2 февраля 2003 года корпорация Intel объявила о выпуске и начале продаж новых процессоров, известных ранее под кодовым именем Prescott. Эти процессоры, обладая новым ядром, производимым по 90-нанометровой технологии нового поколения, будут продолжать линейку Pentium 4 по меньшей мере в течение ближайшего года, постепенно вытесняя предшествующее 130 нм ядро, Northwood.

Объявленные сегодня процессоры Pentium 4 на ядре Prescott имеют тактовые частоты от 2,8 до 3,4 ГГц, предназначаются для использования в Socket 478 материнских платах с 800-мегагерцовой шиной и поддерживают технологию Hyper-Threading.

Поскольку уменьшение техпроцесса позволяет изготавливать меньшие по площади чипы, Intel смогла легко увеличить объём кэша L2. Вместо 512 кбайт у Northwood, Prescott может использовать кэш 1 Мбайт. Несмотря на рост числа транзисторов, площадь ядра уменьшилась со 127 до 125 мм?. На частоте 3,4E ГГц, Prescott имеет максимальную пропускную способность кэша 108 Гбайт/с. Кэш-память - это, пожалуй, самое сильно изменившееся место в Prescott. По крайней мере, различия в размерах кэш-памяти Prescott и Northwood относятся именно к тем отличиям этих ядер, которые заметны невооруженным взглядом. Расширение L1 и L2 кэша - чрезвычайно важный шаг в Prescott, особенно учитывая то, что это ядро разрабатывалось с прицелом на значительное возрастание тактовой частоты. Однако, к сожалению, вместе с увеличением объема кэш-памяти в Prescott выросла и ее латентность.

Ядро Prescott существенно отличается от предыдущих процессорных ядер, используемых в процессорах Pentium 4. Говорить о том, что новое ядро представляет собой Northwood c увеличенной кэш-памятью, переведенный на новый технологический процесс, было бы совершенно неправильно. Отличия Prescott лежат гораздо глубже. При создании Prescott многие функциональные блоки были спроектированы инженерами заново.

Как и предшествующие ядра Willamette и Northwood, новое ядро Prescott основывается на микроархитектуре NetBurst, введенной Intel с выходом первых Pentium 4. Основная идея данной архитектуры - достижение высокой производительности CPU путем наращивания тактовой частоты. Благодаря увеличению длины исполнительного конвеера этому, Intel надеется, что процессоры с ядром Prescott смогут покорить частоты порядка 4,5 ГГц. Очевидно, что для достижения этой цели конвейер процессора должен быть увеличен весьма значительно.

Ключевым элементов для обеспечения высокой производительности является предсказание ветвлений. Если процессор знает (или догадывается), какой путь в коде будет принят далее, то он сможет наиболее эффективно использовать ресурсы своего конвейера. При удлинении конвейера с 20 до 31 ступени предсказание ветвлений начинает играть ещё более важную роль. Удлинение конвейера позволило Intel уменьшить сложность каждого этапа, таким образом, обеспечив возможность дальнейшего роста тактовой частоты. Но за это приходится платить: ошибочные предсказания ветвлений у Prescott обходятся процессору намного дороже. Теперь становится вполне очевидным, почему Intel решила увеличить размер всех кэшей. В случае ошибочных предсказаний ветвлений обеспечение процессора необходимыми данными становится как никогда важным. Для заполнения конвейера процессора должен иметь под рукой все необходимые данные. Для этого кэш L1 теперь работает с восемью входами (8-way associative).

Также весьма заметные изменения касаются блока декодирования инструкций и 4-килобайтного буфера Branch Target Buffer (BTB), в котором накапливается статистика выполненных переходов. Если BTB не обеспечит предсказание ветвления, то декодер инструкций осуществит статическое предсказание, которое должно привести к незначительному падению производительности в случае ошибки. Причём это незначительное падение должно компенсироваться улучшенным процессом определения циклов. Кроме того, несколько была усовершенствована и схема динамического предсказания переходов. В процессор Prescott был добавлен блок косвенного предсказания переходов (indirect branch predictor), который впервые нашел свое применение в CPU семейства Pentium M и хорошо зарекомендовал себя там.

В результате, если у процессоров на ядре Northwood число неправильно предсказанных переходов составляло в среднем 0.86 на 100 инструкций, то теперь эта величина понизилась до 0.75 неправильных переходов на 100 инструкций. То есть, другими словами, мы имеем на 12% меньше неправильно предсказанных переходов, что выливается в гораздо меньшие простои процессора, вызванные необходимостью очистки и перезаполнения конвейера.

Несмотря на то, что количество целочисленных ALU в процессоре осталось тем же: два, работающих на удвоенной частоте ядра, для простых инструкций плюс еще одно для сложных инструкций, скорость исполнения отдельных команд в Prescott возросла. Объясняется это некоторыми изменениями, внесенными в ALU.

После довольно успешного выхода инструкции SSE2 с Pentium 4 (Streaming SIMD Extensions, 144 инструкции), инструкции SSE3, по-видимому, являются реакцией на пожелания и просьбы больших софтверных компаний. Однако на этой раз жизнь программистов облегчают лишь 13 новых инструкций.

Итак, основная идея, которую преследовали инженеры Intel при разработке нового процессорного ядра Prescott, состояла в создании процессора, который будет масштабироваться по тактовой частоте еще лучше, чем его предшественники. Однако, несмотря на это, максимальная тактовая частота процессоров Prescott, выпущенных сегодня составляет всего лишь 3,4 ГГц. При этом Intel утверждает, что частоты Prescott могут быть доведены в следующем году до 4,5 ГГц. Во втором квартале этого года будут представлены процессоры с частотой 3,6 ГГц, в третьем квартале выйдут Pentium 4 3,8 ГГц, к концу же 2004 году доступны будут уже процессоры с частотой 4 ГГц. В следующем году ядро Prescott продолжит рост своих тактовых частот до тех пор, пока на смену ему не придет новое ядро, Tejas.

Несмотря на то, что в Prescott можно обнаружить много нововведений, призванных поднять производительность этого решения, например увеличенные размеры кэша первого уровня для данных и кэша второго уровня, быстродействие CPU на этом ядре вряд ли совершит качественный скачок по сравнению с быстродействием предшествующих процессоров с NetBurst архитектурой.

Необходимо также упомянуть и о совместимости существующих материнских плат с новыми и будущими моделями Prescott. С сожалением мы должны констатировать, что последней моделью процессоров Prescott, совместимой с современными материнскими платами является анонсированный сегодня процессор с частотой 3,4 ГГц. Все процессоры с частотой 3,6 ГГц и выше будут выпускаться для другого процессорного гнезда, известного как LGA 775. Материнские платы, предназначенные для LGA 775 процессоров, появятся во втором квартале одновременно с анонсом Pentium 4 3,6 ГГц, который в версии для Socket 478 выпускаться не будет. Также, вместе с новым процессорным гнездом на рынке появятся и новые наборы системной логики, однако это - тема для совсем другого рассказа.