奔騰4（Pentium 4，或簡稱奔4或P4）是英特爾生產(chǎn)的第7代x86微處理器，并且是繼1995年出品的Pentium Pro之后的第一款重新設(shè)計過的處理器，這一新的架構(gòu)稱做NetBurst。
首款產(chǎn)品代碼為：Willamette，擁有1.4GHz左右的內(nèi)核時鐘，并使用Socket 423腳位架構(gòu)，首款處理器于2000年11月發(fā)布。不同于Pentium II、Pentium III和各種Celeron處理器，因為是全新設(shè)計的產(chǎn)品，所以與Pentium Pro的關(guān)聯(lián)很小。值得注意的是，Pentium 4有著非常快速到400MHz的前端總線，之后更有提升到533MHz、800MHz。它其實是一個為100MHz的四條并列總線(100Mhz x4 并列)，因此理論上它可以傳送比一般總線多四倍的容量，所以號稱有400MHz的速度。AMD Athlon的前端總線則有266MHz的速度（133MHz雙倍并列總線）。
基本介紹
Pentium 4首款產(chǎn)品工程代號為：Willamette，擁有1.4GHz左右的核心時鐘，它其實是一個100MHz時鐘頻率的四倍數(shù)據(jù)速率（QDR）前端總線，因此數(shù)據(jù)傳輸速率為4×100MHz。
相應(yīng)的，Pentium 4前期的競爭對手AMD Athlon處理器采用雙倍數(shù)據(jù)輸率（DDR）前端總線，擁有266MHz或333MHz的數(shù)據(jù)傳輸速率（2×133MHz、2×166MHz）。
功能特點
令業(yè)界觀察人士感到意外的是，Pentium 4沒有在“整數(shù)處理速度”和“浮點性能”這兩個標(biāo)準(zhǔn)重要性能之一上比之前的P6架構(gòu)設(shè)計有任何提升。相反，它通過犧牲每個周期的性能以實現(xiàn)非常高的時鐘速度和SSE性能。與英特爾的傳統(tǒng)保持一致的是，Pentium 4也有低端Celeron〔通常稱為 Celeron 4〕及Celeron版本和用于SMP配置的高端至強(qiáng)〔至強(qiáng)〕版本。
設(shè)計目標(biāo)
Pentium 4的設(shè)計目標(biāo)是適應(yīng)更快的時鐘速度，因為消費(fèi)者開始依據(jù)更高的時鐘購買計算機(jī)。在這方面Pentium 4是一個經(jīng)典的市場驅(qū)動技術(shù)的范例。這很快就推動了AMD（AMD）的 時鐘頻率神話運(yùn)動。英特爾使用一個深度的指令流水線來實現(xiàn)這個目標(biāo)，同其它如Pentium III和Athlon那樣的CPU相比Pentium 4降低了每個時鐘周期能夠處理的實際工作數(shù)目，但是它能夠以更高的時鐘速度工作。AMD則采用所謂的PR值來標(biāo)示與Pentium 4相對應(yīng)的Athlon XP處理器。
英特爾在發(fā)表Pentium 4時向大眾宣布說，NetBurst架構(gòu)能夠運(yùn)行在10GHz。然而，NetBurst架構(gòu)在4GHz遇到了無法解決的高功耗問題。這迫使英特爾在2005年年中放棄了Pentium 4，并轉(zhuǎn)向升溫更少的Pentium M，祭出“MoDT (Mobile on DeskTop)”的旗幟；由此，Pentium M也被重新定位為桌面和小型服務(wù)器市場。
核心架構(gòu)
Willamette
第一款Pentium 4 Willamette設(shè)計過程經(jīng)過了很長時間的延遲。它最初在1998年的一個產(chǎn)品發(fā)展路線中提出，像英特爾把Pentium III作為他們的主流產(chǎn)品一樣看待。當(dāng)時，人們僅僅希望Willamette在面世時能夠突破1GHz的屏障。然而，當(dāng)Pentium III發(fā)布以后，很明顯英特爾不能將Willamette稱為Pentium III。由于它的架構(gòu)與Pentium III相比有很大的不同，Pentium 4采用NetBurst架構(gòu)，它被命名為Pentium 4，這也終結(jié)了英特爾以羅馬數(shù)字命名的規(guī)則。
