Intel Pentium 4E (Prescott)

Depuis le lancement surprise du Pentium 4 Extreme Edition, l'actualité en terme de Processeurs s'est avérée plutôt calme du côté de Santa-Clara. Après ce court répis, vraisemblablement nécessaire à la mise au point du fameux Prescott, Intel est aujourd'hui bien décidé à revenir sur le devant de la scène. Le fondeur compte pour cela sur sa nouvelle gamme de processeurs Pentium 4, les Pentium 4 E, qu'il dévoile en ce début d'année. Au menu des festivités, l'apparition d'une architecture NetBurst revue et corrigée ainsi que l'intégration d'une plus grande quantité de mémoire cache de second niveau avec bien sûr quelques autres raffinements que nous allons nous faire un plaisir de décortiquer.

Après plusieurs mois d'attente, le très attendu Prescott est donc enfin là, prêt à affronter le tout nouveau, tout beau Athlon 64 3400+ qui, hasard du calendrier, sortait il y a tout juste quelques semaines. Disponible dès le lancement à une fréquence d'horloge maximale de 3.4 GHz, nous avons retenu pour ce test la version 3.2 GHz afin de faciliter nos comparaisons.

Intel Pentium 4E ou la trève du marketing

Pour nombre d'analystes l'arrivée du Prescott était synonyme de changement de nom, la marque Pentium 4 commençant à vieillir malgré une notoriété jamais démentie. Beaucoup de rumeurs laissaient entendre que le Prescott serait commercialisé sous un nouveau nom commercial. Ces spéculations ont aujourd'hui fait long feu, l'équipe marketing d'Intel ayant décidé de baptiser le Prescott, Pentium 4E. On peut d'ailleurs se questionner sur le devenir du Pentium 4D qui n'a vraisemblablement pas vu le jour, à moins que cela ne soit le Pentium 4 Extreme Edition...

Ceux qui espéraient un nouveau nom pour le Prescott, peuvent donc ranger les tambours et trompettes d'autant que les versions boîtes du processeur seront similaires aux Pentium 4C : seule l'indication de la taille du cache permettra de distinguer un P4C d'un P4E, pour le reste il faudra se reporter à l'autocollant présent sur la tranche de la boîte.

Intel Pentium 4E ou le grand chambardement !

Contrairement à ce qu'Intel voudrait nous faire croire l'arrivée mainte fois retardée du Prescott constitue une petite révolution. Révolution qui n'est pas tant technologique, qu'intrinsèque. Afin que le Pentium 4 reste dans la course au cours des mois et des années qui viennent, les ingénieurs du fondeur ont revu son architecture pour la pérenniser. Après les noyaux Willamette et Northwood, c'est donc au Prescott de prendre la relève. Prescott qui a pour difficile mission de parachever la vie du socket 478, tout en inaugurant, d'ici quelques mois, le nouveau socket LGA775.

Le Prescott a pour première particularité d'être gravé en 0.09 µ, ce qui constitue une belle prouesse technologique, puisqu'il s'agit du tout premier processeur PC à utiliser cette finesse de gravure. Les ingénieurs d'Intel ont profité de ce changement de procédé de fabrication pour introduire un nouveau matériau baptisé 'Silicium étiré' qui permet d'espacer les atomes pour que la circulation des électrons soit plus rapide. Dans le même esprit, le nombre de couches d'interconnexions en cuivre du processeur passe de 6 à 7 et Intel utilise dorénavant du Silicium Nickel qui en offrant une meilleure résistance pour le stockage du courant permet d'améliorer et d'accélérer les échanges entre transistors. La lithographie utilise maintenant une lumière dont la longueur d'onde est de 193 nm (contre 248 nm pour le Northwood) ce qui devrait permettre au fondeur d'incorporer plus de transistors tout en produisant plus de Processeurs. Notons d'ailleurs que pour l'instant Intel utilise toujours des wafers de 300 mm.

