Intel Pentium

Intel Pentium — это семейство микропроцессоров архитектуры x86, выпускаемых корпорацией Intel. Первый процессор под этим брендом был представлен 22 марта 1993 года и стал пятым поколением процессоров Intel после 80486, откуда и произошло название (от греч. «pente» — пять). Бренд Pentium стал одним из самых узнаваемых в истории компьютерной техники, пройдя путь от высокопроизводительных CPU для настольных ПК до бюджетных и мобильных решений.

История

Появление и первые поколения (1993—1997)

Разработка Pentium началась в 1989 году под кодовым названием P5. В отличие от предшественника, 80486, новый процессор получил суперскалярную архитектуру, позволяющую выполнять до двух инструкций за такт. Первая модель работала на частоте 60 МГц и была выполнена по 0,8-мкм техпроцессу. Процессор содержал 3,1 миллиона транзисторов и использовал 273-контактный корпус Socket 4.

В 1994 году Intel выпустила Pentium 75, 90 и 100 МГц, выполненные по 0,6-мкм техпроцессу (кодовое название P54C). Эти процессоры перешли на Socket 5 и 3,3-вольтовое питание, что снизило тепловыделение. В 1995 году вышли модели на 120, 133, 150, 166 и 200 МГц (P54CS).

Эпоха MMX (1997—1999)

22 января 1997 года Intel представила Pentium с технологией MMX (MultiMedia eXtensions). Это был набор из 57 новых инструкций, оптимизированных для обработки мультимедийных данных: видео, аудио и 3D-графики. Процессоры Pentium MMX (кодовое название P55C) работали на частотах 166—233 МГц и выпускались по 0,35-мкм техпроцессу. Они получили увеличенный до 32 Кбайт кэш L1 (16 Кбайт для данных и 16 Кбайт для инструкций) и новый корпус Socket 7.

Переход к архитектуре P6 (1999—2000)

В 1999 году Intel выпустила Pentium II на архитектуре P6, ранее использовавшейся в процессорах Pentium Pro. Pentium II отличался новым корпусом SECC (Single Edge Contact Cartridge) с картриджем, содержащим процессор и кэш L2. Впервые кэш L2 работал на половине частоты ядра. Процессоры выпускались на частотах 233—450 МГц. В 1998 году вышла бюджетная версия Pentium II Celeron с урезанным кэшем L2.

Эра Pentium III и Pentium 4 (1999—2008)

Pentium III (1999) добавил инструкции SSE (Streaming SIMD Extensions) для ускорения вычислений с плавающей запятой. Процессоры выпускались на частотах 450 МГц — 1,4 ГГц и использовали корпус FC-PGA. В 2000 году Intel представила Pentium 4 на архитектуре NetBurst, которая делала упор на высокие тактовые частоты (до 3,8 ГГц в одноядерных моделях) и глубокий конвейер. Pentium 4 стал первым массовым процессором с поддержкой Hyper-Threading (2002 год), симулирующим два логических ядра.

Многоядерная эпоха (2005—2009)

В 2005 году Intel выпустила двухъядерный Pentium D (на базе двух ядер Pentium 4). В 2006 году вышли процессоры Pentium Dual-Core на архитектуре Core (кодовое название Yonah), ставшие первыми энергоэффективными двухъядерными Pentium. С 2007 года под брендом Pentium выпускались процессоры на микроархитектуре Core 2 (например, Pentium E2140, E2160). Эти модели получили кэш L2 до 1 Мбайт и работали на частотах 1,6—2,2 ГГц.

Современный этап (2009 — настоящее время)

С 2009 года бренд Pentium используется для бюджетных двухъядерных процессоров на архитектурах Nehalem, Sandy Bridge, Ivy Bridge, Haswell, Skylake и более новых. В 2017 году Intel представила линейку Pentium Gold и Pentium Silver для настольных и мобильных устройств. Pentium Gold (например, G5400, G6400) — двухъядерные процессоры с Hyper-Threading и встроенной графикой. Pentium Silver (например, N5000) — четырёхъядерные процессоры с низким энергопотреблением (TDP до 6 Вт) для ноутбуков и неттопов.

Архитектура и характеристики

Микроархитектура

Процессоры Pentian разных поколений использовали различные микроархитектуры:

• P5 (1993—1997): суперскалярная архитектура, два конвейера целочисленных вычислений (U и V), один конвейер для операций с плавающей запятой.
• P6 (1995—2006): архитектура с динамическим выполнением, внеочередным исполнением инструкций и предсказанием ветвлений. Использовалась в Pentium Pro, Pentium II, Pentium III.
• NetBurst (2000—2008): архитектура с очень длинным конвейером (до 31 стадии), высокой тактовой частотой и технологией Hyper-Threading.
• Core (2006—2009): энергоэффективная архитектура с широким конвейером и интегрированным контроллером памяти.
• Nehalem (2009—2012): архитектура с интегрированным контроллером памяти DDR3 и кольцевой шиной.
• Sandy Bridge / Ivy Bridge / Haswell / Skylake (2011—2021): архитектуры с интегрированной графикой и улучшенным энергопотреблением.

