奔腾4 CPU与奔腾III CPU区别

奔腾4 CPU与奔腾III CPU区别（一）奔腾4的诞生背景：奔腾4处理器因该说是在Intel为了挽回奔腾III处理器在同AMD Athlon处理器较量中的劣势的情况下诞生的。

当时奔腾III铜矿处理器无论在性能还是主频速度上都落后于AMD的新速龙，而一向被认作业界领导者的Intel无论如何不会甘心屈居人下，于是，内部工程代号为Willamette的第一代奔腾4处理器应运而生了。

这是Intel用来对付AMD的秘密武器，采用了当时业界领先的全新NetBurst设计架构，以及史无前例的四倍速400MHz总线频率。

众多先进技术的应用以及它那最直观的优势——主频，的确赢得了不少的掌声，使得Intel在与AMD的“世纪GHz大战”中终于取得了比较明显的领先优势。

那么，到底这款神秘的处理器拥有哪些技术特性？它与奔腾III处理器相比有哪些相同点及不同点？下面将为您一一解说。

二）奔腾III处理器的基本技术指标：铜矿奔腾III处理器：奔腾III铜矿处理器采用0.18微米工艺生产，内核集成32KB的一级缓存（包括16KB 数据缓存和16KB指令缓存）和256KB的全速二级缓存（其二级缓存采用8路联合机制，运行于与处理器主频相等的速度）。

这款处理器内核集成2810万个晶体管，封装形式为FC-PGA，共有370根插脚。

其运行频率从500MHz起跳，至1GHz止，采用100MHz及133MHz两种不同版本的前端总线频率，分别用“E”及“EB”来表示。

例如奔腾III800E代表800MHz主频，100MHz前端总线频率的处理器，而奔腾III800EB则代表800MHz主频，133MHz前端总线频率的处理器。

奔腾III处理器使用著名的SSE（Streaming SIMD Extension）指令集，拥有不错的性能且发热量很低。

其工作电压为1.60v-1.75v，普通的散热风扇就能保证它的稳定运行。

超频能力方面，很多低主频100MHz外频的奔腾III处理器都能够轻松的超至133MHz外频使用。

奔腾III处理器搭配平台：在配套芯片组方面，奔腾III处理器可以使用Intel自己的440BX、810、810E、815、815E、815EP、820，VC820，VIA的693、693A、694以及SIS的630等芯片组。

大多数奔腾III系统采用的是SD内存，PC133SD内存提供的1.06GB/s的带宽完全可以满足处理器的需求。

当然，也有少数系统例外，如VIA的APOLLO PRO266芯片组使用的是DDR内存，Intel 的820使用的是PC600的RAMBUS RDRAM。

但是事实证明，这些采用了更先进、更快内存的系统运行起来并不比采用SD的系统更快更稳定。

奔腾III处理器的运算单元每次可以传输8bit的数据资料，这样在根据其采用的100MHz或者133MHz外频来计算，CPU本身的数据带宽仅为8bit*100MHz=800MB/s或者8bit*133MHz=1.06GB/s。

而运行于100MHz或133MHz的SD内存已经完全可以提供CPU所需的内存带宽，这样看起来使用DDR或着RD内存就显得有些多余。

并且由于芯片组本身存在的问题和设计缺陷，这些采用更先进内存的系统不但没有表现出更强的性能，在很多方面甚至要弱于采用SD内存的系统。

所以，无论从技术角度还是从多数使用情况上来看，奔腾III是一颗使用SD内存系统的处理器。

注：Katmai核心的奔腾III已经淘汰多时；图拉丁核心的奔腾III-s处理器主要面对服务器及工作站市场，并且生命周期很短，因此均不做讨论。

（三）奔腾4处理器的基本技术指标：奔腾4处理器采用了全新设计的NetBurst架构，不再使用以前的100MHz和133MHz单倍速前端总线频率，而是采用了Quad-Speed四倍速的总线设计，系统总线速度等效于400MHz。

这样其CPU带宽相比奔腾III就有了几倍的提升，增大了单周期内数据的吞吐量。

在指令集方面，Intel为奔腾4特意设计了144条全新的指令，称其为SSE2。

早期的奔腾4依然使用0.18微米工艺生产；随着Intel生产工艺的逐步提升，目前所有奔腾4处理器已经全部过渡到0.13微米工艺，主频速度也从0.18微米工艺时的最高2GHz过渡到拥有最新Hyper-Threading（超线程）技术的3.06GHz。

Willamette核心奔腾4处理器：图（1）奔腾4 WillametteWillamette核心的奔腾4依然采用和奔腾III处理器一样的0.18微米工艺生产，内核集成20KB的一级缓存（包括8KB的数据缓存和12KB的追踪缓存）和256KB全速二级缓存。

由于采用了全新的架构设计，并且采用了超长的20级流水线，奔腾4处理器的晶体管数目达到了史无前例的4200万，核心面积也达到了216mm2，远比奔腾III的核心要大。

由于CPU 核心异常的脆弱，在奔腾III时代出现过很多因为散热器安装不得当造成压坏CPU核心的情况，因此奔腾4都为CPU加装了保护顶盖，核心不再裸露在外。

当然，揭掉顶盖，我们还是可以看到奔腾4那巨大的核心的，如图所示：图（2）Willamette奔腾4的核心早期的Willamette奔腾4采用的是Socket423接口，FC-PGA2的封装形式；到后来则转为小型Micro FC-PGA2封装的Socket478接口。

