Die erste echte Profi-CPU: Der Intel Pentium Pro

Sven Bauduin
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Die erste echte Profi-CPU: Der Intel Pentium Pro
Bild: Community-Mitglied „kryzs“

Der am 1. November 1995 erstmals veröffentlichte Intel Pentium Pro (P6) war der erste x86-Prozessor überhaupt, der speziell für den professionellen Einsatz in Servern und Workstations aufgelegt wurde und gilt zudem als Urvater heutiger HEDT-CPUs der bekannten Prozessorfamilien Xeon und Ryzen Threadripper von Intel und AMD.

Neben Xeon und Ryzen Threadripper fallen auch die Serien Opteron und Epyc in diese CPU-Kategorie, die erst durch den Pentium Pro ins Leben gerufen wurde, und das, obwohl diesem eigentlich eine ganz andere Aufgabe von Intel zugedacht war.

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Der Intel Pentium Pro, die erste echte Profi-CPU

Die Architektur

Auf Basis der P6-Architektur, die sich unter der Leitung von Chef-Entwickler Robert „Bob“ Colwell bereits seit 1991 in der Entwicklung befand und auf der später auch die ersten Xeon basierten, entwickelte Intel ab dem Jahr 1992 den A80521, welcher als Pentium Pro ursprünglich den ersten Intel Pentium („P5“) ablösen und dessen Position im Desktop übernehmen sollte.

Von Beginn an basierend auf der eigenen IA-32-Architektur für 32-Bit-Programmcode ausgelegt, tat sich der Pentium Pro aber bereits während der Entwicklung insbesondere schwer mit 16-Bit-Betriebssystemen und -Programmen und konnte gerade unter den damals noch äußerst weit verbreiteten Windows 3.1 und 3.11 keine gute Leistung vorweisen.

Durch Probleme mit dem „Onchip-Cache“ sowie einer hohen Ausschussrate bei der Fertigung des Prozessors entschied sich Intel dazu, den Pentium Pro schlussendlich als professionellen Prozessor – heute HEDT-CPU genannt – speziell für Server und Workstations zu vermarkten und entsprechend hochpreisig anzubieten. Los ging es zu Preisen ab 1.066 US-Dollar.

Anders als die Produktbezeichnung es vermuten lässt, unterschied sich die CPU-Architektur des Pentium Pro deutlich von der des früheren Pentium-Prozessors, der bereits ab 1993 erfolgreich in Office-, Spiele- sowie Multimedia-PCs zum Einsatz kam und sich angeschickt hat, den 486er auf das Abstellgleis zu befördern.

Der Pentium Pro führte erstmals viele der CPU-Features ein, die heute als selbstverständlich für eine moderne CPU gelten. Neben einem RISC-Prozessorkern mit drei parallel arbeitenden RISC-Pipelines feierte auch die Out-of-Order-Execution ihre Premiere in einer auch für Consumer ausgelegten x86-CPU.

Nachfolgende CPU-Generationen wie der Intel Pentium II von 1997 und der AMD K5 von 1996 orientierten sich stark an diesem Featureset und die dem Pentium Pro zugrundeliegende P6-Architektur sollte später in modifizierter Form ihren Weg auch in den Pentium II, Pentium III und Pentium M finden. Auch die ersten Core-CPUs mit Codenamen „Yonah“ orientierten sich stark am P6 und dessen Features.

Die Modelle

Neben dem mit 133 MHz getakteten Engineering Sample stellte der Pentium Pro mit 150 MHz das einzige Modell der gesamten Prozessorfamilie dar, das noch im alten Fertigungsprozess in 500 nm hergestellt wurde. Die Modelle mit 166, 180 und 200 MHz wurden bereits im damals modernen CMOS-Verfahren in 350 nm gefertigt.

Auf dem speziell für den Pentium Pro vorgesehen Sockel 8 fanden alle Modelle mit einem 60 und 66 MHz schnellen Front Side Bus (FSB) ihren Platz und unterstützten bis zu 4 GB Arbeitsspeicher. Der Pentium Pro war zudem Multi-Prozessor-fähig und unterstützte Systeme mit zwei und vier CPUs auf einem Mainboard.

Neben dem 16 Kilobyte großen L1-Cache, welchen alle Modelle besaßen, verfügte der Pentium Pro je nach Modell auch über 256, 512 oder 1.024 Kilobyte schnellen L2-Cache.

Ein Intel Pentium Pro mit 200 MHz und 1.024 Kilobyte L2-Cache
Ein Intel Pentium Pro mit 200 MHz und 1.024 Kilobyte L2-Cache (Bild: Community-Mitglied „kryzs“)

Ein solches Modell mit einer Taktfrequenz von 200 MHz und 1 Megabyte L2-Cache hat auch das Community-Mitglied „kryzs“ in seiner Sammlung. Einen Pentium Pro mit 200 MHz und einem L1-Cache im Vollausbau können Anwender leicht am ganz in Sschwarz gehaltenen CPU-Gehäuse erkennen. Dieser und andere Schätze finden sich in der Retro-Ecke des ComputerBase-Forums.

