Горячий Pentium 4 и народная любовь
Мне всегда казалось, что Pentium 4 никто не любит. По разным причинам. Тупиковая архитектура, высокое тепловыделение, проприетарная и дорогая оперативная память для процессоров первого поколения. Сейчас этот процессор находится где-то посередине между категориями «старый хлам» и «теплое ностальгическое ретро». Но и находится запросто, повсеместно и за копейки, если не считать раритетов и топчика. Если из компьютеров на базе следующей десктопной архитектуры Intel Core 2 еще что-то можно выжать в современном софте, то на «четвертом пне» без шансов, не взлетит. В общем, надо брать, решил я, и уже на следующий день стал владельцем двух материнских плат, трех процессоров, колоды планок оперативной памяти, кулеров, блоков питания: это действительно было легко.
Собирать компьютер на базе Pentium 4 по лучшим рекомендациям 15-летней давности я буду чуть позже (советы по правильной сборке в духе времени приветствуются). Эта статья — попытка расставить в эпохе Pentium 4 временные метки, определить, что с этим процессором было не так, а что — так. Плюс результаты экспериментов с реальным железом, немного впечатлений из современности и воспоминаний из прошлого. И бенчмарки конечно, куда же без них.
Дневник коллекционера старых железок я веду в Телеграмме.
Willamette и RDRAM
— Анонс: Ноябрь 2000, 20 лет назад
— Техпроцесс: 180 нанометров
— Частота: 1,3–2,0 Ггц
— TDP: 50–75 Ватт
— Объем кэш-памяти L2: 256 кБ
— Частота системной шины: 100 Мгц, 3200 МБ/c
Выношу особую благодарность сайту IXBT за сохранение архива статей с оригинальными ссылками. Незадолго до официального анонса там опубликовано (в двух частях) подробное описание новой архитектуры NetBurst, основе Pentium 4, и сравнение с предыдущими процессорами Pentium III на базе архитектуры P6. Важные нововведения в NetBurst — это «длинный» вычислительный конвейер из 20 уровней, поддержка нового набора команд SSE2, системная шина, выполняющая четыре транзакции за такт, работа арифметико-логических блоков на удвоенной частоте. 20 ноября 2000 года выпускаются процессоры с частотой 1,4 и 1,5 Ггц. Для сравнения, максимальная частота процессора Pentium 3 Coppermine на тот момент — 1,13 Ггц. В тот же день IXBT публикует фотографии процессора и результаты тестов с общим вердиктом: ¯\_(ツ)_/¯.
Pentium 4 1.4 сравнивается с Pentium 3 1Ггц и эти две системы показывают примерно одинаковый результат — в одном бенчмарке немного вырывается вперед старый процессор, в другом — небольшое преимущество у нового. В общем, было не очень понятно, где прорыв. Очевидно быстрее Pentium 4 оказался только в тесте на сжатие аудиоданных. В первый год своей жизни новый флагман компании Intel был сомнительным выбором, тем более что третий пентиум в 2001 году перевыпустили на новом техпроцессе 130нм и довели частоту до 1.4 Ггц. Особенностью архитектуры Netburst и того самого «сверхдлинного» конвейера стал потенциал по дальнейшему увеличению частоты. В августе 2001 года частота процессоров Pentium 4 доведена до 2 гигагерц. Что касается преимущества в бенчмарках и реальном софте, то как правило все зависело от желания разработчиков оптимизировать ПО под новую архитектуру.
В том же августе 2001 года я покупаю компьютер на базе Pentium III, имея достаточно смутное представление о том, что вообще происходит на рынке персональных систем. Ориентируюсь по рекламным плакатам (ватман, фломастеры) на Савеловском рынке, что как бы не является объективным источником информации. Понятно одно: «четвертый пентиум» я не могу себе позволить при всем желании — слишком дорого. Мой предыдущий ПК — 386-й, и по сравнению с ним любое новое железо оказывается лучше. Смущает непонятная память RDRAM, с которой P4 годом ранее поступает в продажу: в прессе пишут о чрезмерном нагреве и малых преимуществах по сравнению с памятью SDRAM. В 2020 году комбинация процессора на «тупиковой» архитектуре с тупиковым же стандартом памяти — достойный повод для строительства ретроПК, но у меня другие приоритеты.
