Pentium 4進入64Bit領域 (Intel Pentium 4F 報告)

waika_wong

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一向在PC處理器中擁有領導地位的王者Intel，也許沒有想過AMD會比她更早推出64Bit的桌面級處理器吧。雖然在AMD推出Opteron及Athlon64後，Intel還是聲稱64Bit並沒有實際的用途，可是當AMD的Opteron及Athlon64得到了用家的支持後，Intel還是不得不向現實低頭，推出擁有64Bit運算能力的EM64T處理器。

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    AMD的K8是首顆64Bit X86處理器


EM64T處理器!?

一直以來Intel在PC處理器技術都處於領導地位，可是卻被AMD 搶先推出全球首顆64Bit的x86 處理器，打破了一向由Intel主導x86規格的定理，以往由8Bit提升至16Bits以至32Bit都是由Intel所帶動，而進入64Bit時代，AMD終於一雪前恥領先對手。

雖然Intel也推出了IA64的64Bit CPU --- Itanium系列，但它卻不是真正的x86 CPU，全因其缺乏Native x86的支援。K8可以直接運行x86的指令，可是IA64的CPU要執行x86的指令時，則需要透過x86-to IA64 decoder，把x86的指令轉為IA64的指令才可執行，這亦是IA64執行x86的軟件時效能不佳的原因。

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Itanium雖是64Bit但卻不是X86處理器

雖然Intel一直反擊對手，認為現時PC處理器並不需要64Bit運算能力，反而是需要更高的運算速度，只可惜Intel的90奈米未如理想，時脈並沒有太大上升的空間，面對AMD K8的64Bit的攻勢，Intel沒法不順從大勢急忙找尋對策，推出64Bit的解決方案，命名為EM64T。

EM64T技術全名為Intel Extended Memory 64 Technology，是現時IA-32架構的加強版本，故此在決定命名為EM64T前是叫作IA-32E，只是名字上沒有64字眼看上像被對手比下去，才在最後改名為EM64T。Intel率先把這技術引入於新一代Xeon伺服器級處理器及工作站級的Pentium 4處理器中，主要是為了提供更大的記憶體定址能力，突破32Bit的記憶體定址極限，此外EM64T支援64Bit的作業系統及64Bit軟件運作的同時，亦能提供32Bit作業系統及32Bit軟件的支援，基本是Intel的EM64T可以說是根據AMD x86-64而設計並完全兼容AMD的x86-64模式，彷彿Intel就在拷貝AMD的技術似的。

Pentium 4 F並非新東西
現時支援EM64T技術的處理器包括了伺服器級處理器Nocona Xeon處理器，以及即將推出的Pentium 4 F，而其中以Pentium 4 F最令用家關注。

在Intel官方公佈的Pentium 4 F規格，它將和Pentium 4 E一樣採用90奈米制程的Prescott核心，並採用最新的LGA 775封裝，擁有16K Data + 12K Trace L1 Cache及1MB L2 Cache，故此在規格上Pentium 4 E和Pentium 4 F並沒有分別，故此不少業界人仕估計Prescott核心在很早期已擁有64Bit運算能力，只不過是被Intel屏蔽了。


最早引用EM64T的處理器是Nocona Xeon

可以看到筆者手上的Pentium 4 F是3.4Ghz 800Mhz FSB的工程樣本，但外表和P4E並沒有分別

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[left]只能於925X晶片組才能開始EM64T嗎!?
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[left]新一代的Pentium 4 F將會擁有3.2F Ghz、3.4F Ghz及3.6F Ghz，擁有800Mhz FSB並支援Hyper-Threading Technology及SSE 3指令集。另外Intel亦公佈只有i925X工作站級的晶片組才能開始EM64T技術，但實際上真的一定要i925X嗎!?
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[left]據借出Intel Pentium 4 F工程樣本的廠方透露，P4F並不需要用上i925X才能開啟EM64T功能，而是現時所有支援Pentium 4 Netburst Microarchitecture的晶片組都能使用上EM64T，最重要的反而是BIOS的支援令系統能認出Pentium 4 F吧，而且該廠商更聲稱其i848P LGA 775主機板也能啟動EM64T技術。
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[left]為了証實是否能於i925X以外的晶片組運行EM64T技術，筆者特別借來了一片已經更新了BIOS的i915G主機板，結果不單在32Bit的WinXP中認出它支援EM64T，而且更能成功安裝並運行Windows XP Professional x64 Edition Built 1218，如果並非支援64Bit是不可能完成安裝。
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[left]雖然工程樣本可以運作於i925X平台之外的主機板，但實際售街版本Pentium 4 F則真的只能運作於i925X平台以及將會推出的i925XE平台，這樣就足以證明P4F不能運作於i925X平台以外是不為也非不能也，Pentium 4 F的EM64T技術因市場策略而被局部屏蔽了。[/left]
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[left]CPUZ Info[/left]
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雖然Intel的官方公佈其Pentium 4 F只能運作於i925X晶片組的主機板下才能開啟EM64T，但我們在i915P的主機板下已經能正確認出其是P4F支援x86-64指令，即支援EM64T。由於BIOS是Beta版本的關係，我們 只可以於14倍頻下運作，而且外頻亦奇怪的變成了214.3Mhz，時脈為3Ghz。

