總是比 3.46GHz 版本的速度要慢。

不要把 _Pentium 4 極致版_與後來發布的有類似名字的基於雙核 Pentium D 的 _Pentium 極致版_相混淆。

### Prescott

2004 年 2 月 1 日英特爾提出了一個代號為「Prescott」的新核心。這個核心首次使用 90 奈米的製造製程，並且「它」是奔騰 4 微架構的一次重要更新 —— 重要到足夠讓一些分析人士感到奇怪為什麼英特爾沒有選擇將這個處理器稱為 Pentium 5。儘管 Prescott 工作在與 Northwood 相同的時脈速度，效能測試也顯示在遊戲應用程式中 Northwood 比 Prescott 還要稍微快一點兒，但是在影片編輯以及其它的多媒體應用中，Prescott 額外的快取讓它比 Northwood 有明顯的速度優勢。Prescott 的架構允許它很容易地使用更高的時脈速度。（_參見_超頻。）3.8GHz 是批次生產的基於 Prescott 處理器的最快的處理器。

緊接著產品發布之後，人們就發現 Prescott 每個時脈周期比 Northwood 多產生大約 60% 的熱量，幾乎所有的評論都是負面的。插座類型的轉換（從 Socket 478 到 LGA775）原本希望能夠將發熱降低到可以接受的水平，但是實際上卻是產生了相反的效果，同時功率消耗也增加的大約 10%。但是，LGA775 涉及的降溫和安裝系統是一種更好的設計，所以平均溫度有輕微的降低。英特爾工程師隨後對處理器進行的修改工作有望降低平均溫度，但是這除了降低速度等級之外從來也沒有先例。

最後，溫度問題變得非常嚴重英特爾不得不全部放棄 Netburst 架構，並且開發 4GHz 部分的努力也被認為是浪費內部資源而被放棄了。另外的擔憂是審查發現在極端狀況下需要 5.2GHz 時脈的 Prescott 核心才能與 2.6GHz 時脈的 Athlon FX-55 的效能相比 [3] （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） 。回首當初英特爾發布 Pentium 4 時吹噓的 Pentium 4 是為 10GHz 時脈設計的，這將被看作英特爾歷史上最重要的或許也是最廣為人知的工程失敗（engineering shortfalls）事件。

據報導 Pentium M 英特爾設計成員內部的參考設計，Pentium 4 的開發實質上已經被放棄。在這個意義上說僅有少量資金支援而創造了奔騰 M 核心的以色列海法設計團隊現在已經接手了更大的桌面開發計劃。

Prescott 以這樣一個災難性的結局終結是英特爾內部的策略使然。市場部不斷地要求更高的時脈速度以使他們的產品與 AMD 有所區別。處理器的設計被市場需求而不是被架構本身所控制。職業發展也基於更高時脈速度這樣一個理念，當 P4 專案終止最終到來的時候，它對於有著資助良好的桌面分部的許多管理人員有著嚴重的影響。

最初有兩種 Prescott 產品線上市：帶有 800MHz FSB 和支援超執行緒的 E 系列以及 533MHz FSB 和不支援超執行緒的 A 系列。

LGA775 Prescott 使用一個評價系統將它們標記為 5xx 系列（Celeron D 是 3xx 系列，Pentium M 是 7xx 系列）。E 系列的 LGA775 版本使用型號 5x0（520-560），A 系列的 LGA775 版本使用型號 5x5 和 5x9（505-519）。最快的 570J 和 571 工作在 3.8GHz。4GHz 處理器的計劃最近由於英特爾鍾情於雙核處理器而被大幅削減，儘管一些歐洲零售商聲稱他們將銷售 4GHz 的 Pentium 4 580。
[4]

5x0J 系列（以及相應的低階版本 5x5J 系列和 5x9J 系列）為英特爾處理器產品線引進了 XD bit（eXecute Disable）或執行禁止位 [5]（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） 。這項最初由 AMD 最初使用並稱為 NX bit 的技術能夠幫助阻止一定類型的有害代碼非法利用快取記憶體溢位來執行。