这是为了适应更高主频下的电器特性的要求，也是奔腾4处理器今后一段时间将采用的统一接口形式。

Willamette奔腾4由于采用的是0.18微米工艺，因此不但核心面积大，功耗也十分惊人。

该款处理器工作电压为1.75v，主频速度从1.3GHz起跳，以每100MHz为间隔至2GHz 止。

其最大功耗为63w，需要配备专业的散热风扇方能稳定运行。

Willamette奔腾4拥有令人失望的超频能力，这不但因为其本身已经跟高的运行频率，最重要的是其0.18微米的生产工艺已经几乎达到其频率的极限了。

在以往的经验中，常规散热条件下能够超频至533MHz外频的可能性简直是微乎其微，一般只能达到118*4或者125*4的外频频率。

Northwood核心奔腾4处理器：由于Willamette核心的奔腾4处理器采用的是0.18微米的生产工艺，具有成本高、发热量大等严重缺陷，况且相对落后的生产工艺难以让奔腾4设计架构的一大特点——主频优势有更大的发挥空间，所以在Willamette 1.7GHz发布过后不久，Intel宣布了新一代奔腾4处理器的诞生，这就是Northwood。

从某种意义上讲，这款新内核新工艺的产品才真正是成熟的、具有不可估量潜力的奔腾4处理器。

图（3）奔腾4 NorthwoodWillamette核心的奔腾4初期采用的是较大的封装形式，拥有423根针脚，后期的为了适应更高频率下电器特性的要求，采用了小型的Micro FC-PGA2封装形式，并且针脚增加到478根。

Northwood内核的处理器封装形势完全采用Micro FC-PGA2，并采用Socket478接口形式，与478针的Willamette完全兼容。

这款处理其在架构及指令集方面与Willamette 奔腾4是一样的，所不同的是其采用了更加先进的0.13微米工艺生产，并且其二级缓存容量比Willamette有了一倍的提高，达到了512KB，其晶体管数量同时增加到了5500万个。

Intel还特别为Northwood改进了NetBurst架构下那超长的20级流水线算法，再加上多出了一倍的二级缓存，所以即使是在同频率下，其性能也要比老的奔腾4处理器强10%左右。

同时，由于采用了新工艺，其内核面积明显减小，这会显著的降低生产成本，同时增加产量。

另外一点Northwood相比Willamette重要的技术提升就是其采用了铜互连的制程。

（Willamette采用的依然是老的铝互连的技术）铜拥有比铝更加优异的导电性能，这就可以有效的减少集成电路内部的电阻抗，并且可以有效的降低所需要的工作电压，同时降低功耗和发热量。

从电气特性上来看，铜互联技术代表着更高的水准，是今后CPU发展的必经之路。

而现在，Northwood核心的奔腾4已经采用了这一先进的技术工艺，在2GHz甚至以上的高频率下，其工作电压仅有1.5v，功耗仅不到50w。

频率方面，Northwood的起跳频率为1.6GHz，之后是1.8GHz，2.0GHz或以上。

为了便于区分这两种核心的产品，Intel用1.6AGHz、1.8AGHz和2.0AGHz这样的命名方式来辨明区别。

而2GHz以上的频率目前完全是Northwood的天下，Intel在不久前还推出了533MHz 外频（四倍速133MHz总线结构）的新一代Northwood B处理器，进一步提高了性能。

在3.06GHz （包括）以上的产品中，Intel为奔腾4加入了一项神秘的新技术，这就是Hyper-Threading （超线程）。

英特尔开发的这一突破性技术允许软件程序同时处理两项任务——从而可以在更少的时间内完成更多工作。

超线程技术通过一次执行软件程序的两个线程实现了这一目标。

超线程技术的出现进一步增强了奔腾4处理器的性能，并且在今后软件升级优化方面拥有巨大的潜力。

图（4）Northwood奔腾4 3.06GHz在超频能力上，Northwood充分发挥了Intel先进成熟的0.13微米工艺的长处，大部分产品都有出色的超频能力。

在常规风冷散热条件下，绝大多数1.6AGHz的处理器都能够超至533MHz标准外频使用，使得用户提前享受到了奔腾4 2.13GHz的高速快感。

至于1.8AGHz 超至2.4BGHz，2.0AGHz超至2.66GHz的事例也是常有耳闻，甚至某些使用极端散热方式的发烧友已经成功地将Northwood超至4GHz以上！这款处理器强大的超频能力为奔腾4处理器大大的争了一口气，充分洗刷了Willamette奔腾4超频能力低下的耻辱。

奔腾4处理器搭配平台：初期的奔腾4处理器只能搭配Intel自家的850芯片组以及RAMBUS内存使用，由于当时过高的价格以及相对来说较窄的选择范围，造成了其平台的单一。

后来Intel迫于市场形势的要求，不得不推出了支持SD内存和DDR内存的845和845D芯片组，而当Northwood推出以后，市面上支持奔腾4的芯片组也逐渐增多和成熟起来，主要产品除了850，845/845D 之外，又增加了850E，845E/G/GL/PE/GE，VIA的P4X266/333/400，SIS的645，648等等。

但是从技术角度来说，奔腾4处理器搭配RAMBUS RDRAM才真正能够体现出处理器强大的带宽优势。

和奔腾III处理器的核心一样，奔腾4处理器的运算单元同样可以每周期传送8bit 的数据，但是由于它那突破性的四倍速前端总线设计，其CPU数据带宽达到了8bit*400MHz=3.2GB/s。