Comme vous avez pu le constater, le procédé de fabrication a sensiblement évolué, mais les changements introduits par le Prescott ne s'arrêtent pas là ! Le processeur intègre 1 Mo de mémoire cache L2, soit une quantité double que celle du Pentium 4 tel que nous le connaissons aujourd'hui. Pour parvenir à intégrer tant de mémoire cache, Intel a réduit de près de 43% la taille des cellules SRAM afin d'intégrer plus de mémoire sur un espace encore plus réduit. Cette augmentation de la taille du cache se ressent naturellement sur le nombre de transistors qui passe de 55 millions à 125 millions ! Toutefois, à bien y regarder, la seule augmentation du cache ne suffit pas à justifier cette envolée du nombre de transistors... Intel a semble t'il intégré dans le die de nouvelles et mystérieuses unités, pour l'instant inopérantes. La taille de la mémoire cache de premier niveau a également été doublée et passe de 8 Ko à 16 Ko alors que son fonctionnement est dorénavant de type 8 way-associative. Ce changement est motivé par la technologie HyperThreading, pour que chacun des processeurs virtuels dispose de sa propre quantité de mémoire cache de premier niveau. Ajoutons un mot sur le Trace Cache dont la capacité ne bouge pas par rapport au Northwood. Capable de stocker 12K µops, le Trace Cache est maintenant à même d'encoder une plus grande variété de microops.



Hélas, les changements apportés aux quantités de mémoire cache, pourraient ne pas être aussi bénéfiques qu'il n'y paraît au premier coup d'oeil. En effet l'augmentation des mémoires cache de premier et de second niveau semble s'être faite au détriment des temps de latence. D'après nos observations, la latence de la mémoire cache L1 est passée de 2 cycles à 4, alors que celle du cache L2 est passée de 16 à 25 cycles ! Résultat, il faut maintenant plus de temps pour récupérer des données stockées dans le cache d'un Prescott que dans celui d'un Northwood ce qui est pour le moins pénalisant, d'autant que la force des Pentium 4 a toujours résidée dans l'agressivité de leur mémoire cache. Le cache du Pentium 4E est donc moins performant que celui du Pentium 4C, et la seule solution pour compenser ces faibles latences est de monter en fréquence.


Le Prescott introduit également 13 nouvelles instructions baptisées 'PNI' pour Prescott New Instructions ou SSE3. Ces nouvelles instructions qui viennent en renfort de celles déjà existantes (SSE2, MMX, etc.) ont pour but d'optimiser certaines tâches spécifiquement employées par des jeux ou des programmes multimédia. Ces nouvelles instructions permettent de convertir des nombres en virgule flottante en entiers (FISTTP), d'effectuer des opérations arithmétiques complexes (ADDSUBPD, MOVDDUP, etc.), d'accélérer l'encodage vidéo (LDDQU) ou bien encore d'effectuer des additions ou soustractions horizontales (HADDPD, HSUBPD, etc.). Ce nouveau jeu d'instructions comporte également les instructions 'MONITOR' et 'MWAIT' visant à optimiser les performances de l'HyperThreading en permettant une meilleure synchronisation des threads. Hélas ces deux nouvelles instructions doivent être supportées par le système d'exploitation pour qu'elles soient effectives : à l'heure où nous écrivons ces lignes Windows XP Service Pack 1 ne sait pas en tirer profit, et il n'est pas dit que le Service Pack 2 les supporte. En définitive et comme pour chaque nouveau jeu d'instructions, les Prescott New Instructions ne seront exploitées que lorsque des logiciels les prenant en charge verront le jour sur le marché. A cet effet, et afin d'accélérer l'adoption du SSE3, la dernière version du compilateur C++ d'Intel les prend déjà en charge.

