В 1993-м году компания Intel анонсировала новое поколение процессоров 5 поколения под названием Pentium. Сама архитектура Intel P5 (известная также как i80586) разрабатывалась на протяжении 4 лет, начиная с 1989-го года, и должна была прийти на смену устаревающим i80386 и i4086. Серия Pentium, как и все предыдущие микропроцессоры Intel, имела CISC-ядро, исполняющее сложные инструкции напрямую, что требовало больше времени и служило некоторым тормозом при их исполнении. Новые процессоры стали первыми x86-совместимыми суперскалярными CPU, которые могли исполнять две команды за такт. Кроме того, новые камни имели 64-битную шину данных (i386 и i486 могли похвастаться лишь 32-битной), а кеш первого уровня был разделен на кеш инструкций и кеш данных (8+8 Кб). Был также улучшен математический сопроцессор и добавлен механизм предсказания адресов ветвления для сокращения времени простоя процессорного конвейера.
В это же время параллельно шла разработка процессоров 6-го поколения под кодовым названием P6, которые должны были сменить первое поколение Pentium’ов и обеспечить «архитектурную базу» на ближайшие несколько лет. Первой пташкой новой серии стали Pentium Pro, кардинально отличающиеся от предыдущих моделей Pentium. Это были процессоры RISC-архитектуры, исполнявшие сложные инструкции x86 не напрямую, а декодируя их в простые микрооперации. Именно этим и объясняется суффикс Pro (от сокращенного Precision RISC Organization). Помимо определяющего нововведения – абсолютно новой архитектуры разработанной с нуля, следует отметить основные преимущества Intel Pentium Pro.
Во-первых, процессорный конвейер имел 12 стадий (против 5 у Pentium), благодаря чему впоследствии стало возможным достичь более высоких тактовых частот, чем у конкурирующих процессоров AMD K6, имевших всего 6 стадий конвейера.
Во-вторых, кеш-память второго уровня объемом 256 Кб интегрировалась непосредственно на подложку CPU, а не в отдельную микросхему на материнской плате, как это было у i486 и первых Intel Pentium, что позволяло кешу работать на одинаковой с CPU тактовой частоте и осуществлять более быстрый обмен данными. Однако и процент выхода годных чипов благодаря такому нововведению сильно сократился – если был замечен дефект в кеше, весь процессор отбраковывался (именно это и стало причиной очень высокой стоимости Intel Pentium Pro).
В-третьих, стоит отметить наличие 36-битной шины адреса, что позволило адресовать до 64 Гб памяти. И наконец, была введена поддержка MPS для создания многопроцессорных систем. Некоторые серверные материнские платы поддерживали установку до четырех процессоров Intel Pentium Pro, что делало новые процессоры идеальными кандидатами в качестве основы для серверов и рабочих станций.
Что не так?
Несмотря на все свои положительные изменения по сравнению с предыдущими CPU, Pentium Pro так и не стал популярным, ведь недостатков у «прадеда Core i7» было предостаточно. Самым главным из них стала невероятно высокая цена (около $2000) и отсутствие совместимости с Socket 7. Немаловажной причиной, по которой Intel Pentium Pro так и не обрел популярность, стала медленная работа с 16-битными приложениями. Ядро нового CPU было изначально «заточено» под 32-рязрядные приложения, и в них Intel Pentium Pro оказывался значительно быстрее всего предыдущего модельного ряда Intel’овских процессоров. Но в 16-разрядных приложениях (к которым, кстати, отчасти относилась и Windows 95, не говоря уже о DOS’e и более старых Windows 3x) первенец архитектуры P6 умудрялся проигрывать даже первым Pentium’ам, которые, ко всему прочему, имели более низкую тактовую частоту. Результат столь неудачного старта заставил Intel отменить решение по переводу всех процессоров Pentium на ядро с архитектурой P6, в результате чего простые пользователи получили лишь высокочастотные версии первых Intel Pentium и более быстрые Intel Pentium MMX на ядре P5 с небольшими изменениями, а также расширенным набором команд.
