Prescott ist da: Pentium 4 mit 90-nm-Kern (Update)

Mehr Leistung dank 1 MByte Level-2-Cache, Detailverbesserungen und SSE3. Nun ist es endlich so weit: Intel hat dem Pentium 4 einen neuen Kern spendiert, den lang erwarteten Prescott. Dieser ist im Gegensatz zum abgelösten Northwood-Kern (130 nm) in 90 nm gefertigt, bringt neue Funktionen, teils mehr Leistung und erlaubt vor allem höhere Taktraten.

1. Februar 2004 um 21:06 Uhr / Christian Klaß

Durch die Kombination von 90-nm-Fertigungstechnik, Strained Silicon, Kupferverbindungen und Low-K-Dielectric Material soll der aus 125 Millionen Transistoren bestehende und 112 qmm große Pentium 4 mit Prescott-Kern höhere Taktraten erreichen können. Darüber hinaus finden sich im Prescott von Hause aus 1 MByte anstatt nur 512 KByte (Northwood) Level-2-Cache, der jedoch nicht nur vergrößert, sondern auch etwas optimiert wurde.

Die bekannte Netburst-Mikroarchitektur des Pentium 4 wurde beim Prescott auch in Bezug auf den Level-1-Cache verändert: Anstatt eines 8-KByte/4-Wege-Assoziativ- kommt nun ein 16-KByte/8-Wege-Assoziativ-Cache mit optimiertem Store-to-Load-Forwarding zum Einsatz. Doch nicht nur die Caches wurden überarbeitet: Verbessert wurde bei der Code-Verarbeitung z.B. die statische und dynamische Sprungvorhersage, die laut Intels internen Studien in den meisten Fällen effizienter arbeitet als die des Northwood.

Während beim Northwood die "Mis-Prediction-Pipeline" nur 21 Stufen lang war, sind es beim Prescott schon 31 Stufen, so dass deren Auffüllen bei Versagen der Sprungvorhersage mehr Zeit kostet. Bei optimiertem Code tut das zwar laut einem Intel-Sprecher nicht weh, bei Versagen der Sprungvorhersage (engl. Branch Prediction) - etwa bei alter oder speziell für eine andere CPU optimierte Software - kann der Prescott hingegen bei gleichem Takt langsamer sein als Northwood. Diesen Nachteil hat Intel allerdings bewusst in Kauf genommen, da die veränderte Architektur höhere Taktraten möglich macht.

Weiterhin wurde eine der Integer-Einheiten (ALU) des Prescott nun zudem um gebräuchliche Shift- und Rotate-Funktionen erweitert, für die zuvor komplexe, mehrere Taktzyklen dauernde Integer-Instruktionen nötig waren. Ein weiteres Beispiel für die überarbeiteten Algorithmen des neuen Pentium 4: Integer-Multiplikationen erfolgen nun direkt im Integer-Teil der CPU und müssen nicht mehr zeitraubend dem Fließkomma-Multiplikator zugeführt werden. Auch beim HyperThreading hat Intel einige kleinere Optimierungen vorgenommen - das Grundprinzip blieb gleich.

Zusätzlich zu den üblichen Zusatzbefehlen von MMX bis SSE2 hat Intel dem Prescott mit dem gänzlich neuen SSE3 noch 13 neue IA32-Befehle spendiert, die für Multimedia-Berechnungen weitere Vorteile bringen sollen: Dazu zählen Befehle für Fließkomma-zu-Integer-Umwandlung (fisttp), komplexe Arithmetik (addsubps, addsubpd, movsldup, movshdup, movddup), Bewegungsabschätzung bei Videokompression (lddqu), für Vertex-Shader-Berechnungen nötige Grafikoperationen (haddps, hsubps, haddpd, hsubpd) und Befehle zur besseren Thread-Synchronisierung (monitor, mwait).