Le changement le plus radical apporté par le Prescott tient à l'augmentation du nombre de pipelines ! Ce choix peut paraître étonnant dans la mesure où à son lancement le Pentium 4 avait été critiqué car à fréquence égale, son petit frère le Pentium III, s'avérait plus rapide du fait d'un pipeline plus modeste (sur 10 niveaux). Bien sûr l'augmentation de la longueur du pipeline devrait permettre à Intel d'atteindre plus facilement des fréquences de fonctionnement élevées, on pense évidemment aux 4 GHz qui sont déjà en ligne de mire. En effet plus le pipeline est grand, plus les tâches qu'il doit accomplir sont simples et plus vite elles s'effectuent ce qui autorise une fréquence de fonctionnement plus élevée. En contrepartie un pipeline trop grand peut avoir un impact négatif sur les performances. Avec 20 étages le pipeline du Pentium 4 faisait déjà figure de vilain petit canard, mais ce n'est rien comparé au Prescott qui comporte maintenant un pipeline à 31 niveaux ! Plus le pipeline est important, plus les performances du processeur sont pénalisées lorsqu'une erreur de branchement se produit. Dans ce cas le processeur doit remettre à zéro son pipe, puis recharger le code en utilisant le bon branchement ce qui s'avère extrêmement coûteux sur le plan des performances. Les autres changements apportés par Intel au niveau de l'architecture du Prescott vont donc principalement compenser le handicap causé par la taille du pipeline. A cet effet, Intel annonce d'ailleurs avoir revu l'algorithme de son mécanisme de prédiction de branches pour le rendre plus efficace.

Intel Pentium 4E : le point sur ses caractéristiques physiques et la compatibilité

Le Pentium 4E se présente physiquement comme un Pentium 4 classique au format Socket 478. Le dos du processeur diffère des Pentium 4C et Pentium 4 Extreme Edition actuels avec la présence d'un plus grand nombre de composants, qui plus est agencés différement. Le die mesure 112 mm² et le processeur est annoncé comme dissipant entre 90 et 100 Watts et supporte une température ambiante conseillée de 72.9° celsius. En fonctionnement le processeur dégage quelques 55°C contre 45°C pour un Pentium 4C conventionnel. Du côté des fréquences de fonctionnement, Intel n'innove guère, du moins pour l'instant, puisque le Prescott utilise toujours un FSB800 (4x200 MHz) et est proposé en versions 3.2 et 3.4 GHz, pour le haut de gamme. Le voltage de la version 3.2GHz du Pentium 4E est de 1.385v.



Pour ce qui est de la compatibilité, le Prescott ne nécessite pas de nouveau chipset puisqu'il fonctionne sans problème avec les actuels Intel i875P et Intel i865. Si les derniers chipsets d'Intel sont compatibles avec le Pentium 4E, il n'en va pas de même des Cartes mères. En effet celles-ci doivent supportées le FMB 1.5 pour que le Prescott fonctionne convenablement. Le problème est que la plupart des cartes mères Pentium 4 actuelles sont restées à la norme Flexible Motherboard 1.0. Du coup l'installation d'un Pentium 4E 3.4 GHz, limitera sur ces plates-formes sa vitesse de fonctionnement à 2.8 GHz. Durant nos tests nous avons pu vérifier le bon fonctionnement du Prescott sur une carte mère Asus P4C800 Deluxe (révision 2.00A), alors que sur la même carte en révision 1.3 le Prescott tournait à seulement 2.8GHz. Nous avons observé un phénomène identique avec les dernières cartes mères d'Abit, les IC7-Max3 et Abit IC7-G. Précisons toutefois que la toute récente mise à jour 2.1 du BIOS de l'IC7-G semble apporter le support du Prescott : une fois le BIOS mis à jour, la carte faisait fonctionner le dernier CPU d'Intel à 3.2GHz mais le système refusait hélas de booter, le secteur d'amorçage du disque dur étant visiblement ignoré. Abit nous informe également travaillé sur un BIOS 1.4 pour l'IC7-Max3 qui apportera le support du Prescott. Les cartes mères Intel ne sont pas épargnées par ce support bancal du Prescott, puisque la D875PBZ ne supporte pas le Prescott dans ses premières versions, erreur réparée par la nouvelle révision de la carte actuellement commercialisée.

La nouvelle famille Pentium 4E

Intel décline dès aujourd'hui son bébé Prescott en plusieurs versions cadencées respectivement à 2.8 GHz, 3 GHz, 3.2 GHz et 3.4 GHz et commercialisées sous le nom de Pentium 4E. En parallèle, Intel propose un nouveau Northwood à 3.4 GHz ainsi qu'un Pentium 4A 2.8 GHz. Ce processeur basé sur un core Prescott embarque 1 Mo de mémoire cache L2 mais est dépourvu de la technologie HyperThreading et utilise un bus cadencé à 'seulement' 533MHz : ce modèle est principalement destiné aux cartes mères i845, dans le cadre du programme de compatibilité Granite Peak. Pour compléter son offre Intel lance également le Pentium 4 Extreme Edition 3.4 GHz sur lequel nous reviendrons dans un prochain article.


