Pentium 4
# Pentium 4

El Pentium 4 fue una línea de microprocesadores de séptima generación basado en la arquitectura x86 y fabricado por Intel. Es el primer microprocesador con un diseño completamente nuevo desde el Pentium Pro de 1995. El Pentium 4 original, denominado Willamette, trabajaba a 1,4 y 1,5 GHz; y fue lanzado el 20 de noviembre de 2000. El 8 de agosto de 2008 se realiza el último envío de Pentium 4, siendo sustituido por los Intel Core Duo

Para sorpresa de la industria informática, la nueva microarquitectura NetBurst del Pentium 4 no mejoró en rendimiento al viejo diseño de la microarquitectura Intel P6 del Pentium III, según las dos tradicionales formas para medir el rendimiento: velocidad en el proceso de enteros u operaciones de coma flotante. La estrategia de Intel fue sacrificar el rendimiento de cada ciclo para obtener a cambio mayor cantidad de ciclos por segundo y una mejora en las instrucciones SSE. En 2004, se agregó el conjunto de instrucciones x86-64 de 64 bits al tradicional set x86 de 32 bits. Al igual que los Pentium II y Pentium III, el Pentium 4 se comercializa en una versión para equipos de bajo presupuesto (Celeron), y una orientada a servidores de gama alta (Xeon).

Los nombres de código, a partir de la evolución de las distintas versiones, son: Willamette (180 nanómetros), Northwood (130 nm), Gallatin (Extreme Edition, también 130 nm), Prescott (90 nm) y Cedar Mill (65 nm).

## Las distintas versiones

### Willamette

Willamette, la primera versión del Pentium 4, sufrió importantes demoras durante el diseño. De hecho, muchos expertos aseguran que los primeros modelos de 1,3; 1,4; 1,5 GHz fueron lanzados prematuramente para evitar que se extendiera demasiado el lapso de demora de los Pentium 4. Además, los modelos más nuevos del AMD Thunderbird tenían un rendimiento superior al Intel Pentium III, pero la línea de producción se encontraba al límite de su capacidad por el momento. Fueron fabricados utilizando un proceso de 180 nm y utilizaban el Socket 423 para conectarse a la placa base.

A la hora de los exámenes de rendimiento, los Willamette fueron una decepción ya que no podían superar claramente a los Thunderbird ni a los Pentium III de mayor velocidad. Incluso la diferencia con la línea de bajo costo AMD Duron no era significante. Vendió una cantidad moderada de unidades.

En enero de 2001 un microprocesador más lento de 1,3 GHz fue añadido a la lista. En la primera mitad del mismo año, salieron a la venta los modelos de 1,6, 1,7 y 1,8 GHz notablemente superiores a los Pentium III. En agosto, los modelos de 1,9 y 2,0 GHz vieron la luz (todavía con la inicial tecnología de proceso de 0,18 micrones o 180 nanómetros).

El Willamette de 2,0 GHz fue el primer Pentium 4 que puso en duda el liderazgo en rendimiento, que hasta ese momento estaba liderado indiscutiblemente por la línea Thunderbird de AMD. Si bien algunos resultados arrojaban una leve diferencia a favor de AMD, los analistas concluyeron que la diferencia no era significativa para decir que un procesador era claramente superior al otro. Y salieron las primeras Placas con socket 478 y núcleo Willamette. Esto fue un gran paso para Intel, que hasta la salida del AMD Athlon había sido el rey de la velocidad en los microprocesadores por 16 años en forma casi ininterrumpida.

### Northwood

En octubre de 2001, el Athlon XP reconquistó el liderazgo en la velocidad de los procesadores, pero en enero de 2002 Intel lanzó al mercado los nuevos Northwood de 2,0 y 2,2 GHz. Esta nueva versión combina un incremento de 256 a 512 KiB en la memoria caché con la transición a la tecnología de producción de 130 nanómetros. Al estar el microprocesador compuesto por transistores más pequeños, podía alcanzar mayores velocidades y a la vez consumir menos energía. El nuevo procesador funcionaba con el Socket 478, el cual se había visto en los últimos modelos de la serie Willamette.

Con la serie Northwood, los Pentium 4 alcanzaron su madurez. La lucha por la cima del rendimiento se mantuvo reñida, a medida que AMD introducía versiones más veloces del Athlon XP. Sin embargo, la mayoría de los observadores concluyeron que el Northwood más veloz siempre estaba ligeramente por encima de los modelos de AMD. Esto se hizo notorio cuando el paso de AMD a la manufactura de 130 nm fue postergado.

Un Pentium 4 de 2,4 GHz fue introducido en abril de 2002, uno de 2,53 GHz en mayo (cuya principal optimización fue que incluyó un aumento del Front-side bus de 100 a 133 MHz QDR, es decir, de 400 a 533 MHz efectivos). En agosto vieron la luz los modelos de 2,6 y 2,8 GHz, y en noviembre la versión de 3,06 GHz (23x133 MHz QDR). Este último además soporta HyperThreading, una tecnología originalmente aparecida en los Intel Xeon que permite al sistema operativo trabajar con dos procesadores lógicos (lo que, en ciertas condiciones específicas, permite aproximarse al rendimiento proporcionado por dos CPU físicas propiamente dichas, o por las actuales de doble núcleo).

