Pentium III

Принциповою відмінністю архітектури P6 від попередників є RISC-ядро, що працює не з інструкціями x86, а з простими внутрішніми мікроопераціями. Це дозволяє зняти безліч обмежень набору команд x86, таких як нерегулярне кодування команд, змінна довжина операндів і операції цілочислових пересилань регістр-пам'яті. Крім того, мікрооперації виконуються не в тій послідовності, яка передбачена програмою, а в оптимальній з точки зору продуктивності, і застосування триконвеєрної обробки дозволяє виконувати декілька інструкцій за один такт.

Процесори архітектури P6 мають конвеєр глибиною 12 стадій. Це дозволяє досягати вищих тактових частот в порівнянні з процесорами, що мають більш короткий конвеєр при однаковій технології виробництва. Так, наприклад, максимальна тактова частота процесорів AMD K6 на ядрі (глибина конвеєра — 6 стадій, 180 нм технологія) становить 550 МГц, а процесори Pentium III на ядрі Coppermine здатні працювати на частоті, що перевищує 1000 МГц.

Для того, щоб запобігти ситуації очікування виконання інструкції (і, отже, простою конвеєра), від результатів якого залежить виконання або невиконання умовного переходу, в процесорах архітектури P6 використовується пророкування розгалужень. Для цього в процесорах архітектури P6 використовується поєднання статичного і динамічного передбачення: дворівневий адаптивний історичний алгоритм (англ. Bimodal branch prediction) застосовується в тому випадку, якщо буфер передбачення розгалужень містить історію переходів, в іншому випадку застосовується статичний алгоритм.

З метою збільшення пропускної спроможності підсистеми пам'яті, в процесорах архітектури P6 застосовується подвійна незалежна шина. На відміну від попередніх процесорів, системна шина яких була спільною для декількох пристроїв, процесори архітектури P6 мають дві роздільні шини: Back side bus, що сполучає процесор з кеш-пам'яттю другого рівня, і Front side bus, що сполучає процесор з північним мостом набору мікросхем.

Intel Pentium III Katmai знизу

Перше ядро, використане в процесорах Pentium III, є еволюційним продовженням ядра Deschutes, на якому були засновані процесори Pentium II останніх ревізій.

У новому ядрі розширено набір SIMD-розширень (додано блок дійсно численних SIMD-інструкцій SSE), удосконалено механізм потокового доступу до пам'яті (новий механізм передбачення дозволяє зменшити затримки при послідовному доступі до пам'яті), а також введено унікальний серійний номер процесора, доступний для зчитування програмним забезпеченням (за допомогою інструкції cpuid).

Останнє нововведення викликало невдоволення у користувачів (серійний номер міг бути лічений віддалено, що могло поставити під загрозу приватність роботи в Інтернеті), тому компанія Intel була змушена випустити утиліту, що блокує доступ до серійного номера.

Кеш другого рівня об'ємом 512 Кб працює на половині частоти ядра і виконаний у вигляді двох мікросхем BSRAM (виробництва Toshiba і NEC), розташованих один над одним праворуч від кристала процесора. Як tag-RAM використовується мікросхема Intel 82459AD, розташована на зворотному боці процесорної плати під мікросхемами кеш-пам'яті.

Pentium III на ядрі Katmai містили 9,5 млн транзисторів, площа кристала становила 128 мм ².

Перші процесори на ядрі Katmai працювали із зовнішньою частотою (частотою системної шини) 100 МГц. 27 вересня 1999 були анонсовані процесори із зовнішньою частотою 133 МГц. Для того щоб відрізняти процесори, що працюють на однаковій частоті, але мають різну зовнішню частоту, в кінці назви процесорів, що мають зовнішню частоту 133 МГц, додавалася літера «B» (від англ. Bus — шина).

Процесори Pentium III на ядрі Katmai випускалися в корпусі SECC2.

Pentium III 733 МГц (SECC2)

Celeron_Coppermine-128_600 (FCPGA)

25 жовтня 1999 корпорація Intel анонсувала процесор Pentium III, побудований на новому ядрі, що носить кодове ім'я Coppermine. Процесори на ядрі Coppermine випускалися за 180 нм технологією, мали інтегровану кеш-пам'ять другого рівня, що працює на частоті ядра. Крім того, кеш-пам'ять має 256-бітну шину (на відміну від процесорів на ядрі Katmai, що мали 64-бітну шину кеш-пам'яті), що значно підвищує її швидкодію. За рахунок інтегрованої кеш-пам'яті кількість транзисторів зросла до 28,1 млн.