許多業(yè)界專家認(rèn)為，最初的1.4和1.5GHz P4的發(fā)布只是在產(chǎn)品真正完善之前的一個權(quán)宜之計。根據(jù)這些專家的觀點，Willamette的發(fā)布是因為當(dāng)時競爭產(chǎn)品AMD AthlonThunderbird性能已經(jīng)超過了Pentium III，并且英特爾對于Pentium III的改進(jìn)還不現(xiàn)實。這個新的內(nèi)核使用0.18微米〔180納米〕工藝生產(chǎn)，最初在主板上使用Socket 423，后來的版本更改到Socket 478。
在性能測試中，Willamette的表現(xiàn)有點兒讓分析人士失望，因為它不僅在所有的測試環(huán)境中不能超過Athlon和最高頻率的Pentium III，而且很明顯它并不優(yōu)于低端的AMD Duron。盡管售價為819美元（1000顆的批發(fā)價），它的銷售表現(xiàn)一般但是增長勢頭可觀，這在一定程度上是由于需要相對較昂貴的Rambus動態(tài)隨機(jī)存儲器（RDRAM）所致。Pentium III仍然保持英特爾最賣座的芯片，Athlon的銷售也稍稍領(lǐng)先于Pentium 4。
在2001年1月，一個頻率更低的1.3GHz型芯片也加入到這個系列，但在隨后的12個月中，英特爾慢慢追上了AMD的領(lǐng)先地位。2001年4月英特爾推出了1.7GHz的P4，它是第一個性能明顯優(yōu)于Pentium III的芯片。2001年7月英特爾推出了1.6和1.8GHz的型號，在8月它推出了1.9和2.0GHz的Pentium 4。在這個月中，它發(fā)布了一款新的能夠支持廉價PC133 SDRAM的芯片組。盡管使用SDRAM將比RDRAM慢很多，PC133比較低廉的價格這樣一個事實帶來了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了下去。
2.0 GHz 是第一款真正能夠挑戰(zhàn)Athlon Thunderbird的P4，當(dāng)時它是市場上無可爭議的最快的x86處理器。許多觀察人士認(rèn)為雷鳥仍然是市場上總體性能最快的，但是它們之間的性能差距已經(jīng)非常接近，所以任何一方的支持者宣稱超出對方都不是不合理的。對于英特爾來說，這是一個了不起的成就。英特爾已經(jīng)在x86CPU性能上保持了16年的領(lǐng)先位置，在AMD Athlon發(fā)布之前只出現(xiàn)過兩次短暫的例外。
Northwood
2001年10月Athlon XP又一次為AMD贏得了明顯的領(lǐng)先，但是在2002年1月英特爾發(fā)布了使用Northwood內(nèi)核的2.0和2.2GHz的Pentium 4。Northwood將二級CPU緩存的大小從256KB增加到了512KB（晶體管數(shù)量從4200萬增加到5500萬）并且使用了130納米制造工藝。使用更小晶體管制造的芯片能夠在同樣的速度產(chǎn)生更少的熱量，或者工作在更高的時鐘頻率。不幸的是，對于許多用戶來說，這個新的芯片不能用來升級舊的系統(tǒng)，因為它需要一個新的插座（Socket 478），雖然后來又制造了能夠讓Socket 423使用Northwood處理器的轉(zhuǎn)換器。
Northwood帶來了Pentium 4時代。盡管爭奪性能領(lǐng)先的戰(zhàn)斗依然很激烈（因為AMD發(fā)布了更快版本的Athlon XP）,但是許多觀察人士都認(rèn)同最快的Northwood P4稍稍領(lǐng)先于對手。尤其是在2002年夏天更是這樣，當(dāng)時AMD轉(zhuǎn)換到130納米制造技術(shù)過程被延遲，從2.4到2.8GHz范圍的P4很顯然是當(dāng)時市場上最快的芯片。
2.4GHz的Pentium 4于2002年4月發(fā)布，總線速度從400MHz（100MHz四倍）提升到533MHz（133MHz四倍）用于5月發(fā)布的2.53GHz、8月發(fā)布的2.6和2.8GHz P4，3.06GHz的Pentium 4在11月發(fā)布。
3.06GHz的處理器支持超線程（首次出現(xiàn)在至強(qiáng)處理器中），它允許多個線程同時運(yùn)行，它通過復(fù)制處理器的一部分讓操作系統(tǒng)認(rèn)為有兩個邏輯處理器來實現(xiàn)。在所有的Northwood CPU中都有超線程機(jī)制，但是只在3.06GHz型號中允許使用。
