Intel-Netburst-Mikroarchitektur

Die NetBurst-Architektur ist eine von Intel für den Pentium 4 neu entwickelte Mikroarchitektur, die bei mehreren CPU-Familien zum Einsatz kam.

Technik

Die Architektur setzt auf eine sehr lange Pipeline in Verbindung mit einer sehr einfachen Architektur der (intern im Prozessor für die Operationen verwendeten) Mikroinstruktionen, durch die sehr hohe Taktraten erreicht werden sollen (bis über 4 GHz). Dabei kommen drei Schlüsseltechnologien zum Einsatz:

Hyper Pipelined Technology

Dies ist der Name für die 20-stufige Pipeline des Pentium 4. Gegenüber dem Pentium III mit 10 Stufen wurde die Länge der Pipeline verdoppelt. Dadurch werden erheblich höhere Taktraten ermöglicht. Die längere Pipeline hat jedoch auch Nachteile: Die IPC-Rate muss geringer ausfallen, und der Leistungsverlust durch einen falsch vorhergesagten Sprung im Programm ist erheblich, da in diesem Fall der Inhalt der kompletten Pipeline entsorgt und neu sortiert werden muss. Intel versuchte daher, die Sprungvorhersage so genau wie möglich zu machen. Die Trefferquote liegt bei etwa 90%, gegenüber dem Pentium III ergeben sich 33% weniger falsch vorhergesagte Sprünge. Die Pipeline wurde im Lauf der Zeit mit den neuen Prozessordesigns erweitert und umfasste im letzten Design 31 Stufen.

Rapid Execution Engine

Indem ALUs im Chip jeweils paarweise vorhanden sind, können durch einen vorgeschalteten Multiplexer in einem Taktzyklus zwei Integeroperationen durchgeführt werden. Dadurch wird einerseits die niedrige IPC-Rate zum Teil wieder wettgemacht und zum anderen auch die Integer-Leistung der CPU verbessert.

Execution Trace Cache

Der Execution Trace Cache ist Teil des L1-Caches der CPU. Dieser Cache speichert dekodierte Mikroinstruktionen, so dass die CPU beim Ausführen einer neuen Instruktion auf die zeitaufwändige Dekodierung verzichten kann. Darüber hinaus werden die Mikroinstruktionen in ihrer vorhergesagten Ausführungsreihenfolge im Cache abgelegt.

Ende

Während der Pentium 4 konzeptbedingt eher durch immer neue Stromverbrauchs-Rekorde auf sich aufmerksam machte, gab es bei Hauptkonkurrent AMD in dieser Hinsicht eine Trendwende. Der Athlon 64 benötigt zum einen einen wesentlich geringeren Prozessortakt für die gleiche Leistung, zum anderen verfügt er über eine dynamische Prozessortaktung, die den Stromverbrauch in vielen Fällen auf weit unter 20 W reduzieren kann.

Zudem brachten die immer höheren Taktraten der Kerne wegen der mit jedem Wechsel des Kerns länger werdenden Pipeline nicht ein gleiches Maß an Leistungssteigerung, und selbst die preiswerte Celeron-Reihe war teurer herzustellen als die eigentlich viel teurer verkauften Pentium M-Prozessoren für den Notebook-Markt.

Dies alles führte dazu, dass Intel die Weiterentwicklung des Pentium 4 nach dem Prescott-Kern einstellte. Die Arbeit an den Prescott-Nachfolgern Tejas und Jayhawk wurde eingestellt. Der letzte Pentium-4-Kern auf NetBurst-Basis ist der Cedar Mill, der in einem 65-nm-Fertigungsprozess hergestellt wird.

Somit hat sich die NetBurst-Architektur (hohe Taktfrequenzen, überlange Pipelines) als Sackgasse erwiesen, und die Zukunft gehört den Intel-Prozessoren mit der Intel-Core-Mikroarchitektur, dessen Vorläufer bereits beim Pentium M benutzt wurde. Der Intel Core 2 Duo und dessen Variante, der Intel Core 2 Extreme, sind die aktuellen CPUs mit dieser Architektur. Intel hat seine gesamte x86er Produktpalette, inklusive der Xeons, auf diese Architektur umgestellt, denn diese zeichnet sich durch wesentlich effizienteres Arbeiten und einen niedrigeren Energieverbrauch aus. Gleichzeitig rückte dadurch der Markenname Pentium in den Hintergrund.

Der Wechsel der Architektur ist eine Rückkehr zu Altbewährtem, da der Pentium M und seine Core-Nachfolger eine Weiterentwicklung der Pentium III-Architektur darstellen.

CPUs mit NetBurst-Architektur

• Intel Pentium 4
• Intel Pentium 4 Extreme Edition
• Intel Pentium D
• Intel Pentium Extreme Edition
• Intel Celeron (Modelle mit Willamette- und Northwood-Kern)
• Intel Celeron D
• Intel Xeon (Modelle ab Foster-Kern)

Siehe auch

• Liste von Mikroprozessoren
• Mikroprozessoren von Intel
• Intel Core Mikroarchitektur
• AMD64-Architektur
• QuantiSpeed-Architektur