Online-Abo
  • Login
  • Registrieren
Games World
  • Die PCGH-CPU-Historie: Heute mit Sockel 423 und 478

    Im Verlauf dieser Serie möchten wir die wichtigsten CPU-Meilensteine seit Ende des letzten Jahrtausends vorstellen. Diese Woche: Der Anfang und Höhepunkt von Netburst.

    "Netburst" - bei Hardwarekundigen ruft diese Architektur meist Erinnerungen an Pentium-4-Heizkraftwerke hervor, die selbst mit weit über 3 GHz langsam sind. In der Tat hat keine andere Architektur so viel Neues versucht und dabei so viele Tiefpunkte erlebt. Doch unsere Geschichte beginnt früher. Im Jahre 2000 sieht man in der Netburst-Architektur vor allem Zukunftspotenzial. Ihre Besonderheiten resultieren aus einem kompromisslos einfachen Grundkonzept: Leistung durch Takt.
    Intel unterteilt die Rechen-Pipeline nicht mehr in 12 Stufen, wie beim Pentium III, sondern in 20. Der einfachere Aufbau jeder einzelnen Stufe ermöglicht es ihr, auch bei hohen Taktraten zuverlässig zu arbeiten. Dies verringert nicht die Zeit, die eine Operation zum Durchlaufen aller Pipelinestufen benötigt, aber es können mehr Operationen zeitgleich in Teilen der Pipeline bearbeitet werden und der Gesamtdurchsatz steigt mit dem Takt. Ziel ist es, mit Netburst 10 GHz zu erreichen - je nach Gerücht spätestens 2011 oder sogar schon 2005.

    Der Sockel 423 verschwand so schnell vom Markt, dass gute Bilder selten sind. Der Sockel 423 verschwand so schnell vom Markt, dass gute Bilder selten sind. Quelle: thg.ru Der erste Schritt erfolgt, nach mehreren Verzögerungen, am 20. November 2000. Der Pentium 4 startet mit "Williamette"-Kern auf Basis des Sockel 423. Dieser beinhaltet die zweite große Neuerung: Der Front-Side-Bus arbeitet zwar weiterhin mit 100 MHz, aber "quadpumped". Ähnlich wie DDR überträgt QDR mehrere Bits innerhalb eines Taktes und ermöglicht so effektiv die vierfache Bandbreite, "FSB400" im Marketingjargon. Da die DDR-SD-RAM-Spezifikation nur wenige Monate alt ist, greift der i850-Chipsatz auf teuren RD-RAM zurück, um die verfügbare Bandbreite auszunutzen. Diese Entwicklung der Firma RAMBUS wurde bereits mit der letzten Pentium III Generation eingeführt, konnte sich aber nicht durchsetzen, da der Front-Side-Bus des Pentium III mit günstigem PC133-SD-RAM ausgereizt war.

    Der Kerntakt der neuen CPU liegt bei maximal 1,5 GHz - ein deutlicher Sprung gegenüber dem Pentium III 1133 oder dem konkurrierenden AMD Athlon 1200. Doch erste Benchmarks holen hochfliegende Pläne schnell auf den Boden der Tatsachen zurück. Im Vergleich zum Athlon zieht der Pentium 4 regelmäßig den Kürzeren, selbst dem Pentium III muss er sich manchmal geschlagen geben. Die dritte Neuerung in Form des SSE2-Befehlsatzes gibt Williamette zwar in einigen wenigen Anwendungen einen großen Vorsprung, doch die hohen Kosten der Plattform wiegt das in den Augen potentieller Käufer nicht auf.

    Die Ursachen für die Leistungsschwäche liegen auf der Hand: Die hohe Bandbreite des Speicherinterface wird mit ebenso hohen Latenzen erkauft und die lange Pipeline lässt sich oft nicht auslasten, da Instruktionen auf die Ergebnisse laufender Berechnungen warten. Letzteres ist ein verbreitetes Problem in der Prozessortechnik und wird auch bei Netburst durch die spekulative Ausführung von Befehlen gemildert. Doch durch die gesteigerte Pipelinelänge steigt die Zahl von Fehlern in der Sprungvorhersage. Um die Auswirkungen der folgenden Pipeline-Leerung zu minimieren, hat Intel dem Pentium 4 eine vierte Besonderheit verpasst: Teile des L1-Cache fungieren als Trace-Cache. In diesem werden keine komplexen x86-Befehle, sondern fertig dekodierte µOps gespeichert. Müssen Operationen ein zweites Mal berechnet werden, können die Recheneinheiten direkt aus dem Trace-Cache gefüllt werden, ohne dass eine erneute Dekodierung nötig ist.