2003年4月，英特爾發(fā)布了一系列頻率范圍從2.4到3.0GHz的新款800MHz FSB芯片。這些新版本的與以往芯片的主要不同就是全部都支持超線程機(jī)制，并且系統(tǒng)總線頻率是800MHz。人們曾經(jīng)猜想這些是為了與AMD處理器的Hammer系列競爭。然而，AMD只發(fā)布了Opteron一款，并且最初拒絕提供AGP控制器，這樣就阻止了Opteron侵蝕Pentium 4的領(lǐng)地。AMD的確也將Athlon XP的總線速度從333MHz提升到了400MHz，但這并不能阻止新款的3.0GHz P4，并且FSB不是問題所在；從333MHz到400MHz的轉(zhuǎn)換僅僅帶來了很小的乃至沒有性能提升。3.2GHz的Pentium 4在6月上市，最后一個3.4GHz的版本在2004年早期上市。
評價
過分超頻早期的Northwood芯片將會產(chǎn)生令人震驚的現(xiàn)象。當(dāng)內(nèi)核電壓超過1.7V時，處理器將隨時間延長逐漸變得不穩(wěn)定，直至最后壞掉完全不能再用。人們認(rèn)為這是由于電子遷移這種物理現(xiàn)象導(dǎo)致的，其中CPU的內(nèi)部通路由于過度的電子能量隨著時間逐步退化。這也被稱為Northwood突然死亡癥（ Sudden Northwood Death Syndrome）。Mobile Pentium 4 Mobile 英特爾 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上與桌面型Pentium 4處理器一樣有晶圓上的鐵蓋，INTEL將它定位使用筆記本電腦取代臺式機(jī)的用戶，他與桌面型的Pentium 4一樣使用Socket 478的插槽，它也提供Hyper-Threading超線程與EIST的功能，F(xiàn)SB也比無線電話 P4-M的400高，達(dá)到FSB533。新型的Mobile P4采90納米工藝，最高時鐘高達(dá)3.4GHz以及1MB的L2高速CPU緩存。
Pentium
也是基于Northwood內(nèi)核， Mobile 英特爾 Pentium 4 Processor - M在2002年4月23日發(fā)布，它包括了英特爾的EIST技術(shù)來降低功耗，但是不包括超線程技術(shù)，L2最大512K，最高時鐘為3.06GHz。同時期的廉價版Celeron也有推出類似無線電話 Pentium 4-M的處理器，F(xiàn)SB與P4-M相同但L2降為P4-M的一半只有256K，后期的產(chǎn)品最高時鐘可達(dá)2.8GHz。
發(fā)展沿革
Extreme
2003年9月，在英特爾開發(fā)者論壇上，Pentium 4極致版（Pentium 4 Extreme Edition,P4EE）面世了，這僅僅比AMD的Athlon 64和Athlon 64 FX（AMD64 FX）的發(fā)布早了一個星期。這個設(shè)計絕大部分與Pentium 4相同（以至于它們能工作在同一個主板）,但是它增加了一個2MB的3級CPU緩存。它與至強(qiáng)MP使用同一個Gallatin內(nèi)核，盡管它使用Socket 478形式（不同于至強(qiáng)MP的603插座）和是至強(qiáng) MP速度兩倍的800MHz總線。它同時也提供LGA775版本。
盡管英特爾宣稱極致版主要面向游戲人員，人們認(rèn)為這是英特爾試圖減弱Athlon 64發(fā)布的震撼一種努力，將它戲稱為“緊急版本”。令人奇怪的是，盡管很多人批評英特爾從至強(qiáng)系列拼湊技術(shù)，但是很少有人批評AMD，AMD在它們的Athlon 64 FX上使用了同樣的方法（它與Opteron的差別甚至少于極致版與至強(qiáng) MP的區(qū)別）。
增加的CPU緩存的功效在不同環(huán)境會有所不同。在辦公室應(yīng)用中，極致版總體上比Northwood慢一點兒，這是由于L3緩存增加了門檻值。一些游戲程序受益于增加的緩存，尤其是那些基于Quake III和Unreal引擎的游戲。然而，提升最大的是在多媒體編碼領(lǐng)域，在這里它不僅比奔騰4要快，而且比兩款A(yù)thlon 64快。