Der Pentium Pro („P6“) alias A80521 besaß eine Die-Größe von 306 mm² (500 nm) respektive 196 mm² (350 nm) und insgesamt 5.500.000 Transistoren. Allen Modellen waren die folgenden technischen Spezifikationen gemein:

Pentium Pro („P6“), A80521
  • L1-Cache: 8 + 8 Kilobyte (Daten + Instruktionen)
  • L2-Cache bei vollem CPU-Takt:
    • 256 Kilobyte L2-Cache (alle Taktfrequenzen außer 166 MHz)
    • 512 Kilobyte L2-Cache (166 und 200 MHz)
    • 1.024 Kilobyte L2-Cache (nur 200 MHz)
  • Symmetrisches Multiprozessorsystem (SMP)
  • Sockel 8, GTL+ mit 60 und 66 MHz Front Side Bus (FSB)
  • Kernspannung (VCore): 3,3 V
  • Erscheinungsdatum:
    • 1. November 1995 (256 und 512 Kilobyte L2-Cache)
    • 18. August 1997 (1.024 Kilobyte L2-Cache)
  • Fertigungstechnik CPU:
    • 500 nm (150 MHz)
    • 350 nm (166, 180 und 200 MHz)
  • Fertigungstechnik L2-Cache:
    • 500 nm (256 Kilobyte L2-Cache)
    • 350 nm (512 und 1.024 Kilobyte L2-Cache)

Allein der „riesige“ Onchip-Cache besaß in der Ausbaustufe mit 1.024 Kilobyte mehr als 31 Millionen Transistoren und war damit fast sechsmal so groß und komplex wie der eigentliche P6-Prozessorkern. Der Pentium Pro besaß ein Layout mit 387 Pins und verfügte neben einem 32-Bit breiten Adressbus über einen Datenbus mit 64-Bit.

Sein volles Leistungsvermögen entfaltete der Pentium Pro jedoch nur in Rechnern, die ein 32-Bit-Betriebssystem wie Windows NT oder OS/2 Warp von IBM vorweisen konnten.

In solchen Fällen erreichte die HEDT-CPU eine deutlich höhere Leistung als ein gleich hoch getakteter Pentium. Für die im Jahr 1995 weit verbreiteten 16-Bit-Betriebssysteme und -Anwendungen war er weniger geeignet.

Eine vollständige Übersicht aller Modelle der Prozessorfamilie Pentium Pro sowie viele weitere Hintergrundinformationen liefert die Website CPU-Galerie.de, die auch einen noch tieferen Einblick in die Spezifikationen der ersten Mikroprozessoren der P6-Familie liefert.

  • Integrierte Komponenten:
    • 12-stufige Pipeline
    • 3 parallel arbeitende RISC Pipelines
    • 1 Fließkomma-Pipeline
    • Hol-/Dekodiereinheit
    • Sende-/Ausführungseinheit
    • Übergabeeinheit
    • Busschnittstelleneinheit
    • Integrierter Speicherbus Controller
    • GTL+ Systembus
  • Integrierte Funktionen:
    • Integriertes Speichermanagement
    • Mehrfache Sprungvorhersage
    • Datenflussanalyse
    • Spekulative Ausführung
    • Fehleranalyse
    • Paritätsprüfung

Die maximale Verlustleistung (TDP) der Pentium-Pro-Prozessoren betrug 29 Watt beim Modell mit 150 MHz respektive 47 Watt beim Modell mit 200 MHz und vollem L2-Cache. Ursprünglich noch im B0-Stepping aufgelegt, lief der Pentium Pro später im B1-Stepping bei Intel vom Band.

Der YouTube-Kanal „RETRO Hardware“ demonstriert in einem ausführlichen Review einen Server vom Typ Dell PowerEdge 4100 mit Windows NT Server 4.0 SP6 und zweier Intel Pentium Pro mit 180 MHz im Detail.

Heute ist der Pentium Pro, insbesondere auf Internetauktionsportalen wie eBay, sehr gefragt. Das liegt aber weniger an seinen technischen Eigenschaften, sondern an seinem erheblichen Goldanteil, der für hohe Verkaufserlöse sorgt.

Der schwarze Pentium Pro mit 200 MHz ist heute ein Sammlerstück
Der schwarze Pentium Pro mit 200 MHz ist heute ein Sammlerstück (Bild: eBay)

Als echte Seltenheit ist heute auch der schwarze Pentium Pro mit 200 MHz und 1.024 Kilobyte L2-Cache ein begehrtes Sammlerstück und wechselt für hohe Preis von bis zu 500 Euro und mehr den Besitzer.

Die Erben

In der Rolle des High-End-Prozessors wurde der Pentium Pro bereits am 29. Juni 1998 von der ersten Generation der neuen Xeon-Prozessoren („Drake“) abgelöst, die mit 512, 1.024 und 2.048 Kilobyte L2-Cache im Slot 2 ein Zuhause fanden.

Der erste Xeon wurde bereits in 250 nm gefertigt und besaß Taktfrequenzen von 400 bis 450 MHz. Der Front Side Bus wurde ebenfalls beschleunigt und in einem ersten Schritt auf 100 MHz und später auf 133 MHz angehoben.

Am 17. März 1999 erschien bereits die zweite Generation („Tanner“) der Xeon-Serie mit bis zu 550 MHz, die bereits im Oktober des selben Jahren von der 3. Generation („Cascades“), ebenfalls im Slot 2 und erstmals im neuen Sockel 495, mit schlussendlich bis zu 1 GHz abgelöst wurde.

Intel Xeon („Cascades“) mit 700 MHz
Intel Xeon („Cascades“) mit 700 MHz (Bild: Stephan Wershoven, CC BY 3.0)
Intel Xeon („Cascades“) mit 1 GHz
Intel Xeon („Cascades“) mit 1 GHz (Bild: Stephan Wershoven, CC BY 3.0)

Für den Xeon der 3. Generation kam bereits eine moderne Fertigung in 180 nm zum Einsatz, die auch von den ersten Xeon-Prozessoren („Foster-256“) auf Basis der NetBurst-Architektur übernommen wurde.

Die ersten Xeon-CPUs und insbesondere der Pentium Pro gelten heute gemeinhin als Urväter der modernen HEDT-Prozessoren.

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