    Die Kompensation der Pentium-4-Leistungsschwächen wird schließlich in der Stärke der Netburst-Architektur gesucht - hohe Taktraten. Obwohl die 180-nm-Fertigung viel Abwärme erzeugt, durchbricht man im August 2001, weniger als 1,5 Jahre nach Ende des "Gigahertzrennens", die 2-GHz-Barriere. Für die Leistungskrone in Anwendungen reicht dies, denn der Athlon XP ist noch nicht am Markt. Dass die Plattform für Spieler unattraktiv bleibt, ist Intel bewusst, aber egal. Mit dem i845D für langsamen SD-RAM schafft man vorerst nur eine Basis für günstige Komplettsysteme mit Intel-Chipsatz und Pentium 4.

    Der Sockel 478 fiel deutlich kleiner aus, als der Sockel 423. Das stabile Retention Modul wurde unter anderem von Thermalright auf den Sockel 775 und AMD-Plattformen übertragen. Der Sockel 478 fiel deutlich kleiner aus, als der Sockel 423. Das stabile Retention Modul wurde unter anderem von Thermalright auf den Sockel 775 und AMD-Plattformen übertragen. Quelle: hardware-one.com Drei Monate später schickt man den Sockel 423, nach weniger als einem Jahr und unter Spot von AMD-Fans, in den Ruhestand. Die neue Plattform heißt Sockel 478 und soll künftige CPUs mit höherem Stromverbrauch unterstützen. Ein aufwendiges Retention System erleichtert zudem die Verwendung großer Kühlkörper. Genutzt werden diese Fähigkeiten aber erst zwei Jahre später, denn im Januar 2002 folgt mit "Northwood" die nächste Neuerung.

    Dieser zweite Netburst-Kern stellt im Wesentlichen einen Williamette in 130-nm-Fertigung dar, der dank einer Verdoppelung des L2-Caches auf 512 KiB unempfindlicher gegenüber Speicherlatenzen ist und über eine optimierte Sprungvorhersage verfügt. Die Auswirkungen dieser Änderungen sind spürbar: Die Recheneffizienz steigt und trotz höherem Takt bleibt die Verlustleistung vorerst unter 70 W. Bis August 2002 legt Intel mit einem auf 133 MHz beschleunigten Front-Side-Bus (FSB533), passendem 850E-Chipsatz und Taktraten von 2,26 GHz bis 2,8 GHz nach. Die Northwood-B genannte FSB533-Serie kann auch in Spielen mit den Athlon XP ihrer Zeit konkurrieren, allerdings zu deutlich höheren Preisen. In der Mittelklasse wird die Preis-/Leistungsproblematik ab Mai 2002 durch den i845E-DDR-Chipsatz gemildert. RD-RAM basierte Systeme erreichen zwar fast die doppelte Bandbreite von DDR333-RAM, gegenüber dem nicht einmal halb so schnellen SDR-SD-RAM ergeben sich trotzdem große Vorteile.

    Das letzte Mitglied der Northwood-B-Familie erscheint im November 2002 mit 3,06 GHz und verfügt als erster Pentium 4 über Hyper-Threading. Die Technologie simuliert gegenüber dem Betriebssystem zwei Kerne und ermöglicht es der CPU, Befehle mehrerer Threads anzunehmen. Die Rechenleistung bleibt allerdings gleich und der zusätzliche Verwaltungsaufwand kostet sogar ein paar Prozentpunkte. Zeitgenössische Spiele und Anwendungen laufen meist in einem einzelnen Thread und somit langsamer. In Arbeitsumgebungen findet Hyper-Threading trotzdem schnell Liebhaber: Laufen mehrere Programme parallel, kann die CPU Berechnungen des einen Threads ausführen, während der andere Thread auf Daten aus dem Speicher oder von der Festplatte wartet. Lastet ein leistungshungriges oder abgestürztes Programm die CPU zu 100% aus, werden weiterhin Eingabebefehle angenommen, das System bleibt bedienbar. Der größte Nutzen von Hyper-Threading wird aber erst Jahre später deutlich: Programmierer beginnen bereits zweieinhalb Jahre vor Erscheinen der ersten Dual-Core-CPU mit der Entwicklung von Dual-Threaded-Software.