英特爾也發布了一系列支援 EM64T 的 Prescott 產品，它們是 AMD64 對於 x86 體系的 64 位元擴充的英特爾實現方法。這些產品最初作為 F 系列並且僅對 OEM 銷售，但是後來重新命名為 5x1 系列並且面向大眾銷售。兩款低階的基於 5x5/5x9 系列的支援 EM64T 的 Prescott 也使用 506 和 516 的型號已經發布。

5x0、5x0J 和 5x1 Prescott 為了加速一些諸如影片編輯這樣使用多執行緒軟體的處理器都整合有超執行緒技術。

### Prescott 2M

英特爾在 2005 年第一季度發布了代號為「Prescott 2M」的編號 6x0 的新版 Prescott 核心。它包含了嶄新的 64 位元技術（AMD64 的實現，英特爾稱為 EM64T）、XD、EIST（英特爾增強 SpeedStep 技術）以及 2MB 的 L2 快取。然而，增加快取帶來的優勢大部分被更高的快取門檻、EM64T 模式下的雙字大小所抵消。雙倍的快取與其說是為了加快速度，不如說是為了提供同樣的空間以保證 64 位元模式下的效能。

6xx 系列的 Prescott 2M 處理器為了加速用於如影片編輯等多執行緒軟體的處理器，它們都包含有超執行緒技術。

2005 年 11 月 14 日，英特爾發布了帶有 VT（虛擬技術，代號為「Vanderpool」）的 Prescott 2M 處理器。英特爾只發布了兩款這種分別執行於 3.6GHz 和 3.8GHz 的 Prescott 2M 處理器：662 和 672。

### Cedar Mill

英特爾將在 2006 年第一季度發布代號為 'Cedar Mill' 的最後一個奔騰 4 版本。有 86W TDP 的 Cedar Mill 有望解決 Prescott 的過熱問題。Cedar Mill 有一個 65nm 製程的核心，帶有 31 級的管線（同 Prescott 一樣）、800MHz 的 FSB、EM64T、超執行緒和虛擬技術。Cedar Mill 將帶有一個 2MB 的 L2 快取。Cedar Mill 將作為從頻率 3GHz 到 3.6GHz 的奔騰 6x1 和 6x3 發布，如果市場足夠大的話，英特爾將會發布 4.0GHz 或者更高時脈頻率的晶片。

### 雙核心 Pentium D

英特爾已經發布了市場推廣標識為 _Pentium D8xx_ 的三款主流雙核 Pentium 4 版本。人們稱讚這些晶片每個時脈速度有 60-80% 的效能提升。一個極致版〔Extreme Edition〕也已上市，它有允許四個執行緒並列處理的超執行緒（Hyper Threading）技術。其它的特點包括 SpeedStep 技術（在 3.0GHz 及以上版本）、xD bit 和 EM64T。這些晶片在 2005 年 5 月推向了市場。

綽號為 Smithfield 核心的第一款 Pentium D 處理器使兩個相連的 Prescott 核心。電源消耗大約 155 瓦。英特爾開發人員通過讓每個核心工作在極低的時脈頻率實現了降低了從 Prescott 的電力消耗（115 瓦）的大幅度增加。極致版工作在 3.2GHz，主流型號的頻率分別為 3.2、3.0 和 2.8GHz。除 805 使用 533MHz FSB 外，其他基於 Smithfield 的處理器都使用 800MHz 的 FSB。805 的執行頻率為 2.66GHz。

 
2006 年第一季度推出的是 Presler，它是一個 Smithfield 核心的 65 奈米版本。基於 Presler 的 Pentium D 有 800MHz 的 FSB、發布型號將是 920、930、940、950，分別工作在 2.8、3.0、3.2,3.46 和 3.73GHz。基於 Presler 的奔騰極致版使用型號 965，工作在 3.73GHz，帶有 1066MHz 的 FSB 和超執行緒技術。

## 技術特點

下面是目前不同版本英特爾 Pentium 4 處理的列表以及它們不同的特點。

## 參見

* Intel Pentium 4 處理器列表

## 參考資料

## 外部連結

* The future of Prescott: when Moore gives you lemons...（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） at Ars Technica
* Intel Pentium4 technical specifications