Кэш-память

Объём кэш-памяти L1 в процессорах Pentium варьировался от 8 Кбайт (P5) до 64 Кбайт (Pentium M). Кэш L2 — от 256 Кбайт (Pentium II) до 4 Мбайт (некоторые модели Pentium Dual-Core). В современных Pentium Gold объём кэша L3 составляет 4 Мбайт.

Техпроцесс

Техпроцесс изготовления процессоров Pentium эволюционировал от 0,8 мкм (P5) до 14 нм (Pentium Gold G6400) и 10 нм (Pentium Silver N5000). Это позволило снизить энергопотребление и тепловыделение при росте производительности.

Энергопотребление

TDP (Thermal Design Power) процессоров Pentium сильно варьировался:

• P5 (60 МГц): 15 Вт.
• Pentium 4 (3,8 ГГц): до 130 Вт.
• Pentium Dual-Core (E2140): 65 Вт.
• Pentium Gold G6400: 58 Вт.
• Pentium Silver N5000: 6 Вт.

Классификация

По поколениям

• Pentium (P5): 60—200 МГц, Socket 4/5/7.
• Pentium MMX: 166—233 МГц, Socket 7.
• Pentium Pro: 150—200 МГц, Socket 8.
• Pentium II: 233—450 МГц, Slot 1.
• Pentium III: 450 МГц — 1,4 ГГц, Slot 1 / Socket 370.
• Pentium 4: 1,3—3,8 ГГц, Socket 423 / Socket 478 / LGA775.
• Pentium D: 2,66—3,6 ГГц, LGA775.
• Pentium Dual-Core: 1,6—2,2 ГГц, LGA775.
• Pentium (Core-архитектура): 1,6—3,5 ГГц, LGA1155/1150/1151.
• Pentium Gold / Silver: 1,1—4,0 ГГц, LGA1151 / BGA.

По назначению

• Настольные (Desktop): Pentium, Pentium II, Pentium III, Pentium 4, Pentium D, Pentium Dual-Core, Pentium Gold.
• Мобильные (Mobile): Pentium M, Pentium Dual-Core Mobile, Pentium Silver.
• Серверные: Pentium Pro (для рабочих станций и серверов).
• Бюджетные: Celeron (с 1998 года) — урезанные версии Pentium с меньшим кэшем и частотой.

Применение

Процессоры Pentium использовались в:

• Настольных ПК: от домашних компьютеров до офисных машин. В 1990-е — начале 2000-х годов Pentium был стандартом для производительных ПК.
• Ноутбуках: мобильные версии Pentium (Pentium M, Pentium Dual-Core Mobile) обеспечивали баланс производительности и энергопотребления.
• Серверах и рабочих станциях: Pentium Pro применялся в серверах начального уровня.
• Промышленных и встраиваемых системах: процессоры Pentium с низким TDP (например, Pentium M) использовались в промышленных контроллерах и киосках.
• Игровых консолях: процессор Pentium III (733 МГц) использовался в приставке Sega Dreamcast (1998).

Критика

Процессоры Pentium неоднократно подвергались критике:

• Ошибка FDIV (1994): в первых процессорах Pentium (60/66 МГц) была обнаружена ошибка в блоке деления с плавающей запятой, приводившая к неверным результатам при делении определённых чисел. Intel признала проблему и организовала программу замены процессоров, что обошлось компании в 475 миллионов долларов.
• Высокое тепловыделение: Pentium 4 (особенно модели на частоте 3,8 ГГц) выделял до 130 Вт тепла, что требовало массивных систем охлаждения и создавало проблемы с шумом.
• Маркетинговые уловки: в 2000-е годы Intel выпускала процессоры под брендом Pentium с урезанными характеристиками (например, Pentium 4 с кэшем L2 256 Кбайт вместо 512 Кбайт), что вводило покупателей в заблуждение.
• Отставание от конкурентов: в середине 2000-х годов процессоры AMD Athlon 64 и Opteron превосходили Pentium 4 по производительности на ватт и в многопоточных задачах, что привело к потере Intel доли рынка.

Интересные факты

• Название «Pentium» было выбрано после того, как Intel не смогла зарегистрировать товарный знак «586» из-за того, что числа не могут быть защищены авторским правом.
• Первый процессор Pentium (60 МГц) стоил около 878 долларов США в 1993 году.
• В 1997 году процессор Pentium II (233 МГц) использовался в суперкомпьютере ASCI Red, который стал первым компьютером, преодолевшим рубеж производительности в 1 терафлопс.
• Процессор Pentium M (2003) стал основой для архитектуры Core, которая впоследствии легла в основу всех современных процессоров Intel.
• В 2021 году Intel объявила о прекращении выпуска процессоров Pentium и Celeron для настольных ПК, заменив их брендом Intel Processor.

Источники

• Intel Corporation. «Intel Pentium Processor Family: Technical Documents». 1993—2023.
• Gwennap, L. «Intel’s P6 Architecture: The Next Generation». Microprocessor Report, 1995.
• Halfhill, T. R. «Pentium 4: The NetBurst Architecture». Microprocessor Report, 2000.
• AnandTech. «Intel Pentium Gold G6400 Review: Budget CPU for 2020». 2020.
• Wikipedia. «Pentium». 2023.