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P4：你拿什么赌明天？(1)
雅鼠　2000-12-28 18:57:51

　　在性能卓越的奔腾III尚在热卖之余，Intel就迫不及待地推出了奔腾4处理器！印象之中，在上一代处理器尚足可以应付几乎所有常用软件、并有广阔发展空间的时候就推出下一代处理器的事，似乎还从来没有发生过（奔腾III的推出不在此例，因为它和奔腾II一样，都基于P6架构，实质上是同一代处理器），因此Intel的这一举动就颇有空前的意味——如果我们不能说它是绝后的话。如果按照Intel所说的那样，奔腾III处理器的问世就是专门为“下一世纪的因特网和PC应用而提供强大动力”的，并且Intel还把这句话还堂而皇之地印在了奔腾III的包装盒上（Power for the Next Generation of Internet and PC Application）！如果奔腾III尚足堪重负的话，那么我们要奔腾4有什么用——换言之，奔腾4拿什么去面对未来的挑战呢？还是让我们一起来寻找答案吧。

　　一、奔腾4的基本架构——NetBurst（网络突发式架构）

　　奔腾4处理器的研发代号就是大家早已熟知的Willamette，与采用32位（IA-32）P6内核的奔腾III相比，奔腾4所独具的特点有以下几个：采用400MHz的前端系统总线，拥有更高的取指令带宽，双倍速的ALU算术逻辑单元，更低的响应潜伏时间，增强的整数运算性能，20级的流水线，独有的SSE2指令集，高级动态执行、更深的指令流水线和缓存使乱序、搜索执行、更高级的分支预测功能等成为可能，跟踪执行缓存（Execution Trace Cache，用于存储预先解码的微指令），128位的浮点装载、存储、执行单元。首先发布的奔腾4处理器仍旧采用0.18微米铝工艺进行生产，核心工作电压为1.7V，拥有423根针脚，256KB的L2 Cache，8KB的一级数据缓存以及12000条微操作指令执行缓存，其内核集成了3400万个晶体管，芯片面积约为170平方毫米，其中256KB的L2 Cache电路占了30平方毫米。按照Intel的说法，奔腾4在明年将逐渐转入0.13微米工艺生产，新款奔腾4的代号为Northwood，内核集成有4200万个晶体管，拥有478根针脚，因此现在的奔腾4不过就是一种过渡产品，如此而已。下面就让我们一起来看看，奔腾4究竟采用了哪些不同于奔腾III的新技术。

　　1. 20段的超长流水线执行管线

　　相对于奔腾III的12段流水线执行管线，奔腾4的流水线执行管线切分得无疑十分细致；这样做所带来的显而易见的好处就是，每一个执行电路都可以设计得十分精简，这有利于在采用相同的制造工艺条件下大幅度地提高处理器的工作主频。不过这样的设计也有其不足之处，就是指令在管线内的延迟时间会变长，因此在进行小规模密集型运算时显得较为不利；正因为如此，奔腾4的起始工作主频就定得十分高，这样就可以依靠更高的工作主频来弥补这一不足；换言之，奔腾4不适合在较低的工作主频下工作！超常流水线执行管线所带来的另一个负面效应，就是分支预测性能的下降，这一点在后面还要讨论到。

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