Pro + MMX
Целых два года потребовалось Intel на то, чтобы исправить основные недочеты Intel Pentium Pro. Благодаря старанию инженеров был увеличен объем кеш-памяти первого уровня с 16 Кб до 32 Кб, существенно повышена производительность процессорного ядра в 16-битных приложениях, ну и, конечно же, был добавлен набор мультимедийных инструкций MMX. Процессоры Intel Pentium II получили новую упаковку – так называемую SECC, представляющую собой картридж, на текстолите которого был распаян сам процессор и кеш-память второго уровня. Сама плата была внутри жесткого пластикового корпуса с прикрепленным вентилятором и радиатором. Из-за того что кеш был выполнен в виде отдельной микросхемы, он работал на уполовиненной частоте ядра (что по сути являлось шагом назад по сравнению с Intel Pentium Pro). На два года Pentium II стал флагманским процессором Intel вплоть до появления Pentium III – процессора с дальнейшим развитием архитектуры P6.
От Pentium III до Core i7
В начале 1999 года было анонсировано следующее поколение процессоров – Intel Pentium III, основанное на архитектуре P6. В число улучшений вошли: набор команд SSE, оптимизация работы с памятью, улучшение работы с 16-битными приложениями. Новые CPU несколько раз меняли техпроцесс, увеличивали объем кеша и впервые покорили 1 ГГц. Несмотря на то, что первые модели Pentium III использовали ту же SECC-упаковку, что и Pentium II, к концу 1999 года все модели PIII были упакованы в FCPGA (подложка зеленого цвета с контактами под сокет и распаянным кристаллом CPU). Кеш второго уровня был также интегрирован непосредственно в чип, что позволило ему работать на частоте ядра и демонстрировать более высокую производительность, чем у конкурентов.
Спустя полтора года после анонса Pentium III Intel выпустила первые модели Pentium 4, основанные на совершенно новой архитектуре NetBurst, не имеющей ничего общего с P6. Из-за некоторых просчетов и изначально ориентированной на высокую тактовую частоту архитектуры Intel Pentium 4 на одинаковых частотах оказывался медленнее Intel Pentium III. На целых 6 лет крайне удачная P6 покинула рынок настольных систем, и пока горячие, высокочастотные Intel Pentium 4 завоевывали пользовательские ПК, в израильской лаборатории Intel началась разработка Pentium M – процессора, изначально ориентированного на рынок ноутбуков и мобильных устройств.
За основу был взят Pentium III Mobile, использующийся в ноутбуках, отличающийся более скромным энергопотреблением и наличием технологии SpeedStep, которая снижала тактовую частоту CPU в простое (во всем остальном это были полные аналоги настольных собратьев). Вычислительное ядро Pentium M осталось практически без изменений и перекочевало из Pentium III. Был добавлен новый набор инструкций SEE2, увеличена тактовая частота процессора, существенно увеличен кеш первого и второго уровня. Была также доработана и технология SpeedStep, которая не только позволяла уменьшить частоту CPU в простое, но и отключать наиболее энергоемкие части кеша. В результате удалось добиться невероятной производительности и энергоэффективности – при тактовой частоте в 1600 МГц и энергопотреблении в 27 ватт, Intel Pentium M показывал скорость, сравнимую с 2.4 ГГц процессора Intel Pentium 4, потребляющего втрое больше электроэнергии!
В 2005 году появились первые мобильные двуядерные процессоры Intel Pentium M2, или как их называли, Intel Core Duo. Они обзавелись новым набором инструкций SEE3, получили два ядра Intel Pentium M, распаянных на одном кристалле, и общий объем кеша второго уровня. Такие процессоры были на удивление удачными, однако в настольном сегменте, ввиду приближения анонса архитектуры Intel Core 2, так и не появились. Спустя год Intel с громким шумом выпустила процессоры Intel Core 2 Duo, архитектура которых была основана на архитектуре Intel Pentium M. Были добавлены некоторые другие фишки вроде улучшенного декодера инструкций, но в целом – это было все тоже ядро Pentium Pro, обросшее толстым слоем улучшений и оптимизаций.