Напругу живлення було знижено до 1,6—1,75 В, що дозволило знизити тепловиділення. У поєднанні з 180 нм технологією це дозволило підняти максимальну частоту до 1 ГГц (Pentium III з частотою 1 ГГц був анонсований 8 березня 2000, однак налагодити випуск таких процесорів вдалося значно пізніше). У липні 2000 року компанія Intel анонсувала Pentium III на ядрі Coppermine з частотою 1,13 ГГц, проте в серпні він був відкликаний через нестабільну роботу. Випуск моделей, що працюють на частотах 1,1 і 1,13 ГГц, виявився можливим лише в 2001 році після поновлення ядра Coppermine (ревізія D0).

По ходу випуску в процесори вносилися зміни, спрямовані на виправлення помилок, а також на зменшення площі кристала процесора (що дозволило підняти ефективність виробництва) і зниження тепловиділення (так як процесори з високою тактовою частотою мали більш низьку напругу живлення). Процесори ревізії A2 мали площу кристала 106 мм², ревізії B0 — 104 мм², ревізії C0 — 90 мм², ревізії D0 — 95 мм².

Процесори працювали із зовнішньою частотою 100 і 133 МГц. Для розрізнення рівночастотних процесорів з різною зовнішньою частотою і раніше використовувалася літера «B» в кінці назви. Крім того, для розрізнення рівночастотних процесорів на ядрах Katmai і Coppermine використовувалася літера «E» (від англ. Enhanced — покращений). Можливо також поєднання літер «B» і «E» (так, наприклад, процесор Pentium III 600 заснований на ядрі Katmai і працює з зовнішньою частотою 100 МГц, а Pentium III 600EB — це Coppermine із зовнішньою частотою 133 МГц).

Процесори Pentium III на ядрі Coppermine випускалися в трьох варіантах корпусів:

• SECC2 — призначені для установки в системні плати з роз'ємом Slot 1. У даному корпусі випускалися процесори ревізій A2, B0 і C0.
• FCPGA — призначені для установки в системні плати з роз'ємом Socket 370. У даному корпусі випускалися процесори всіх ревізій.
• FCPGA2 — призначені для установки в системні плати з роз'ємом Socket 370. У даному корпусі випускалися деякі процесори ревізії D0.

Процесори, призначені для установки в роз'єм Socket 370, могли також встановлюватися в системні плати з роз'ємом Slot 1 за допомогою перехідника Socket 370 — Slot 1 (Slot-to-FCPGA або Slot-to-FCPGA2).

Процесори Pentium III та Pentium III-S на ядрі Tualatin були анонсовані 21 червня 2001 року. У зв'язку з тим, що на той момент на ринку вже був присутній процесор Pentium 4, що прийшов на зміну процесорам Pentium III і активно просувається компанією Intel, процесори на ядрі Tualatin не набули широкого поширення, незважаючи на те, що вони значно перевершували Pentium 4 на рівних частоти.

Основною відмінністю від процесорів на ядрі Coppermine стала наявність апаратної передвиборки даних (data prefetch logic), що дозволило підвищити продуктивність рахунок попереднього завантаження даних, необхідні для роботи. Процесори Pentium III-S мали 512 кБ кеш-пам'яті другого рівня та призначалися для високопродуктивних робочих станцій та серверів. У процесорах Pentium III на ядрі Tualatin 256 кБ кеш-пам'яті було апаратно відключено. Частота системної шини складала 133 МГц для обох модифікацій.

Процесори на ядрі Tualatin випускалися за 130 нм технологією, містили 44 млн транзисторів і мали площу кристала 80 мм² (незалежно від обсягу кеш-пам'яті другого рівня). Напруга ядра була знижена до 1,45-1,5 В. Також було змінено напругу шини - в процесорах на ядрі Tualatin використовувалася шина AGTL з напругою 1,25 В. Крім того, було змінено призначення деяких контактів роз'єму Socket 370, тому процесори на ядрі Tualatin несумісні з системними платами з роз'ємом Socket 370, призначеними для роботи з Pentium III на ядрі Coppermine, проте працездатні у старіших системних платах з роз'ємом Slot 1 за рахунок використання перехідника Socket 370 - Slot 1 (Slot-to-FCP2 ]. Крім того, плати та перехідники можуть бути модифіковані для роботи з процесорами на ядрі Tualatin.

Процесори Pentium III на ядрі Tualatin практично не зустрічалися в роздрібному продажу та призначалися для ринку OEM (для використання у готових комп'ютерах великих виробників). Існували також вбудовані (embedded) процесори Pentium III-S, що мали знижену до 1,15 напругу живлення, виконані в корпусі BGA з 479 контактами. Вони відрізнялися від мобільних процесорів (Mobile Pentium III) відсутністю підтримки технології Intel SpeedStep.

На основі ядра Tualatin розроблялося ядро для перших процесорів Pentium M, призначених для використання в ноутбуках, а архітектурні принципи, закладені в процесорах сімейства P6, лягли в основу процесорів Intel Core 2, що прийшли на зміну процесорам Pentium 4 та Pentium D у настільних ПК.