Im Test vor 15 Jahren: Intels Prescott war ein Rückschritt durch Fortschritt

Robert McHardy 163 Kommentare
Im Test vor 15 Jahren: Intels Prescott war ein Rückschritt durch Fortschritt

tl;dr: Eine überarbeitete Mikroarchitektur, ein kleineres Fertigungsverfahren und SSE3-Unterstützung sollten den Intel Pentium 4 mit Codenamen Prescott (Test) an die Leistungsspitze befördern. Er stellte mit dem Ziel von 4 GHz zugleich die Spitze des Gigahertz-Rennens zwischen AMD und Intel dar.

Eine lange Leitung

Dank der neuen 90-nm-Fertigung war der Prescott deutlich kleiner als die vorherigen Pentium-4-Modelle. Die 125 Millionen Transistoren konnten auf 112 mm² untergebracht werden, während ein Northwood-Pentium mit nur 55 Millionen Transistoren auf mindestens 131 mm² kam. Der Pentium 4 in der Extreme Edition mit Northwood-2M-Kern erreichte mit 169 Millionen Transistoren gar 240 mm².

Die Überarbeitung der Mikroarchitektur brachte unter anderem einen mit 16 kByte doppelt so großen L1d-Cache mit sich. Der L2-Cache wurde von Intel außerdem von 512 kByte auf 1.024 kByte aufgebohrt. Der Prescott war zudem die erste Prozessor-Architektur, die die Befehlserweiterung SSE3 unterstützte. Die Hyper-Threading-Technik erfuhr mit dem Prescott Überarbeitungen. So konnten Operations-Arten parallel ausgeführt werden, was sich in einer gesteigerten Leistung bemerkbar machte.

Die wichtigste Änderung nahm Intel jedoch an der Befehls-Pipeline vor. Die bereits lange 20-stufige Pipeline des Northwood verlängerten die Ingenieure auf 31 Stufen. Unter anderem sollte die verlängerte Pipeline durch einfachere Stufen höhere Taktraten ermöglichen. Die zum Marktstart des Prescott vorgestellten Prozessoren boten aber bestenfalls die gleichen Taktraten wie die Northwood-Pentiums. Die angepeilten 4 GHz sollte Intel mit dem Prescott nie erreichen. Ein Nachteil, der mit der längeren Pipeline einher ging, war, dass die gesamte Pipeline geleert werden musste, falls die Sprungvorhersage des Prozessors falsch lag. Dementsprechend musste die CPU im Ernstfall 31 Befehle verwerfen.

Die Prozessoren im Überblick
Merkmale Pentium 4 Pentium 4 Extreme Edition Athlon XP Athlon 64 (FX)
Kern Prescott Northwood Northwood 2M Thoroughbred
Barton
Clawhammer
Clawhammer-512
Frontside-Bus 533 MHz QDR
800 MHz QDR
400 MHz QDR
533 MHz QDR
800 MHz QDR
800 MHz QDR 266 MHz DDR
333 MHz DDR
400 MHz DDR
entfällt
Fertigung 90 nm 130 nm 130 nm SOI
Sockel Sockel 478 Sockel A Sockel 754
Sockel 940 (FX)
Taktrate oder
Modellnummer
533 MHz QDR
2800 MHz A

800 MHz QDR
2800 MHz E HT+
3000 MHz E HT+
3200 MHz E HT+
3400 MHz E HT+

HT+: Verbessertes
Hyper-Threading
400 MHz QDR
1600 MHz A
1800 MHz A
2000 MHz A
2200 MHz
2400 MHz
2500 MHz
2600 MHz