Northwood
— Анонс: Январь 2002, 18 лет назад
— Техпроцесс: 130 нанометров
— Частота: 1,6–3,4 Ггц
— TDP: 38–80 Ватт
— Объем кэш-памяти L2: 512 кБ
— Частота системной шины: 100–200 Мгц, 3200–6400 МБ/c
С частотами 2 и более гигагерц Pentium 4 второго поколения нужно сравнивать уже не с устаревающими Pentium 3, а с конкурентом от компании AMD, процессором Athlon XP. AMD стабильно отставала от Intel по максимальной частоте своих процессоров, что не мешало им показывать достойные результаты в бенчмарках. Убедить обычного потребителя, привыкшего оценивать компьютеры по частоте процессора, что все несколько сложнее, было сложно. AMD активно использует Performance Rating — это когда процессор с частотой 2100 Мгц называется «Ahtlon XP 3000+». Этот рейтинг намекал на частоту процессора Pentium 4 с похожей производительностью, хотя официально AMD никогда не признавала эту связь.
С процессорами Northwood компания Intel отказывается от памяти Rambus DRAM. Новые чипсеты работают с DDR SDRAM. Растет частота системной шины, а с ней и скорость работы с оперативной памятью: в мае 2002 года выпускаются процессоры с частотой FSB 133 Мгц, годом позже — 200 Мгц. В мае 2003 года появляется еще одно нововведение: технология Hyper-Threading, позволяющая дополнительно загрузить вычислительный конвейер за счет виртуального второго процессорного ядра. В моей компьютерной реальности того же года я на какое-то время вообще остаюсь без компьютера, а потом собираю из чего попало устаревший, но вполне пригодный для любых задач десктоп на базе Pentium II.
В декабре этого года я покупаю набор из системной платы Asus P4PE, процессора Pentium 4 Northwood 2,4 Ггц (SL6EU, частота FSB 133 Мгц) и гигабайта оперативной памяти DDR.
Это не самая бюджетная материнская плата, но и не «премиум». Чипсет i845, встроенный звук и 100-мегабитный сетевой интерфейс. На плате предусмотрено место под контроллер SATA, но он не распаян, поэтому я подключаю к плате жесткий диск IDE на 320 гигабайт.
Слот для видеокарты — стандарта AGP 4x, и таких в моей коллекции пока нет. Зато есть странное, но работающее решение: GeForce 6200 512 МБ с разъемом PCI и пассивным охлаждением. Синий слот на плате — место для установки WiFi-модуля, который Asus продает в нагрузку к плате.
Я не ставил перед собой задачу проводить научное исследование производительности старого процессора: для этого пришлось бы добывать много вариантов матплат и CPU. Но впечатление составить хотелось, поэтому выберу относительно современный бенчмарк Geekbench 4. Вот результаты:
Процессор еще не поддерживает Hyper-Threading, результаты в многозадачном тесте чуть хуже, чем в однозадачном. Пока запомним эти цифры, а заодно отметим временные рамки: середина 2002 года. В любом случае это неплохой прогресс за два года: начали с 1,7 Ггц, а в конце 2002-го уже перешагнули рубеж в 3 гигагерца. Уже в 2000 году технические издания пишут о достижении частоты в 10 гигагерц к 2005 году. Я не нашел официальных заявлений Intel с такой цифрой, судя по всему прогноз озвучивался кулуарно. Но скорее всего план такой и был: если техпроцесс в 130 нанометров позволяет 3 гигагерца, значит на 90нм сделаем шесть, и так далее. Простая и понятная схема повышения производительности.
Горячий Prescott
— Анонс: Февраль 2004, 16 лет назад
— Техпроцесс: 90 нанометров
— Частота: 2,4–3,8 Ггц
— TDP: 84–115 Ватт
— Объем кэш-памяти L2: 1024–2048 кБ
— Частота системной шины: 133–200 Мгц, 4256–6400 МБ/c (редкие модели до 266 Мгц)
Просто так взять и поменять процессор Intel на новый в начале нулевых у вас не получится. Сначала Socket 423 меняется на Socket 478. В этом конструктиве выпускаются как процессоры Northwood, так и Prescott, но в моей плате Asus P4PE ранней ревизии Prescott не работает, хотя она поддерживает частоту системной шины в 200 Мгц. У AMD с обратной совместимостью дела обстоят получше. В феврале 2004 года IXBT разбирает нововведения в Pentium 4 Prescott: тут не только новый техпроцесс. Увеличена длина конвейера, с 20 до 31 ступени, в попытке найти потенциал для разгона. Увеличен до одного мегабайта кэш второго уровня, позднее появятся процессоры с двумя мегабайтами кэш-памяти. Внедрены новые инструкции SSE3. Добавляется технология EM64T — на процессоры теперь можно устанавливать 64-битные ОС. AMD переходит на 64 разряда раньше, а потом она первой выпустит потребительские двуядерные CPU. В той же статье процессор сравнивается с Northwood аналогичной частоты и AMD Ahtlon 64 3400+. Результаты такие же, как в 2000 году: где-то лучше предшественника, где-то хуже. Общий вердикт:»ядро Prescott в целом медленнее Northwood».