Pour tester les performances du Pentium 4E 3.2 GHz nous avons utilisé notre habituelle configuration de référence dont le détail figure ci-dessous :

• Carte mère Asus P4C800 Deluxe révision 2.00A (BIOS 1014)
  
• 2x256Mo PC3200 Corsair CAS2
  
• Carte graphique Sapphire Radeon 9800XT
  
• Disque dur Seagate 120Go UDMA100 7200RPM

Notre système était muni de Windows XP Professionnel Service Pack 1 et de DirectX 9.0b. Pour ce test, nous avons employé les derniers Processeurs AMD était la suivant :

• Carte mère Gigabyte GA-8KNNXP (nForce 3 150) - BIOS F9
  
• Processeurs AMD Athlon 64 3000+, 3200+, 3400+
  
• 2x256Mo PC3200 Corsair CAS 2
  
• Carte graphique Sapphire Radeon 9800XT
  
• Disque dur Seagate 120Go 7200rpm UDMA100

ZD CPUMark 99

Premier test de notre série, CPUMark 99 fait lourdement trébucher le dernier bébé d'Intel qui termine tout simplement dernier. Le Prescott ou Pentium 4E 3.2 GHz s'avère ici aussi puissant que le Pentium 4C 2.8 GHz ! Les processeurs Athlon qu'ils soient XP ou 64, paradent donc en tête sans que les Pentium 4C 3.2 GHz et Pentium 4 Extreme Edition 3.2GHz ne puissent les inquiéter. Les résultats décevants de ce premier test, montrent combien l'augmentation du nombre d'étage du pipeline peut pénaliser le processeur. A fréquence égale le Pentium 4E est ici 13% moins performant !

3DMark 2001SE

Avec 3DMark 2001SE, le Prescott redresse la barre, puisqu'il parvient à devancer le Pentium 4C 2.8 GHz et l'Athlon 64 3000+. Il s'en est d'ailleurs fallu de peu pour que le Pentium 4E 3.2 GHz réussisse à égaler son prédécesseur le Pentium 4C lui aussi cadencé à 3.2 GHz. Le haut du pavé est naturellement occupé par le Pentium 4 Extreme Edition qui devance d'un cheveu l'Athlon 64 3400+.

Return To Castle Wolfenstein - Enemy Territory

Return To Castle Wolfenstein, est un jeu basé sur le moteur graphique de Quake III, que nous utilisons ici avec notre propre démo. Sans grande surprise le Pentium 4 Extreme Edition 3.2 GHz est en tête. Si le Pentium 4E 3.2 GHz est troisième il est en vérité au même niveau que l'Athlon 64 3400+ et se montre 5% plus lent que son homologue à base de noyau Northwood.

3DMark 2003

Dans sa version 2003, 3DMark contient un test évaluant uniquement les performances processeur d'un système. Ici le Pentium 4 Extreme Edition 3.2 GHz est une fois de plus en tête. Le Pentium 4C 3.2 GHz termine second mais se trouve talonné par l'Athlon 64 3400+. Le Prescott s'enfonce un peu plus dans ce test en établissant des performances inférieures à celles de l'Athlon 64 3200+. Bien que 10% plus lent que son frère le Pentium 4C à 3.2 GHz, le Prescott arrive tout de même à supplanter l'Athlon 64 3000+ et le Pentium 4C 2.8 GHz, tandis que l'Athlon XP 3200+ est dans les choux.