Trotz der neuen Fertigungstechnik steigt Intels Prescott mit bereits vom Northwood-Kern bekannten Taktraten ein: Insgesamt wurden vier neue Pentium-4-Prozessoren mit Taktraten von 2,8 GHz (178,- US-Dollar), 3 GHz (218,- US-Dollar), 3,2 GHz (278,- US-Dollar) und 3,4 GHz (417,- US-Dollar) vorgestellt. Alle verfügen über 1 MByte Level-2-Cache, unterstützen den bereits vom Northwood her bekannten 800-MHz-Systembus und sollen zumindest auf bestimmten Mainboards mit Intels 875P- und 865-Chipsätzen laufen.

Mit einem reinen BIOS-Update von Pentium-4-Boards ist es dabei nicht getan, diese müssen den trotz fortschrittlicherer Fertigungstechnik höheren Strombedarf (ab 90 bis 103 Watt) des Prescott vertragen können - eine Nachfrage beim Hersteller vor Aufrüstung eines Systems ist daher Interessenten dringend anzuraten. Nicht geeignete Boards starten laut Intel nicht oder sorgen für instabilen Betrieb.

Prescott-Taktfrequenz	L2-Cache	Chipsatz	Preis
3,4 GHz	1 MByte	875P/865P	€ 417
3,2 GHz	1 MByte	875P/865P	€ 278
3,0 GHz	1 MByte	875P/865P	€ 218
2,8 GHz	1 MByte	875P/865P	€ 178

Wer jetzt einen zusätzlichen Preisrutsch der Northwood-Prozessoren wähnt, irrt: Intel zufolge sind die Prescott-Modelle genauso teuer wie ihre Northwood-Kollegen gleicher Taktrate. Im Handel sollen beide dadurch unterscheidbar sein, dass die Prescott-Modelle hinter der Taktrate mit dem Zusatz "E" versehen sind. Das birgt Gefahr für eine weitere Verwechslung: Die Extreme Edition des Northwood mit 2 MByte Level-2-Cache bleibt schließlich weiterhin Intels Pentium-4-Spitzenmodell - mit 1.000,- Euro zumindest preislich.

Der 3,4-GHz-Prescott ("Pentium4 3,4E GHz") wird erst später im Laufe des ersten Quartals 2004 erhältlich sein - im Gegensatz zu den anderen, bereits an PC-Hersteller ausgelieferten Prescott-Modellen. Intel hat dabei das ehrgeizige Ziel, die Produktion so schnell zu steigern wie möglich, so dass der Northwood recht bald aus dem Programm fliegen dürfte.

Nachtrag vom 2. Februar 2004:
In verschiedenen Testberichten, etwa bei AnandTech , HardTecs4U , TecChannel und Tom's Hardware Guide , haben die neuen Pentium-4-Modelle gemischte Gefühle hinterlassen: Bei aktuellen Taktraten und aktueller Software scheint zwischen Prescott und Northwood etwa Gleichstand zu herrschen - mal ist der eine, mal der andere schneller; oft liegen sie gleichauf. Laut TecChannel soll etwa das verbesserte HyperThreading 5 Prozent mehr Leistung mit sich bringen und die SSE3-Befehle bei bestimmter Software etwa ein Leistungsplus von 25 Prozent ausmachen können - in Verbindung mit nicht optimiertem Code auftretende Leistungseinbußen durch die extrem lange Pipeline soll der vergrößerte Cache allerdings nur zum Teil auffangen können. Bis jetzt gibt es allerdings noch keine Anwendungen, die von SSE3 Gebrauch machen.

Erst bei Taktraten von über 3,4 GHz und entsprechender Software dürften sich also etwaige Prescott-Vorteile im Vergleich zum Northwood deutlicher auswirken. Dafür hat Intel dann auch den für das zweite Quartal 2004 erwarteten Prozessor-Sockel "LGA775" geplant, mit dem Pentium-4-Prozessoren mit Taktraten ab 3,6 GHz ausgestattet sein sollen. Das bedeutet jedoch, dass auch die zu den ersten Prescott-Modellen kompatiblen Pentium-4-Mainboards mittel- und kurzfristig nicht weiter aufgerüstet werden können.