Если бы повторилась ситуация 2000–2002 годов, то это бы не стало проблемой: быстро выходим на рубеж в 4–5 гигагерц, и оставляем старые процессоры и конкурентов далеко позади. Но нет: даже по официальным спецификациям Prescott получились очень горячие. А частота в конце 2004 года была доведена до 3,8 гигагерц: этот рекорд задержится на несколько лет. Имевшийся в планах Pentium 4 580 с частотой 4 гигагерца был отменен. Никаких 10 гигагерц и близко не случилось. Хочется сказать: уперлись в физические ограничения, но это не совсем так. До начала 2010-х Pentium 4 — любимая игрушка оверклокеров. На сайте HWBot основанный на архитектуре NetBurst Intel Celeron D 352 до сих пор на 5 месте по максимальной частоте — 8543 мегагерца. Полноценный Pentium 4 смогли разогнать до 8179 мегагерц. Но разгон и способность решать задачи пользователя — это совершенно разные вещи. Пользователю не нужно охлаждение жидким азотом, он не хочет изучать, как снимать с процессора крышку-термораспределитель. А ведь такой простой был план.
В конце 2004 года произошло еще одно событие: процессоры Intel перешли на новый Socket 775. Впервые процессоры были лишены ног, они переехали на ответную часть сокета на материнской плате. Socket 775 на удивление долго продержался на рынке, и сейчас скорее ассоциируется с платформой Intel Core 2. Я покупаю еще один набор: материнскую плату Asus P5GD1, процессор Pentium 4 и три гигабайта оперативной памяти четырьмя модулями DDR1. Это почти современность: слот PCI Express для видеокарты, встроенный звук с возможностью подключения многоканальной акустики (в середине нулевых это было модно), чуть более удобный кулер с четырьмя креплениями. Плата снова бюджетная, но уже есть SATA, дополнительный контроллер IDE, разъемы для портов USB и звука на передней панели. Нет возможностей разгона, никаких. Но нам пока и не надо.
Вместе с платой шел процессор Intel Pentium 4 поколения Cedar Mill 2006 года. Это «последнее прости» архитектуры NetBurst АКА «Prescott нормального человека»: техпроцесс 65 нанометров, 2 мегабайта кэш-памяти, TDP в пределах разумного, частоты от 3 до 3,6 Ггц. Но я добываю настоящий, тот самый огненный Prescott с частотой 3,4 гигагерц. Заодно поменяю видеокарту на «нормальную» GeForce 6800. У нее ужасно злобный мелкий кулер, который хочется сразу поменять на что-то более приличное.
Посмотрим, что процессоры покажут в бенчмарках:
Pentium 4 3.4 Prescott:
Pentium 4 3.2 Cedar Mill:
Дичь
Собирая Pentium 4 как ретросистему хочется изобразить что-то этакое, и найти если не самый мощный, то какой-то редкий процессор этой модели. Выбор большой. Во-первых, можно упомянуть Intel Pentium D: позднейшее развитие Prescott в двуядерном исполнении. На нем можно построить самый горячий Pentium 4 с официальным TDP в 130 Ватт для моделей с частотой 3,2–3,6 гигагерц. Он же будет максимально приближен к компьютерам соврменности, а заодно неплохо обогреет ваш кабинет зимой. Во-вторых, это тот самый Pentium 4 с исторически максимальной частотой 3,8 гигагерц. Наконец, это Pentium 4 серии Extreme Edition: они появлялись каждый раз, когда AMD готова была представить очередного флагмана, и Intel хоть на полсантиметра, но пыталась обогнать конкурента. Ранние P4EE вовсе были основаны на ядре Gallatin с техпроцессом 130нм, позаимствованном из Intel Xeon. Особый интерес представляют Pentium 4 EE с частотой системной шины в 266 Мгц — таких было только два. Найти любой экстремальный Pentium достаточно нелегко, в розницу они шли по ~1300 долларов по сравнению с ~500 за «обычный топчик». Желающих поменять деньги на тепло было немного. Доказательством тому служит данный лот на eBay:
Я пожалуй не буду гнаться за редкими модификациями — все равно это не имеет особого смысла. Планирую остановиться на поздних Pentium 4 с нормальным тепловыделением, и возможно даже попробовать умеренный разгон — так скорее всего получится достичь тех самых 3,8 Ггц (или высокой пропускной способности FSB) гораздо проще и дешевле. Но это не точно, возможно придется пострадать.