    Auch bei Übertaktern ist der Northwood beliebt. Die Abwärme steigt zwar schnell in große Höhen, aber mittlerweile haben sich Retail-CPU-Kühler von einem Nischenprodukt zur eigenen Industrie entwickelt, selbst Wasserkühlungen lassen sich "von der Stange" kaufen. So ausgerüstet erreichen Extremübertakter schließlich Taktfrequenzen 80% über den Serienmodellen, Ende 2003 wird dank der taktfreudigen Netburst-Architektur sogar die 5-GHz-Marke geknackt. Auch im Dauerbetrieb scheint das Potenzial unbegrenzt. 40-50% OC bei 20-30% erhöhter Spannung sind bei guter Kühlung keine Seltenheit - bis sich unerklärliche Ausfälle häufen. "Sudden Northwood Death Syndrome" wird das plötzliche Ableben von hochübertakteten, aber kühlen und stabilen Prozessoren genannt. Der Grund liegt in der feinen Fertigungstechnik und der stark angehobenen Spannung. Elektromigration, die bei gröberer Fertigung keine Rolle spielte und sich unabhängig von der Temperatur entwickelt, schließt mittelfristig die Transistoren kurz. Erst Jahre später erlauben Prozessoren, die zur Verringerung der Abwärme mit deutlich gesenkter Spannung verkauft werden, wieder derart sorgloses Übertakten.

    Krönung der Northwood-Entwicklung und Höhepunkt der Netburst-Geschichte wird schließlich der Sommer 2003. Im Mai/Juni stellt Intel den Northwood C als "Pentium 4 HT" mit schnellem FSB800 und bis zu 3,2 GHz vor. Die Chipsätze i865 und i875 liefern endlich eine hochwertige Dual-Channel-DDR-Lösung für Privatanwender, sodass sich das Potenzial zu vertretbaren Preisen ausreizen lässt. Integriertes SATA mit NCQ und schnelles CSA-Gigabit-LAN sind weitere Alleinstellungsmerkmale.
    AMD hat dieser Plattform wenig entgegenzusetzen. Der Athlon XP 3200+ muss sich oftmals dem Pentium 4 3 GHz geschlagen geben und ist zeitweilig sogar teurer, seine Ablöse zögert sich bis zum Herbst hinaus - und provoziert eine CPU, deren Spuren sich bis heute in Intels Produktpalette finden:

    Mit der Pentium 4 Extreme Edition 3,2 GHz wird im September 2003 das "Enthusiast"-Segment eröffnet. Der Sockel 478 Prozessor ist ein Verzweiflungsakt und wird überraschend eine Woche vor AMDs Athlon 64 angekündigt. Dass es einzig um die Leistungskrone und nicht um verkaufte Stückzahlen geht, zeigt das unerhörte 1.000-US-Dollar-Preisschild der "Expensive Edition". Doch der Prozessor trägt das "Extreme"-Label zu Recht. Anders als spätere von normalen Desktop-Modellen abgeleitete EE-Versionen, basiert er auf einem Xeon-MP-Kern aus dem Großserversegment. Der "Gallatin" verfügt über einen Prozessorkern und 512 KiB L2-Cache nach Vorbild des Northwood-C, zusätzlich werden aber satte 2.048 KiB L3-Cache auf dem DIE untergebracht - doppelt so viel wie in der Servervariante. Die Anzahl der Transistoren steigt durch den riesigen Zwischenspeicher auf mehr als das Dreifache eines Northwood, doch der ökonomische Wahnsinn trägt Früchte. Mit rund 10% höherer Leistung bei gleichem Takt (und nur 10 W höherer TDP) kann man einen hauchdünnen Vorsprung vor dem wesentlich billigeren Athlon 64 3200+ halten. AMD kontert seinerseits mit einer umgelabelten Server-CPU - doch vom Athlon FX soll ein ander Mal die Rede sein.

    Im Februar 2004 erhält der Northwood-C (mittlerweile mit 3,4 GHz verfügbar) auch einen "zivilen" Nachfolger. Der "Prescott"-Kern ist der erste Vertreter der zweiten Netburst-Generation, wird aber weder als "Pentium V" vermarktet, noch ist er der erhoffte Athlon-64-Killer. Im Gegenteil: In den meisten Benchmarks schneidet er, trotz des auf 1.024 KiB erweiterten L2-Cache und seiner SSE3-Fähigkeit, schlechter ab als ein Northwood mit gleichem Takt. Zudem verbraucht er trotz feiner 90-nm-Fertigung durchschnittlich 20 W mehr Strom und ist so, neben dem deutlich schnelleren Gallatin mit 3,4 GHz, die einzige CPU am Markt, die die magische 100 W Grenze überschreitet.

    Der Grund für die enttäuschende Leistung liegt in einer weiteren Verlängerung der Pipeline von 20 auf 31 Stufen. Eine deutliche Steigerung der Taktraten soll die Leistungskrone zurückholen. Außerdem spekuliert man, Intels "Yamhill"-Projekt zur Entwicklung einer 64 Bit Erweiterung wäre eingeflossen. Aber beides wird sich auf dem Sockel 478 nicht mehr auswirken.

    Nächste Woche in der PCGH-CPU-Historie:
    - Sockel 754, 939 und 940: AMDs Höhenflug.