在2004年晚些時候通過將總線速度從800MHz提升到1066MHz實現(xiàn)了小幅的性能提升。在Extreme Edition遷移到Prescott內(nèi)核之前僅僅發(fā)布了一款3.46GHz基于Gallatin內(nèi)核的芯片。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總線。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極致版與后來發(fā)布的有類似名字的基于雙核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”的新內(nèi)核。這個內(nèi)核首次使用90納米的制造工藝，并且“它”是奔騰4微架構(gòu)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么英特爾沒有選擇將這個處理器稱為Pentium 5。盡管Prescott工作在與Northwood相同的時鐘速度，性能測試也顯示在游戲應(yīng)用程序中Northwood比Prescott還要稍微快一點兒，但是在視頻編輯以及其它的多媒體應(yīng)用中，Prescott額外的CPU緩存讓它比Northwood有明顯的速度優(yōu)勢。Prescott的架構(gòu)允許它很容易地使用更高的時鐘速度。（參見超頻。）3.8GHz是批量生產(chǎn)的基于Prescott處理器的最快的處理器。
緊接著產(chǎn)品發(fā)布之后，人們就發(fā)現(xiàn)Prescott每個時鐘周期比Northwood多產(chǎn)生大約60%的熱量，幾乎所有的評論都是負(fù)面的。插座類型的轉(zhuǎn)換（從Socket 478到LGA775）原本希望能夠?qū)l(fā)熱降低到可以接受的水平，但是實際上卻是產(chǎn)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(tǒng)是一種更好的設(shè)計，所以平均溫度有輕微的降低。英特爾工程師隨后對處理器進(jìn)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。
最后，溫度問題變得非常嚴(yán)重英特爾不得不全部放棄Prescott架構(gòu)，并且開發(fā)4GHz部分的努力也被認(rèn)為是浪費(fèi)內(nèi)部資源而被放棄了。另外的擔(dān)憂是審查發(fā)現(xiàn)極端狀況下需要5.2GHz的Prescott內(nèi)核才能與2.6GHz的Athlon FX-55的性能相比。回首當(dāng)初英特爾發(fā)布Pentium 4時吹噓的Pentium 4是為10GHz的處理速度設(shè)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(jù)報道Pentium M英特爾設(shè)計成員內(nèi)部的參考設(shè)計，Pentium 4的開發(fā)實質(zhì)上已經(jīng)被放棄。
Prescott以這樣一個災(zāi)難性的結(jié)局終結(jié)是英特爾內(nèi)部的策略使然。市場部不斷地要求更高的時鐘速度以使他們的產(chǎn)品與AMD有所區(qū)別。處理器的設(shè)計被市場需求而不是被架構(gòu)本身所控制。職業(yè)發(fā)展也基于更高時鐘速度這樣一個理念，當(dāng)P4項目終止最終到來的時候，它對于有著資助良好的桌面分部的許多管理人員有著嚴(yán)重的影響。
最初有兩種Prescott產(chǎn)品線上市：帶有800MHz FSB和支持超線程的E系列以及533MHz FSB和不支持超線程的A系列。
LGA775 Prescott使用一個評價系統(tǒng)將它們標(biāo)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。
5x0J系列（以及相應(yīng)的低端版本5x5J系列和5x9J系列）為英特爾處理器產(chǎn)品線引進(jìn)了XD 刨刀（eXecute Disable）或執(zhí)行禁止位。這項最初由AMD最初使用并稱為NX bit的技術(shù)能夠幫助阻止一定類型的有害代碼非法利用CPU緩存器溢出來執(zhí)行。
