| 出版日期：2001-03-05 总期号：999 本年期号：14 |
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再探P4架构，理解真实性能
Intel P4样机测试 在本报测试实验室去年11月进行的Pentium 4抢先测试中，我们用了很大的篇幅对Intel最新发布的这颗IA-32终结者作了一次较为详细的剖析与探讨，同时也为大家展示了它在目前诸多主流测试软件中的表现，并对我们的测试结果作了进一步分析。当时我们的结论是“对于今天，P4也许并不完美，但着眼于未来，P4将更具优势”。不过当时由于种种原因，我们的测试还遗留了一些小问题未能尽述，因此我们今天就再来和大家探究一下P4的奥秘吧！ ■焦点回顾 
送测样品 Intel P4样机 为了保持文章的完整性，我们先花几分钟来简要回顾一下P4的主要技术及结构特点，参见表1。 ■改进型的PGA封装 
P4封装结构 423 Pin Socket结构的P4，仍采用0.18微米铝连线、六层CMOS工艺，晶体管数目达到了4200万个，核心电压1.7V，核心尺寸为170mm2。由于设计复杂，工作频率更高，P4的功耗显然要比以往产品高很多，1.50 GHz 竟然达到了54.7W（和AMD Athlon有一拼了），因而它在散热和供电方面都比较讲究。除了我们以前曾经提到过的特制铜（底）散热器和符合ATX 12V规范（ATX 2.03）的电源，P4的PGA (Pin Grid Array针格阵列)封装也有所改变。从照片中我们可以清楚地看到，P4共分为3层：镍铜（Nickel over copper）散热顶层IHS (Integrated Heat Spreader)、衬有硅的褐色有机底板OLGA（Organic Land Grid Array） 和绿色的FR4转接基板。真正的内核（DIE）则通过一层导热界面（Thermal Interface）翻转式（Flip Chip）封装在IHS和OLGA之间。这种设计使得核心的热量可以更有效地传导至外面的散热器上（当然也有保护内核的作用），从而更好地保证了CPU工作的稳定性，当然同时也会在一定程度上增加制造成本。我猜在下一代0.13微米的P4（内部代号Northwood）出台时，情况可能会有所不同，这有点像先前的SECC封装一样。 ■内核的改变 有关P4内核的重大变化，如：400MHz系统总线、两倍速的ALU、20级超级流水线……先前已经讲过很多了，在这里我们也不想再作重复，只想补充些新的内容，或者是大家还没太注意的内容。
首先，Intel终于决定彻底放弃曾经引起轩然大波的PSN（Processor Serial Number序列号），尽管它曾作为P3的一大安全特性而被Intel广为宣传，但出于个人隐私权问题的考虑，该技术受到了前所未有的反对。即便是在Intel提供了可以自由开关该功能的调节软件之后，仍然有很多人对此耿耿于怀（其实真的有那么严重吗？）。为了避免麻烦，在P4中，Intel取消了此项功能设计。其实，这一消息早在上次Intel的P4测试技术会时就已得到了官方证实，但出于对读者负责的态度，我们并没有把该内容加到前次P4抢先测试报告中，因为当时我们还没有得到测试工具来证实这一点。最新版的WCPUID Ver.2.8c-B5为我们证实了这一说法，P4的确已经不再支持该功能。 
Sumsang Rambus内存(P4必须由Rambus内存来支持) 其次，我们想再来说一下P4的“两倍速ALU”架构,这是NetBurst架构的重要部分。人们一般只是粗略地认为它是一个2速的算术逻辑单元（ALU），其实要是了解了它的内部微架构，对我们真正理解其性能表现将大有帮助。P4的“ALU”包括2倍速的ALU和AGU（地址生成单元）各两组，以及一个单倍速的低速ALU。其中前面的两组2倍速ALU主要被用来高效地处理简单指令（简单的μOP），而一旦遇到较为复杂的指令，CPU将会把它交给后面的低速ALU来处理，此时的性能自然会有大幅度的下降。这就是它在处理实际的整型数据时，性能并不能完全到达2倍于以前架构的根本原因之一。当然，由于绝大多数的程序指令都属于它能够处理的简单指令，因此这样的设计也是十分合理的。此外，由于在浮点处理单元方面，P4也有所调整，增加了SSE2指令集，省却了“多余”的一组MMX/SSE，这使得它更适合运用高效的SSE2双精度浮点指令，但在处理传统X87浮点指令时，并不占优势，而这也正可以很好地解释为什么我们上次测试中P4的浮点性能并不如大家（Intel）所期望的那么好。 
P4样机箱内散热情况 当然，SSE2的确是一个非常优秀的双精度SIMD流扩展指令集，它不但可以提供传统的单精度浮点处理能力，还能进行两组64位整数/双精度浮点SIMD操作和128位整型及长字型运算，难怪AMD最近也表示，将会在其下一代的64位K8处理器中加入对该指令集的支持。 ■性能测试 由于有了上次的P4抢先测试，全面的性能测试显然已经不是本次测试的重点。在这里我们将测试重点放在了Intel的P4 Application Launcher v2.1测试工具上，因为这套工具几乎囊括了目前可以体现P4性能的所有应用，包括Video studio 4.0、Win Media Encoder 7.0、Permiere、EJAY MP3等几套主流前卫的多媒体编辑（MPEG压缩、视频处理、语音识别……）工具。此外我们还新增了最新发布真正支持P4(SSE2)的Sisoft Sandra 2001.0.7.10以及WCPUID Ver.2.8c-B5的测试，参见表2。
P4 ALU逻辑单元 Intel本次送测的这套P4系统，在P4 Application Launcher v2.1中全面大幅胜出，领先幅度竟有20％～50％之多，甚至超出了我们前次测试的P4系统，这清楚地显示P4在多媒体方面的强大性能。这一成绩不但取决于其极高的配置，如256MB RDRAM、64MB DDR显卡，也在很大程度上受益于该系统配备的新版BIOS。我们上次的测试由于是在P4正式发布之前进行的，BIOS版本显然还不是最终版，因而在性能、稳定性和兼容性方面上还存在着一些问题，所以测试结果有较明显的差距尚属正常。 Sisoft Sandra 2001中，P4在两项RAM Bandwidth带宽测试中的表现，充分显示了400MHz系统总线和256MB双PC-800 RDRAM的3.2GB带宽优势。而正如我们看到的，在表现传统X87和SSE2浮点处理能力的Whetstone FPU/SSE2测试中， P4的Whetstone FPU(传统X87)成绩几乎只有P3的一半，只有调用SSE2来代替X87指令时，P4才能以一定幅度取胜。注意由于P3没有SSE2，因此要和其运行X87指令的性能来作对比。此外，在了解了P4 ALU子系统的内部架构之后，我们也就不难理解P4 ALU的测试结果了，P4领先优势微弱。在其它两项关于多媒体扩展指令集的性能测试中，P4也是小幅领先，看来它在纯粹运行这些指令的效能方面并无明显优势，但我们相信（期望）在实际应用中，SSE2的表现会更好。 综述 完成本次P4测试，使我们对P4的结构有了更深入的了解，也为我们的测试结果提供了理论依据，使我们可以更好地理解P4的真实性能。本次测试当然也再次证实了P4的适用领域应该是在今后益复杂的高端多媒体领域，在那里SSE2肯定会大显神威。此外，目标2GHZ以上的主频，也是P4后冲击市场的一项杀手锏。我闪的结论依旧：“对于今天，P4也许并不完美，但着眼于未来，P4将更具优势”。 |
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