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Pentium M 755 im Desktopeinsatz - DerPentiumMunddieArchitekturimDetail1

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Seite 2: Der Pentium M und die Architektur im Detail (1)

Im Test verwenden wir einen Pentium M 755 mit 2,0 GHz. Das schnellste Modell ist der Pentium M 765 mit 2,1 GHz - jedoch muss es ja nicht immer das allerschnellste Modell für einen Vergleich sein. Der Pentium M 755 besitzt einen 400 MHz FSB, 2 MB L2-Cache, basiert auf der 90nm-Technik und unterstützt Features wie SSE2.

Bei kleineren Fertigungsstrukturen rechnet man meistens mit einer Verringerung der Abwärme, da gleichzeitig die Kernspannung der Prozessoren gesenkt werden kann. Beim Prescott ist das etwas in die Hose gegangen, denn statt einer Senkung der Abwärme ist der Prescott zu einem recht heißen Stück Silizium geworden. In unserem Review des Pentium 4 3.4 GHz gab es zwar keine Probleme mit der Thermik und selbst der normale Boxed-Lüfter reichte vollkommen aus, aber wir konnten feststellen, dass ein Northwood-Prozessor mit 3,4 GHz nicht so heiß wird, obwohl er 130nm-Strukturgröße besitzt. Während für Desktop-Prozessoren dies höchstens in einer Kühlproblematik endet, kommt bei Notebook-Prozessoren neben dem viel kleineren Raum für Kühlkörper auch noch die Akkuproblematik hinzu. Bei Desktop-Prozessoren wird allerdings auch der Stromverbrauch zu einem Thema - denn das komplette Pentium 4 570J-Testsystem mit 3,8 GHz verbrauchte bei uns unter Last immerhin 272 Watt.

Der Pentium M besitzt jedoch eine komplett andere Architektur als ein Pentium 4. Im Endeffekt hat er mit diesem nur die Netburst-Architektur gemeinsam, intern arbeitet er sehr viel effizienter, er hat eine sehr viel höhere Pro-Takt Leistung und muss demnach bei weitem nicht so hoch getaktet werden, um eine hohe Leistung zu erreichen. In unseren bisherigen Notebook-Reviews (beispielsweise dem Acer Travelmate 661LCi, dem Dell Inspiron 8600 oder dem Toshiba Tecra S1) konnten wir die Leistungsfähigkeit eines Pentium M einschätzen und feststellen, dass ein Pentium M mit 1,6 GHz ungefähr die Leistung eines Pentium 4 mit 2,3 bis 2,5 GHz erreicht, der Pentium M 1.7 GHz kommt sogar in einigen Benchmarks auf die Leistung eines Pentium 4 mit 2,6 GHz. Mit einem aktuellen Pentium M 755 oder 765 mit 2,0 oder 2,1 GHz sollten sich also Performancewerte entsprechend eines Pentium 4 mit über 3 GHz erreichen lassen. Das konnten wir auch bereits mit dem Dell Inspiron 9100 nachweisen - der Akku des Prescott-Notebooks mit Desktop-Chipsatz war zwar schon nach 50 Minuten leer, dafür zeigte er eine beeindruckende Leistung. Trotzdem kam ein ASUS M6S00NE mit 2,1 GHz Dothan sehr nahe an das Desktop-Gespann heran.

Vom Pentium 4 übernommen wurde der 400 MHz Systembus, das verwendete Netburst-Busprotokoll sowie die Speicherung der Prozessorbefehle im L1-Cache in Micro-Ops. Enthalten sind weiterhin die SSE2-Befehle, die jedoch schon im Pentium III existierten. Weiterhin besitzt der Pentium M die verbesserte Sprungvorhersage des Pentium 4 (Branch Prediction), die im Dothan noch weiter verbessert wurde, um weniger Strom zu verbrauchen. Wenn ein Prozessor eine falsche Sprungvorhersage berechnet hat, muss die komplette Pipeline geleert werden und die Berechnungen werden erneut durchgeführt. Das kostet nicht nur Zeit, sondern auch Strom – eine sehr gute Sprungvorhersage ist für einen Mobilprozessor also sehr wichtig. Die Branch Prediction-Einheit des Pentium M Banias sollte bereits falsche Sprungvorhersagen im Vergleich zu der Pentium 4 Branch Prediction-Einheit (Northwood-Kern) noch einmal um 20% reduzieren. Beim Dothan wurde die Sprungvorhersage insbesondere Bezüglich der Speicherung von Daten im L2-Cache verbessert, um den Prozessor möglichst mit den richtigen, benötigten Daten zu versorgen - die Anbindung zum L2-Cache ist nämlich sehr viel schneller als eine Speicherung im normalen Arbeitsspeicher.