英特爾也發(fā)布了一系列支持EM64T的Prescott產(chǎn)品，它們是AMD64對于x86體系的64位擴(kuò)充的 英特爾實現(xiàn)方法。這些產(chǎn)品最初作為F系列并且僅對OEM銷售，但是后來重命名為5x1系列并且面向大眾銷售。兩款低端的基于5x5/5x9系列的支持EM64T的Prescott也使用506和516的型號已經(jīng)發(fā)布。
5x0、5x0J和5x1 Prescott為了加速一些諸如視頻編輯這樣使用多線程軟件的處理器都集成有超線程技術(shù)。
Prescott 2M
英特爾在2005年第一季度發(fā)布了代號為“Prescott 2M”的編號6x0的新版Prescott內(nèi)核。它包含了嶄新的64位技術(shù)（AMD64的實現(xiàn)，英特爾稱為EM64T）、XD、EIST（英特爾增強(qiáng)SpeedStep技術(shù)）以及2MB的L2CPU緩存。然而，增加緩存帶來的優(yōu)勢大部分被更高的緩存門檻、EM64T模式下的雙字大小所抵消。雙倍的緩存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位模式下的性能。
6xx系列的Prescott 2M處理器為了加速用于如視頻編輯等多線程軟件的處理器，它們都包含有超線程技術(shù)。
2005年11月14日，英特爾發(fā)布了帶有VT（虛擬技術(shù)，代號為“Vanderpool”）的Prescott 2M處理器。英特爾只發(fā)布了兩款這種分別運(yùn)行于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(fā)布代號為'Cedar Mill'的最后一個奔騰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工藝的內(nèi)核，帶有31級的輸送流水線（同Prescott一樣）、800MHz的FSB、EM64T、超線程和虛擬技術(shù)。Cedar Mill將帶有一個2MB的L2CPU緩存。Cedar Mill將作為從頻率2.8GHz到3.8GHz的奔騰6x1和6x3發(fā)布，如果市場足夠大的話，英特爾將會發(fā)布4.0GHz或者更高時鐘頻率的芯片。
雙核
英特爾已經(jīng)發(fā)布了市場推廣標(biāo)識為 Pentium D8xx的三款主流雙核Pentium 4版本。人們稱贊這些芯片每個時鐘速度有60-80%的性能提升。一個極致版〔Extreme Edition〕也已上市，它有允許四個線程并行處理的超線程技術(shù)。其它的特點包括SpeedStep技術(shù)（在3.0GHz及以上版本）、xD bit和EM64T。這些芯片在2005年5月推向了市場。
綽號為Smithfield內(nèi)核的第一款Pentium D處理器使兩個相連的Prescott內(nèi)核。電源消耗大約155瓦。英特爾開發(fā)人員通過讓每個內(nèi)核工作在極低的時鐘頻率實現(xiàn)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，其他基于Smithfield的處理器都使用800MHz的FSB。
2006年第一季度推出的是Presler，它是一個Smithfield內(nèi)核的65納米版本。基于Presler的Pentium D有800MHz的FSB、發(fā)布型號將是920、930、940、950，分別工作在2.8、3.0、3.2和3.4GHz。基于Presler的奔騰極致版使用型號955，工作在3.46GHz，帶有1066MHz的FSB和超線程技術(shù)。
技術(shù)特點
不同版本英特爾Pentium 4處理的列表以及它們不同的特點。
注意事項
奔騰 4 處理器使用能夠在方波四個狀態(tài)（上升、峰值、下降和谷值）傳送數(shù)據(jù)的前端總線，而不是像以前的處理器那樣使用一個狀態(tài)，這樣控制時鐘的方波頻率是FSB頻率的四分之一。400、533、800和1066 MT每秒的總線使用的是100、 133、200和266MHz的方波。
其他
* - 在作Prescott處理器系列規(guī)劃的時候英特爾重復(fù)了“P4A”的命名，他們認(rèn)為零售商會用這個名稱讓用戶認(rèn)識這個處理器；他們對于這種做法沒有給出任何理由
** - 600系列的正式名稱，盡管有時稱作等同于至強(qiáng)，使用了Irwindale以將它與最初的Prescott區(qū)分開來。
參考資料 >