En abril de 2003, Intel colocó en el mercado nuevas variantes, entre los 2,4 y 3,0 GHz, cuya principal diferencia era que todos ellos incluían la tecnología HyperThreading y el Front-side bus era de 800 MHz(200 MHz QDR). Supuestamente esto era para competir con la línea Hammer de AMD, pero inicialmente solo salió a la luz la serie Opteron, la cual no estaba destinada entonces a competir directamente contra los Pentium 4 (debido a que los primeros estaban dedicados al mercado corporativo, mientras que el segundo al consumidor final). Por otro lado, los AMD Athlon XP, a pesar de su FSB aumentado de 333 a 400 MHz y las velocidades más altas no pudieron alcanzar a los nuevos Pentium 4 de 3,0 y 3,2 GHz. La versión final de los Northwood, de 3,4 GHz, fue introducida a principios de 2004.

### Northwood (Extreme Edition)

En septiembre de 2003, Intel anunció la edición extrema (Extreme Edition) del Pentium 4, apenas sobre una semana antes del lanzamiento del Athlon 64, y el Athlon 64 FX. El motivo del lanzamiento fue porque AMD alcanzó en velocidad de nuevo a Intel, por ello fueron apodados Emergency Edition. El diseño era idéntico al Pentium 4 (hasta el punto de que funcionaría en las mismas placas base), pero se diferenciaba por tener 2 MiB adicionales de memoria caché L3. Compartió la misma tecnología Gallatin del Xeon MP, aunque con un Socket 478 (a diferencia del Socket 603 de los Xeon MP) y poseía un FSB de 800 MHz, dos veces más grande que el del Xeon MP. Una versión para Socket LGA775 también fue producida.

Mientras que Intel mantuvo que la Extreme Edition estaba apuntada a los jugadores de videojuegos, algunos tomaron esta nueva versión como un intento de desviar la atención del lanzamiento de los AMD Athlon 64. Otros criticaron a Intel por mezclar la línea Xeon (especialmente orientada a servidores) con sus procesadores para usuarios individuales, pero poco se criticó cuando AMD hizo lo mismo con el Athlon 64 FX.

El efecto de la memoria adicional tuvo resultados variados. En las aplicaciones de ofimática, la demora ocasionada por el mayor tamaño de la memoria caché hacía que los Extreme Edition fuesen menos veloces que los Northwood. Sin embargo, el área donde se destacó fue en la codificación multimedia, que superaba con creces la velocidad de los anteriores Pentium 4 y toda la línea de AMD. Tuvieron las siguientes presentaciones:

| Zócalo | Velocidad de núcleo | Bus frontal |
| - | - | - |
| 478 pines | 3,20 GHz | 800 MHz |
| 478 pines | 3,40 GHz | 800 MHz |
| LGA 775 | 3,40 GHz | 800 MHz |
| LGA 775 | 3,46 GHz | 1 066 MHz |

### Prescott

A principios de febrero de 2004, Intel introdujo una nueva versión de Pentium 4 denominada 'Prescott'. Primero se utilizó en su manufactura un proceso de fabricación de 90 nm y luego se cambió a 65nm; además se hicieron significativos cambios en la microarquitectura del microprocesador, por lo cual muchos pensaron que Intel lo promocionaría como Pentium 5. A pesar de que un Prescott funcionando a la misma velocidad que un Northwood rinde menos, la renovada arquitectura del Prescott permite alcanzar mayores velocidades y el overclock es más viable. El modelo de 3,8 GHz (solo para LGA775) es el más veloz de los que hasta ahora han entrado en el mercado.

Su diferencia con los anteriores es que éstos poseen 1 MiB o 2 MiB de caché L2 y 16 KiB de caché L1 (el doble que los Northwood), Prevención de Ejecución, SpeedStep, C1E State, un HyperThreading mejorado, instrucciones SSE3 y manejo de 64 bits. También recibió unas mejoras en el sistema de predicción de datos, y tiene un pipeline de 31 etapas que, por cierto, fue unos de los mayores errores de dicho núcleo. Además, los primeros Prescott producían un 60% más de calor que un Northwood a la misma velocidad, y por ese motivo muchos lo criticaron con dureza y también fue apodado PresHot. Se experimentó con un cambio en el tipo de zócalo (de Socket 478 a LGA 775) lo cual incrementó en un 10% el consumo de energía del microprocesador, pero al ser más efectivo el sistema de refrigeración de este zócalo, la temperatura final bajó algunos grados. En posteriores revisiones del procesador los ingenieros de Intel esperaban reducir las temperaturas, pero esto nunca ocurrió fuera salvo a bajas velocidades.(Y) El procesador genera unos 130 W de calor, o TDP.