533 MHz QDR
2266 MHz
2400 MHz B
2533 MHz
2666 MHz
2800 MHz
3066 MHz HT

800 MHz QDR
2400 MHz C HT
2600 MHz C HT
2800 MHz C HT
3000 MHz HT
3200 MHz HT
3400 MHz HT

HT: Hyper-
Threading
800 MHZ QDR
3200 MHz HT
3400 MHz HT

HT: Hyper-
Threading
266 MHz DDR
1800+
1900+
2000+
2100+
2200+
2400+
2600+

333 MHz DDR
2600+
2700+
2800+

333 MHz DDR
2500+
2600+
2800+
3000+

400 MHz DDR
3000+
3200+
Athlon 64:
3000+
3200+
3400+

Athlon 64 FX:
51
Transistoren 125 Mio. 55 Mio. 169 Mio. 37,5 Mio. (Tho.)
54,3 Mio. (Bar.)
105,9 Mio.
Die-Size 112 mm² 146 mm² (nB0)
131 mm² (nC1)
131 mm² (nD1)
240 mm² (nM0) 80 mm² (Tho. A)
84 mm² (Tho. B)
101 mm² (Bar.)
193 mm²
L1-Execution-Cache 12.000 µ-Ops 64 kByte
L1-Daten-Cache 16 kByte 8 kByte 64 kByte
L1-Takt CPU-Takt
L2-Cache 1024 kByte 512 kByte 256 kByte (Tho.)
512 kByte (Bar.)
512 kByte (3000+)
1024 kByte
L2-Anbindung 256 Bit 64 Bit 128 Bit
L2-Cache-Takt CPU-Takt
L2-Modus L1 inclusive L1 exclusive
L3-Cache 2048 kByte
L3-Cache-Takt CPU-Takt
L3-Modus L2 inclusive
HW Data Prefetching Ja
VCore 1,250V
1,275V
1,300V
1,325V
1,350V
1,375V
1,400V
1,475V
1,500V
1,525V
1,550V
1,475V
1,500V
1,525V
1,550V
1,575V
1,600V
1,50V
1,60V
1,65V
1,55V
Befehlssätze MMX
SSE
SSE2
SSE3
MMX
SSE
SSE2
MMX
SSE
SSE2
MMX
3DNow!
3DNow!+
SSE
MMX
3DNow!
3DNow!+
SSE
SSE2
AMD64
Temperatur-Diode Ja
Multiprozessor-fähig Nein
CPU-Architektur 31-stufige Pipeline 20-stufige Pipeline 15-stufige (FPU)/10-stufige (ALU) Pipeline 17-stufige (FPU)/12-stufige (ALU) Pipeline

Ein weiteres Problem des Prescott war die mit 103 Watt sehr hohe Verlustleistung. Intel begründete diese mit der gestiegenen Anzahl an Transistoren, der Pentium 4 in der Extreme Edition mit 130 nm kam jedoch ebenfalls auf 103 Watt bei deutlich mehr Transistoren. Tatsächlich schuld waren die hohen Leckströme, die letztendlich auch Intels 4-GHz-Plan vereitelten. Im Test resultierte die hohe Verlustleistung des Prescott in rund 10 K höheren Temperaturen als bei einem Northwood-Pentium mit gleicher Taktrate.

In puncto Leistung konnte der Prescott (Pentium 4 3,2E GHz) nicht überzeugen. In Spielen war er im Schnitt auf dem Niveau eines Northwood-Pentiums mit gleicher Taktrate. Einem Athlon 64 3000+ musste er sich bereits geschlagen geben und auch ein alter Athlon XP 3200+ rangierte nur vier Prozent hinter ihm. Selbst in Medienkodierungs-Anwendungen konnte er sich nicht gegen die vorherige Architektur durchsetzen, obwohl dies die Paradedisziplin für Hyper-Threading war. Ganze fünf Prozent lag er hinter dem Northwood mit 3,2 GHz. In den getesteten CAD-Anwendungen blieb am Ende immerhin im Durchschnitt ein Prozent Plus über. Im Mittel über alle Benchmarks blieb der Prescott rund zwei Prozent hinter Northwood zurück. Gegen den – exorbitant teuren – Pentium 4 in der Extreme Edition samt L3-Cache hatte er ohnehin keine Chance.

Intel übernahm für den Prescott die Preisgestaltung des Northwood. Damit konnten Nutzer für das gleiche Geld einen langsameren und heißeren Prozessor erwerben, der vor allem in der Theorie interessante Neuerungen bot. Für ComputerBase stand vor 15 Jahren fest, dass für Spieler der Athlon 64 und für Multimedia-Anwendungen der Pentium 4 Northwood zu empfehlen war. Der Prescott war „ein Rückschritt durch Fortschritt“.

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