    Bisher erschienen in der CPU-History-Serie:
    Die PCGH-CPU-Historie: Heute mit dem Sockel A und Slot A von AMD

    Wissenswert: Mehr Informationen zum Thema finden Sie in:
    AMD Zen ab 2017: Alles zu Release-Termin, CPU-Sockel, technische Daten [Update]
  • Stellenmarkt

    Es gibt 10 Kommentare zum Artikel
    Von ruyven_macaran
    Eine CPU, die ständig überlastet ist, muss sich nicht runtertakten können Konnte ich mit meinem 2,6er nicht bestätigen…
    Von Species0001
    Ich hatte von Mitte 2003 bis Anfang 2011 selbst einen P4 C mit 3GHz und dank HT hat der echt lange gehalten.Auch der…
    Von Sturmtank
    Die werbungen mit den Aliens fand ich immer amüsant
    Von Dr Bakterius
    Der 423 war ja mehr eine Todgeburt entweder mit lahmen SD RAM oder dem übelst teuren RD RAM, das konnte nicht gutgehn.…
    Von FrittenFett
    Wenn ich bedenke, dass ich bis vor einem knappen Jahr noch mit nem 478 2,8er Celeron rumgegurkt bin... 55°C im Idle,…
      • Von ruyven_macaran Trockeneisprofi (m/w)
        Zitat von FrittenFett
        Wenn ich bedenke, dass ich bis vor einem knappen Jahr noch mit nem 478 2,8er Celeron rumgegurkt bin...
        55°C im Idle, knappe 70°C unter Last... - Energiesparfunktionen? Ne.


        Eine CPU, die ständig überlastet ist, muss sich nicht runtertakten können


        Zitat von lu89
        Jaja, der Sockel 478 war/ist schon geil. 90 Grad mit boxed waren da keine Seltenheit.


        Konnte ich mit meinem 2,6er nicht bestätigen. Laut ja - aber über ~70°C hat er ihn nie hochgelassen. Ganz abgesehen davon lag die throttle-Grenze deutlich tiefer.
        Viel erstaunlicher fand ich seinerzeit, dass die CPUs selbst >80°C überlebt haben. Gab Leute, die haben nach einem halben Jahr Nutzung festgestellt, dass da noch eine Schutzfolie unterm Kühler ist...
      • Von Species0001 PC-Selbstbauer(in)
        Ich hatte von Mitte 2003 bis Anfang 2011 selbst einen P4 C mit 3GHz und dank HT hat der echt lange gehalten.
        Auch der i875P Chipsatz war super - SATA, USB2.0, Gbit-LAN - im Prinzip hat sich da ja bis heute nicht viel getan.
        Nur auf PCIe-Grakas musste ich verzichten und nach der Radeon 3850 für AGP konnte ich nicht mehr aufrüsten.
        Mit dem PC habe ich selbst Crysis und Metro2033 gezockt!

        Aber mit meiner neuen Kiste macht es natürlich deutlich mehr Spaß.
      • Von Sturmtank Freizeitschrauber(in)
        Die werbungen mit den Aliens fand ich immer amüsant
      • Von Dr Bakterius Flüssigstickstoff-Guru (m/w)
        Der 423 war ja mehr eine Todgeburt entweder mit lahmen SD RAM oder dem übelst teuren RD RAM, das konnte nicht gutgehn. Den Nachfolger habe ich sogar noch in 2 Rechner am laufen als 2,4 und 3,0 GHz, für einfache Sachen immer noch gut genug
      • Von FrittenFett Freizeitschrauber(in)
        Wenn ich bedenke, dass ich bis vor einem knappen Jahr noch mit nem 478 2,8er Celeron rumgegurkt bin...
        55°C im Idle, knappe 70°C unter Last... - Energiesparfunktionen? Ne.
  • Print / Abo
    Apps
    PC Games Hardware 01/2017 PC Games 12/2016 PC Games MMore 01/2016 play³ 01/2017 Games Aktuell 12/2016 buffed 12/2016 XBG Games 11/2016
    PCGH Magazin 01/2017 PC Games 12/2016 PC Games MMORE Computec Kiosk On the Run! Birdies Run
article
814831
CPU
Rückblick
Im Verlauf dieser Serie möchten wir die wichtigsten CPU-Meilensteine seit Ende des letzten Jahrtausends vorstellen. Diese Woche: Der Anfang und Höhepunkt von Netburst.
http://www.pcgameshardware.de/CPU-Hardware-154106/Specials/Rueckblick-814831/
20.03.2011
http://www.pcgameshardware.de/screenshots/medium/2008/02/Intel_2000_P4_90nm.jpg
intel,cpu
specials