Finalmente, los problemas térmicos fueron tan severos que Intel decidió abandonar la arquitectura Prescott por completo, y los intentos de hacer correr por encima de los 4 GHz fueron abandonados por considerarse un gasto inútil de recursos internos. También lo concerniente a las críticas mostradas en casos extremos de llevar el procesador Prescott a los 5,2 GHz para emparejarlo al Athlon FX-55 que funcionaba a 2,6GHz. Considerando una fanfarronada de Intel el lanzamiento de la arquitectura Pentium 4 diseñada para operar a 10 GHz, esto puede ser visto como uno de los más significativos, ciertamente el más público, déficit de ingeniería en la historia de Intel.

Los Prescott con Socket LGA775 usan el nuevo sistema de puntaje y están clasificados en la serie 5XX. El más rápido es el 570J, lanzado a comienzos de 2005 y que funciona a 3,8 GHz. Los planes para microprocesadores de 4 o más GHz fueron cancelados y se les dio prioridad a los proyectos para fabricar procesadores dobles; en gran medida debido a los problemas de consumo de energía y producción de calor de los modelos Prescott. El procesador 570J también fue el primero en introducir la tecnología EDB, que es idéntica a la más temprana NX de AMD. El objetivo es prevenir la ejecución de algunos tipos de código maligno.

### Cedar Mill

"Está basado en el núcleo Prescott y únicamente se encuentra disponible en LGA775 para Pentium 4 de 64 bits. Aunque la serie 5 para LGA775 era una conversión del socket 478, los nuevos núcleos Cedar Mill, estaban basados en el Prescott y poseía las mismas instrucciones que éste y una nueva para procesar a 64 bits, excepto porque se calentaban bastante menos y su proceso de fabricación era de 65 nm".

## Texas y Jayhawk

Texas era el nombre que Intel le había dado al microprocesador que sería el sucesor de los Pentium 4 Prescott y Jayhawk haría lo mismo en la línea de los procesadores Xeon para servidores y al igual que otros Xeon anteriores también estaría preparado para funcionar en placas base con doble zócalo (es decir, dos procesadores físicos individuales en la placa base). Sin embargo, en mayo de 2004 ambos proyectos fueron cancelados. De este modo, Intel remarcó el giro hacia los procesadores de doble núcleo en un mismo encapsulado.

A principios de 2003 Intel había mostrado un diseño preliminar del Texas y un proyecto para ponerlo en el mercado en algún momento de 2004, pero finalmente lo pospuso para 2005. Sin embargo, el 7 de mayo de 2004 Intel canceló el desarrollo de los procesadores. Tanto el retraso inicial como la cancelación se atribuyen a los problemas de calor debido al gigantesco consumo energético de los microprocesadores, lo cual ya había sucedido con los Prescott que además tenían solo un rendimiento ligeramente mayor que los Northwood (y con una menor generación de calor debido a su tecnología de proceso de 90 nanómetros, frente a la de 130 nm de su antecesor). Este cambio también obedeció a los deseos de Intel de enfocar sus esfuerzos en los microprocesadores dobles, para la gama Itanium de servidores, los Pentium de escritorio y los portátiles Centrino.

Intel Tejas iba a ser lanzado en el nodo de 90 nm en versión single core. La microarquitectura de Tejas estaba marcada por un pipeline de ejecución que rondaba las 50 etapas. Tejas seguía en la línea de incremento desmedido de disipación térmica de Prescott y junto a su poco satisfactorio nivel prestacional, su gran superficie de núcleo y consiguientemente elevado coste de fabricación fueron las razones que llevaron a Intel a su cancelación ya en las fases finales del proyecto.

## Doble procesador

A partir de la tecnología NetBurst implementada en los Pentium 4, Intel creó variantes con doble procesador basadas en él.

### Xeon

La primera es denominada Paxville (Socket 604), fabricados en 90nm e introducidos en octubre de 2005. Son procesadores Xeon Dual-Core orientados para servidores y conformados por un procesador con dos núcleos Irwindale colocados en el mismo encapsulado. La evolución de Paxville fueron los núcleos Dempsey (LGA 771) también Xeon Dual-Core fabricados en 65nm alcanzando mayores frecuencias que los anteriores (2.67 hasta 3.73 GHz).

### Pentium D

Los Pentium D consisten en 2 procesadores Pentium 4 metidos en un solo encapsulado (2 núcleos Prescott para el core Smithfield [8xx] y 2 núcleos Cedar Mill para el core Presler [9xx]). Los núcleos de Pentium D al contrario de los Core 2 Duo, no comparten la memoria caché y no se comunican directamente, sino que lo hacen a través del bus del sistema. Nota: Los Celeron D, son procesadores de un solo núcleo, de bajo coste y consumo, basados en los núcleos de Pentium 4 con frecuencias y caché reducidas, estando orientados para la ofimática, por lo que no se debe confundir por el nombre.