Все повторяется
Я долго думал, с чем бы сравнить производительность Pentium 4. Когда я исследовал сабноутбук Sony VAIO TZ 2007 года, у меня было предположение, что его производительность соответствует таковой у Pentium 4. Так и вышло: экономичный, легкий и тонкий ноутбук показывает в Geekbench 4 778 баллов в однопоточном тесте и 1241 балл в «многоядерном». Первый результат — чуть лучше, чем у Pentium 4 2.4 2002 года. Второй — выше, чем у Prescott 3.4, при несравнимом энергопотреблении. Еще один интересный вариант для сравнения из моей коллекции — ноутбук IBM ThinkPad T40 с процессором Pentium M 755 2Ггц 2004 года. Его результат в Geekbench — 876 баллов, что примерно соответствует Pentium 4 того же года выпуска с частотой 2,8–3 Ггц. Именно тогда стало окончательно понятно, что дело не только в частоте процессора: было бы здорово и дальше ее бесконечно увеличивать, это понятно для покупателей. Но не вышло.
Еще одна «дичь» — это переходник с Socket 479 (мобильные Pentium M) на Socket 478 (десктопные матплаты). Разгон такого полустационарного ПК показывал отличные результаты. Мой потихоньку устаревающий, но еще современный ноутбук ThinkPad T480 с Core i7 восьмого поколения выдает в Geekbench 4 больше 5000 баллов, при максимальной частоте в 4 Ггц. Правильно будет сравнивать с результатами хороших десктопных процессоров, и, а это примерно 10 тысяч баллов. Рост производительности в 10 раз (на ядро, а их теперь много) за c 2005 по 2020 год. Сравните это с приростом в 300 раз (по моим собственным измерениям) с 1992 по 2001.
В 2005 году у Intel «были проблемы»: что-то не задалось с архитектурой NetBurst, конкуренты наступают, как внешние, так и внутренние — в виде того самого мобильного Pentium M, наследника процессоров Pentium Pro из девяностых. В июле 2006 года компания выпускает процессоры Intel Core 2, также имеющие в родственниках древнюю архитектуру P6. Стартовая частота по меркам Netburst смешная — 1,87–2,67 Ггц, но производительность выше, энергопотребление заметно ниже. В 2007 году выходят первые четырехядерные процессоры. Я же в 2005 году покупаю-таки свой компьютер на базе Pentium 4, за что меня критикуют подкованные в технике знакомые — зря купил, поздновато. И они, конечно, были правы.
Хотя Pentium 4 стали тупиковой ветвью процессоростроения, обеспечивали сомнительный прирост производительности от поколения к поколению, именно в это время компьютеры окончательно приобрели современные черты. Стали по-настоящему мультимедийными, расправляясь с видео и музыкальным контентом без всяких проблем. Выросли с единиц до сотен гигабайт объемы жестких дисков, появились первые твердотельные накопители. Наконец, в эпоху моей ретровидеокарты GeForce 6800 выпущены знаковые игры, в которые лично я до сих пор играю: Half-Life 2, Far Cry, GTA San Andreas. Важны не только возможности процессора, но и производительность всей периферии, доступность скоростного интернета. Бурное развитие всей компьютерной экосистемы, пока еще вращавшейся вокруг персонального компьютера, чаще настольного, чем портативного, пришлось как раз на начало нулевых. Это интересная эпоха.
О любви. В своем телеграм-канале я провел опрос о субъективном отношении к Pentium 4. И большинство все же отнесло его к категории «приятное ретро». Время идет, скоро и системы на базе Core 2 перейдут в эту категорию, а ведь на них даже работает современный веб. И еще: «проблемы» у Intel наблюдаются и сейчас. И с переходом на новый техпроцесс, и ростом производительности по сравнению с предыдущими поколениями. Все это уже было 15 лет назад, и тогда Intel справилась. Правда тогда традиционным для x86 рынкам десктопов и серверов не угрожала архитектура ARM.
У меня же начинается приятное строительство ретрокомпьютера из ретрокомплектующих. В следующей статье: чуть более элитная конфигурация Pentium 4, больше бенчмарков и попытка вернуть мой 2005 год.