Unreal Tournament 2003

Après avoir vu les performances de nos divers processeurs avec un jeu OpenGL, il nous faut voir le comportement du Precott avec un jeu DirectX. Nous avons pour cela jeté notre dévolu sur Unreal Tournament 2003. Les processeurs AMD pavoisent ici en tête et seul le Pentium 4 Extreme Edition 3.2 GHz parvient à quelque peu contester l'ordre établi. Le processeur qui nous intéresse, à savoir le Pentium 4E, confirme ici des performances en retrait par rapport au Pentium 4C à fréquence égale, mais cet écart est ici moins important (de l'ordre de 4%) que ceux que nous avons pu observer précédemment. De fait le Pentium 4E 3.2 GHz bat le Pentium 4C 2.8 GHz d'une courte tête.

WinRar

Afin d'éxécuter ce test, nous avons fait compresser à nos divers systèmes quelques 200 Mo de données au format RAR. Les résultats sont exprimés en secondes. L'avantage pour les systèmes Pentium 4 est assez exceptionnel, ceux-ci étant jusqu'à deux fois plus rapide que les systèmes AMD. Les différences entre nos divers processeurs Pentium 4 sont ici minimes et pour la première fois, le Prescott devance le Pentium 4C 3.2 GHz avec un avantage pour ainsi dire insignifiant de deux secondes.

Encodage MP3

Pour mesurer les performances en encodage MP3 de nos diverses machines, nous avons eu recours au logiciel Lame. Le test consiste à mesurer le temps nécessaire pour l'encodage en MP3 128 Kbps de 14 fichiers WAVE. Les plates-formes AMD semblent ici mise à mal, tout comme le Pentium 4E 3.2 GHz qui fait jeu égal avec le Pentium 4C 2.8 GHz. Le Prescott se fait larguer par un Northwood 20% plus performant, à fréquence égale. Soulignons au passage les excellentes prestations de l'Athlon XP 3200+ qui surpasse dans ce test certains Athlon 64.

Windows Media Encoder 9

Ce test consiste à mesurer le temps mis par un système donné pour encoder au format Windows Media 9 notre vidéo de référence (un AVI de 160 Mo). Les résultats sont exprimés en secondes et pour une fois le Prescott est moins à la traîne. Bien qu'un peu plus lent que le Pentium 4C 3.2 GHz, le Pentium 4E 3.2 GHz établit des performances largement supérieures à celles du Pentium 4C 2.8 GHz.

PCMark 2004

PCMark 2004 donne deux résultats distincts dont l'un concerne le processeur et l'autre le système mémoire. Le résultat processeur, sans être accablant pour le Prescott, montre un petit recul de ses performances par rapport au Pentium 4C 3.2 GHz. Les Pentium 4 restent ici dominateurs face aux Athlon 64 et cette outrageuse domination ne fait que s'accentuer lorsque l'on s'intéresse aux résultats mémoire. Normal puisque le P4 dispose d'une bande passante de 6.4 Go/s contre 3.2 Go/s pour l'Athlon 64. Les performances mémoire du Pentium 4E 3.2 GHz semblent plus élevées que celles du Pentium 4C 3.2 GHz et s'approchent pour la première fois du Pentium 4 Extreme Edition 3.2 GHz.

SiSoft Sandra 2004

SiSoft Sandra 2004 donne le Pentium 4E 3.2 GHz moins performant que le Pentium 4C 3.2 GHz, et l'écart est tel que le Prescott est quasiment au niveau du pentium 4C 2.8GHz. Si en MFLOPS le Pentium 4E 3.2 GHz est devant l'Athlon 64 3400+, ce n'est plus le cas lorsqu'on se penche sur les résultats MIPS. Du côté des performances mémoire, tous nos Pentium 4 affichent des performances similaires, largement supérieures à celles des Athlon 64. Intel n'ayant rien touché à l'architecture du bus mémoire, le Prescott reste aussi performant que ses aînés dans ce domaine.

CineBench 2003

Avec CineBench les Processeurs Pentium 4 sont à la fête, principalement grâce à la technologie HyperThreading que le logiciel exploite. Sous ce test, le Prescott se fait laminer par le Pentium 4C 3.2 GHz qui à fréquence égale est 15% plus véloce. Les changements induits par le noyau Prescott son tellement pénalisant que le Pentium 4E voit son niveau de performances chuter pour égaler celui du Pentium 4C 2.8 GHz.