成功運作 WinXP x64 Edition



[left]大家可能說在i915P上可以認出它支援X86-64有可能並不是真正支援EM64T吧，故此筆者找來了Microsoft Windows Professional x64 Edition來作測試，如果處理器並不是支援x86-64的話，它是不能成功安裝的，結果我們在i915P的主機板上不單成功安裝Windows Professional x64 Edition，而且更沒有不穩定的現像，只是現時我們並沒有x64 Edition的驅動程式，未能真正測試出Pentium 4 F在64Bit下的威力。[/left]
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[left]加入了NX防毒功能[/left]
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[left]我們看到這顆Pentium 4 F工程樣本的Revision由D0提升至E0了，即表示這顆Pentium 4 F除了支援EM64T技術外，還加入了NX (Non Excute)防止溢出功能，基本上和K8的NX功能一樣，即表示當有惡意的程式意圖令記憶體錯誤溢出並取得控制權時，處理器能拒絕執行該程式，這技術需要作業系統的支援，而K8處理器於Windows Professional XP SP2中已得到這技術的支援，但Intel Pentium 4 F則暫時未得到支援，而需要等待Microsoft的更新檔。

[left]EM64T的IA32E Mode酷似X86-64!? [/left]
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以上的說法沒有說成十足已經是俾足面Intel了，和AMD的K8處理器的一樣，Intel的EM64T由於要令32Bit和64Bit同時兼容，故此會因應不同的需要而運作於不同的模式，包括了Legacy Mode、Compatibility及64Bit Mode。



Legacy Mode (16Bit及32Bit)

Legacy Mode 承繼模式 -- 這個模式是為了令64Bit的Pentium 4 F能順運作於32Bit的作業系統上作產生的，當在這個模式下，CPU的Register只運作於32Bit及16Bit，而且新增的Register都不能使用，但其兼容性是十分穩定的，因為P4的核心是沿32Bit設計而成，這個Mode只是把所有新增的機制隱藏。

Compatibility Mode (16Bit及32Bit)

Compatibility Mode 兼容模式 -- 這個模式是當系統是64Bit OS而又運行16Bit及32Bit OS時所需要的，同樣地CPU的Register只運作於32Bit及16Bit，而且新增的Register都不能使用，但記憶體則可以突破4GB記憶體定址達282TB，兼容模式並不會在效能上有所提升，相反為了要在同一時間下要支援其他64Bit程序，效能會有一點點的下降，但相差不會很大。

64bit Mode (64Bit)

64Bit Mode 真實模式 -- 在這個模式下， 作業系統及軟體都要是64Bit架構，CPU的Register真正運作於64Bit，Pentium 4 F在這個模式中新增了8個通用暫存器及8個128Bit的SIMD指令集暫存器給SSE、SSE2及SSE3指令，同時記憶體亦可突破32Bit的4GB記憶體定址達282TB，在這個時候Pentium 4 F的真正實力才得以發揮。

64Bit有何優勢!?



由32Bit進化成64Bit，其代表著暫存器的容量增加了。暫存器Register是CPU用來存放資料的位置，當資料讀入CPU時就是放在那裏，而當CPU運算後所得到的結果都會放在暫存器上，而32bit的CPU每一個暫存器可放置2^32位的二進制資料，當超過了那個容量時，就要借用其他暫存器，但效能就會減低。而64bit的CPU每一個暫存器可放置2^64位的二進制資料，那是幾何級數的容量，這可以減少了要借用其他暫存器，但效能就會得以提升。

另一個好處是支援的記憶體容量增加，以往32bit的CPU最高只可以定置4GB記憶體，雖然可以透過Address Mapping令系統超過4GB的記憶體支援，但效能則及不上真正定址能力。而64Bit的CPU則可以定址1800TB的記憶體，足可以解決記憶體支援的問題。但大家要留意，雖然Intel是64Bit CPU，但其定址能力只有48Bit即283TB左右，這個設計和AMD K8相同。

測試平台

Pentium 4 E 560 3.6Ghz @ 3.4Ghz
Pentium 4 F 550 3.4Ghz @ 3.4Ghz
Gigabyte Geforce 6600GT
Intel D925XCV (i925X + ICH6R)
MT DDR2 533 512MB x 2 (CL 4-4-4-12)
2themax MaxPower HE-550P6
Windows XP Professtional SP2 32Bit

效能測試 P4E VS P4F





後記

從測試中我們可以看到在32Bit的環境下，Pentium 4 E和Pentium 4 F並沒有效能上的分別，因為新增的功能只會在64Bit上開啟，不過Pentium 4 F只能在i925X上運行，對一般用家來說也實在是太苛刻了吧。

Inte Pentium 4 F的推出象徵著64Bit x64平台將加速進化，不過觀看作業系統的普及程度和軟件的支援度，64Bit時代將不是短時間內得以普及。在16Bit及32Bit的交接其，由於Windows的初推出令16Bit與32Bit的分別十分顯注，而然在32Bit和64Bit之間，暫時我們未能看到64Bit和32Bit會有什麼次元上的分別。
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