3.2.3 Стоваттный рубеж

Тем временем Intel активно развивает Pentium 4, начав с откровенно неудачного ядра Willamette, обладавшего напряжением 1.75 В и тепловыделением в пике до 100 Вт для модели с частотой 2.0 ГГц. Процессоры P4 потребляли настолько много, что специально для их питания пришлось ввести специальный разъем на материнской плате, ATX12V. Это четырехконтактный разъем, имеющий два провода с напряжением +12 В (желтые) и два с землей, нейтральные (черные). Сделано это было по соображениям безопасности – из формулы мощности электрического тока следует, что мощность равна произведению напряжения и силы тока. Если сила тока будет слишком велика, это вызовет проблемы с перегрузками и необходимостью использования более дорогостоящих компонентов, чтобы справиться с нагрузкой. Потому логичным шагом было сделать подачу питания от 12 В, что требовало меньшей силы тока, нежели в случае с 5 В. Однако многие недобросовестные производители брали блок питания, рассчитанный преимущественно на нагрузку на +5 В и впаивали туда провода и разъем ATX12V. Затем вышло одно из немногих ядер для P4, заслужившее похвалы оверклокеров и простых пользователей. Это было ядро Northwood, основанное также на 0.13-микронном техпроцессе, но обладавшее заметно меньшим энергопотреблением и, как следствие, нагревом. Его частотный потенциал вырос весьма заметно, но вместе с ним выросло и энергопотребление. Старшие модели имели TDP порядка 89 Вт, но и частота составляла 3.4 ГГц на 200 МГц шине (800QPB).

Тут стоит сделать замечание. При выпуске процесссора обе компании – что AMD, что Intel – публикуют их TDP (Thermal Design Power), проектную тепловую мощность, исходя из которой надо рассчитывать дизайн материнских плат и систем охлаждения. Однако AMD поступает более честно, указывая в качестве TDP теоретический максимум, которого без изощренности, присущей инженерам их лабораторий, не достигнуть. То есть в эту цифру заложена возможность работы при самых неблагоприятных условиях, что, в общем-то, и должен делать процессор. На деле выходит, что 89 Вт у AMD могут быть холоднее, чем 70 Вт у Intel. Intel сообщает, что TDP обозначает тепловыделение при нагрузке процессора приложениями в 75% от максимума.

Intel ввела в конструкцию своих плат некоторые особенности потребления: при повышении нагрузки плата понижала напряжение, подаваемое на процессор. Сделано это было по нескольким причинам: чтобы снизить нагрузку на цепи питания, в частности, конденсаторы, удешевив производство плат. Связано это с тем, что при расчетах конденсаторов важно соотношение изменения силы тока на единицу времени и допустимого при этом проседания напряжения. Если допустимое проседание увеличить, то требования снизятся. Механизм сей называется vdroop. Второй причиной было снижение энергопотребления при нагрузке (при максимальной силе тока напряжение проседает больше всего). Вдобавок, не стоит забывать, что в архитектуре Netburst (кодовое название архитектуры Pentium 4) ALU (арифметико-логические модули, ответственные за логические операции и операции с целыми числами) работают на удвоенной частоте процессора, тем самым являясь наиболее горячими его частями.

Следующим ядром был Prescott. Процессор не добавил производительности, даже несмотря на больший кэш. Поначалу платы, не рассчитывавшиеся на столь высокие токи, умирали – выкипал электролит в конденсаторах, мосфеты не выдерживали нагрузки. Потом цепи питания усилили. Одна из ранних ревизий этого ядра, C0, выделяла порядка 125 Вт тепло. Чуть позже их тепловыделение удалось понизить до 103 Вт у степпинга D 0. Последним одноядерным решением на архитектуре Pentium 4 стало ядро Cedar Mill. Это был 65-нм аналог ядра Prescott-2M. Он также обладал 2 Мб кэша, но меньшим напряжением питания и потреблением. Его TDP составлял 86 Вт для ранних ревизий и 65 Вт для последней – D0.

3.2.4 Двуядерные процессоры

Затем произошла следующая веха в развитии процессоров: Intel объявила о выпуске двуядерных процессоров, являющихся по сути двумя ядрами, расположенными на одной подложке. Первой линейкой, Pentium D 8xx, стали объединенные вышеуказанным способом «Прескотты». Intel даже пришлось снизить частоту используемых кристаллов ввиду очень большого тепловыделения – TDP доходил до 130 Вт. Сила тока достигала 125 А. Специально для двуядерных процессоров была разработана новая модификация разъема питания – число контактов увеличено до восьми, соответственно, вдвое больше проводов +12 В и земли. Последующий выпуск Pentium D 9xx немного улучшил ситуацию. Будучи основанным на двух 65-нм ядрах Cedar Mill, он получил в наследство и меньшее энергопотребление. Однако частоты, остановившись на отметке в 3.6 ГГц, не были повышены. Во время выпуска платформы LGA775 Intel добавляет нововведение – из серверного сегмента в настольные платы приходит 24-контактный разъем ATX. Он совместим со старым, то есть к нему можно подключить 20-контактный блок питания, оставив 4 контакта свободными. Сделано это было для увеличения стабильности токов путем уменьшения нагрузки на провода.