Zudem wurden die Register Access Manager überholt - diese sind für das Management der CPU-Register für Read- und Write-Operationen verantwortlich. Durch die Reorganisation ist der Dothan bei diesen Operationen etwas schneller und effektiver.

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Die Performance erreicht der Pentium M allerdings mit einer Leistungsaufnahme, die weit unter den Desktop-Prozessoren liegt. Erreicht wird dies durch umfangreiche Stromspar-Techniken. Beispielsweise kennt der Prozessor unterschiedliche Sleep-States:

  • AutoHALT (geringe Einschränkungen, wenig Einsparungen)
  • Stop-Grant
  • Sleep
  • Deep Sleep
  • Deeper Sleep (hohe Einsparungen, starke Einschränkungen)

Interessant ist jedoch vor allen Dingen die Enhanced Speed Step-Technologie, die in den Prozessor integriert wurde. Der Pentium M kann dynamisch zwischen 600 MHz und seiner vollen Taktfrequenz in verschiedenen Stufen je nach Bedarf getaktet werden, weiterhin kann auch die Kernspannung des Prozessors je nach Taktfrequenz variieren. Zudem ist der große L2-Cache des Prozessors in 32 Bereiche aufgeteilt, die ebenso wie komplette Recheneinheiten des Prozessors stetig überwacht werden und einzeln, innerhalb von einem Taktzyklus, deaktiviert werden können, wenn sie nicht verwendet werden.

In der folgenden Tabelle wollen wir den Banias und den Dothan bezüglich der Spannungsanforderungen gegenüberstellen:

Wie man sehen kann, beherrschen beide Prozessoren verschiedene Taktfrequenzen und passen entsprechend die Spannung an. Beim Dothan kommt etwas neues hinzu - er unterstützt multiple VID, wie man es schon vom Prescott kennt. Es wird also unterschiedliche Spannungen bei den Prozessoren geben - ein 1,7 GHz-Modell kann mit vier unterschiedlichen Versionen am Markt existieren. Im Idealfall braucht der Prozessor bei 1m7 GHz nur 1,276 V, im "schlechtesten Fall" 1,340 V.

Daraus entsteht je nach Betriebsart eine unterschiedliche Leistungsaufnahme, die Intel für den Dothan gleichzeitig für alle neuen Prozessoren angibt:

Der neue Pentium M mit dem Dothan-Kern besitzt selbst bei 2 GHz Taktfrequenz noch eine Leistungsaufnahme nach TDP von 21 Watt - also trotz höherem Takt eine niedrigere als der Banias-Kern mit 1,7 GHz (24,5 Watt). Das ist natürlich durch die 90nm-Technik und die niedrigere Spannung zu erklären. Interessant ist, dass der Dothan aber bei 600 MHz minimal mehr Strom aufnimmt als der Banias. Statt 6 Watt sind es nun 7,5 Watt. Allerdings ist dies nicht das untere Ende - in den Deep- und Deeper-Sleep States benötigt der Dothan nur ein paar Watt, teilweise sogar nur 0,8 Watt im stärksten Stromsparmodus. Zudem haben wir oben gesehen, dass Intel diese Angaben für das Modell mit 1,340 V machen muss, um den Notebook-Herstellern eine Spezifikation für die maximale Verlustleistung zu geben. Ein Prozessor mit einer geringeren Spannung wird dementsprechend unter dieser maximalen Abwärme liegen.

Daraus wird auch ersichtlich, warum Leser in unserem Laptop-Forum von einer Akkulaufzeit von über 5 Stunden berichten, denn diese Leistungseinsparungen können effektiv natürlich für eine längere Akkulaufzeit umgesetzt werden. Bei Pentium M-Notebooks sind diese Laufzeiten - oder sogar noch längere bei den kleineren Ultra-Low-Voltage-Modellen - keine Seltenheit.

Zum Vergleich zeigen wir gerne die Stromaufnahme, die die normalen Desktop-Prozessoren besitzen:

Kommen wir nun zu den ersten praktischen Messungen, weiterhin wollen wir auf die Architektur des Chipsatzes eingehen.