SYSMark 2002

Terminons par SYSMark 2002. Ce test applicatif donne logiquement le Pentium 4 Extreme Edition 3.2 GHz gagnant et confirme nos observations précédentes concernant le Prescott. Le Pentium 4E semble en effet bien en peine lorsqu'il est comparé à un Pentium 4C à fréquence égale. J'en veux pour preuve que le Prescott est ici 5% plus lent que son prédécesseur à base de noyau northwood.

Overclocking

Les tests et l'étude du processeur le montrent assez clairement, l'architecture du Prescott a été conçue pour une augmentation rapide de ses fréquences de fonctionnement. Si pour le moment le Pentium 4E reste cantonner à des fréquences somme toute modestes de 3.2GHz ou 3.4GHz, il devrait rapidement évoluer pour flirter avec les 4GHz. La gravure 0.09µ étrennée par le Prescott est une caractéristique intéressante qui aidera Intel à faire grimper les fréquences mais séduira aussi les overclockers. Un tour sur les capacités en overclocking de ce processeur s'impose donc.

Lors de nos tests, et avec un refroidissement conventionnel, nous avons pu faire atteindre à notre Prescott 3.2GHz les 3.8GHz au prix d'une légère augmentation du voltage. Le résultat est satisfaisant mais pas vraiment exceptionnel. En effet la température relevée semble assez importante de l'ordre de 69°C, ce qui explique probablement l'incapacité de notre plate-forme de test à atteindre les 3.9GHz ou les 4GHz. La finesse de gravure ne semble donc pas en mesure de compenser la chauffe engendrée par les quelques 125 millions de transistors et il faudra envisager un système de refroidissement de type Watercooling pour atteindre voir dépasser les 4GHz.

Conclusion

L'affaire Prescott avait plutôt bien commencée, et la lecture des spécifications était plutôt de bon augure. On aurait d'ailleurs presque pardonné à Intel les quelques mois de retard qui ont émaillé et repoussé la sortie du Pentium 4E. Hélas, c'était sans compter sur une modification profonde de l'architecture NetBurst dont le pipe passe subitement de 20 à 31 niveaux. Ce changement dévastateur par nature n'est hélas pas compensé par l'augmentation des mémoires caches L1 & L2 dont les temps de latence sont exécrables par rapport à ceux de l'actuel Northwood. Conscients de ces handicaps majeurs, les ingénieurs d'Intel ont déployé des trésors d'ingéniosité pour optimiser avec succès certaines parties du processeur afin de sauver les meubles. Malgré l'apparition des instructions SSE3 et les diverses optimisations apportées, le résultat est qu'à fréquence égale le Prescott est 5 à 10% plus lent que son aîné, le Northwood ou Pentium 4C. Certes la perte de performance n'est pas non plus incommensurable, mais il n'en demeure pas moins que cela ne va pas faciliter la tâche d'Intel face à l'Athlon 64 d'AMD. D'autant que si le Prescott n'a pas des performances ultimes il pose un certain nombre de problèmes de compatibilité avec les Cartes mères actuelles, dont certaines ne le supporteront tout simplement pas.

Heureusement, le Pentium 4E est en parti sauvé par son prix, qui reste pour une fois chez Intel, raisonable. Prix qui pour la version 3.2 GHz s'établit à 290 € alors qu'il faudra débourser quelques 430 € pour la version 3.4 GHz. C'est bien, sauf que pour le même prix vous pouvez avoir un modèle Northwood dont la fréquence est identique mais dont les performances sont sensiblement supérieures, tout en écartant tout problème éventuel de compatibilité. En résumé il ne fait pas de doute que les changements introduit par le core Prescott s'avéreront payant dans l'avenir lorqu'Intel fera évoluer la fréquence de ces Processeurs. Mais en attendant l'avénement d'un Pentium 4 à 4GHz, il semble prudent de tirer une croix sur l'actuel Prescott d'autant que d'ici quelques semaines il exploitera un nouveau socket qui condamne dores et déjà la pérennité des modèles actuels. En définitive ce qui fait aujourd'hui la faiblesse du Prescott, fera demain sa force...