Intel Pentium M Dothan

英特爾90nm製程行動式處理器的先驅

從去年春季IDF宣布第三季末就要上市，歷經超過半年的延宕以及在今年二月宣布修正電路設計錯誤，英特爾終於在五月十日正式發表代號Dothan的新款Pentium M處理器，也是繼Pentium 4E Prescott之後，英特爾第二款採用90nm製程、應變矽晶圓（Strained Silicon）所生產的處理器。更重要的是，Dothan是英特爾首度採用處理器號碼（Processor Number）的產品。架構上的改進

相較於前代130nm製程的Pentium M Banias，Dothan最大的改進就在於第二階快取記憶體從1MB提升至2MB。Dothan電晶體數目多達1億4千萬，但晶粒面積（Die Size）僅有83.6平方公釐，相當於Banias的82.8平方公釐，而超過一半以上的電路面積均為第二階快取記憶體。由於第二階快取記憶體加大一倍，其存取延遲也從原先的9個時脈周期增加至10個時脈周期。

另外，正如同去年秋季IDF的資訊，Dothan在微架構上略有改進，導入改良的實體暫存器資料取回機制（Enhanced Register Data Retrieval）及第二階快取資料預先擷取（Enhanced Data Prefetcher），分別改善實體暫存器的存取效能以及快取記憶體的效率，尤其前者更為重要。因為Pentium M是以P6微架構為基礎，採用統合式的暫存器重新命名緩衝區，所以在遇到對不同數目暫存器的存取時，就會有暫存器存取效能下滑的問題。

相較於Banias單一時脈僅對應一種電壓準位（VID），Dothan導入從Northwood就出現的Multiple VID設計，單一時脈可對應四組不同的電壓準位。值得注意的是，Dothan導入Enhanced Intel SpeedStep技術，可動態調整多種電壓及時脈，我們在使用時可以發現時脈有著相當大的起伏，而且並不會有切換時脈所導致的延遲。由於Pentium M省電機制的重點，就在於動態關閉未使用的功能單元以及預測下一個所需功能單元的預測電路，這部分一定有著相當程度的改進，也是電路設計及驗證上的一大挑戰。相較於受高耗電量所苦的Prescott，同樣製程的Dothan卻可以維持和Banias相同的耗電量及發熱量，而標準設計功耗更僅有21W、低於Banias的24.5W，而最低標準設計功耗略高於Banias，這堪稱相當了不起的技術成就。當然，這些研發成本也都會反應在Pentium M的高售價上。

另外一個值得注意之處，就是Dothan可能加深了指令管線深度。我們透過製造間接分支預測錯誤的程式碼去計算分支代價（Misprediction Penalty）的時脈周期數目，Dothan較Banias多出約一個時脈周期。事實上，雖然Pentium M是以P6微架構為基礎，但是指令管線深度是有所增加的。英特爾至今都沒有公布相關細節，不過，據估計，相較於P6微架構的12階，Banias約為14階，而Dothan應為15階。效能測試及分析

Dothan在SPEC CPU 2000中的效能表現相當出色，在啟用Intel Compiler 8.0中針對Pentium M的最佳化參數（QxB，B即代表Banias）後，時脈僅有1.8GHz的Pentium M 745竟然在整數運算項目中超越了3.2GHz的Prescott，而浮點項目則略為落後3.2GHz的Northwood。相較於1.6GHz的Banias，更有著相當明顯的成長幅度。2MB第二階快取的作用，由此可略見一二。

不過，Pentium M由於延續P6微架構，所以時脈上自然無法與NetBurst微架構的Pentium 4匹敵，也造成運算效能上的先天限制。尤其Pentium M的SSE2受限於P6微架構所帶來的限制，效能不盡理想，而英特爾又企圖將SSE2逐步取代架構不良的x87浮點指令集，這對於Pentium M的應用面是一個很不利的影響。當然，Pentium M本來就是以低耗電、低發熱量為重點的產品，追求高效能並不是設計上的首要目標，所以這應該是可以接受的效能表現。英特爾行動式處理器未來的布局

由於處理器持續水漲船高的耗電量及發熱量，行動式處理器在英特爾處理器布局中的重要性與日俱增。除了行動運算平臺外，Pentium M現在也進入了刀鋒伺服器的市場，更具備了取代現有桌上型處理器的潛力。

日前國外媒體報導，英特爾已經取消了Tejas以及後繼Xeon版本Jayhawk的研發計畫，將重心集中在未來支援IA-32e的新款雙核心Pentium M。換言之，英特爾極可能讓未來的Yonah（先前誤傳為Jonah）處理器進入桌上型市場，提前在Merom處理器之前推動DTR（Desktop Replacement）。另外，英特爾更將發展以Pentium M為基礎的4核心Xeon處理器「Whitefield」。這不啻是英特爾策略上的重大轉折，P6微架構更可能再度成為英特爾處理器的主力。從1995年的Pentium Pro一路到2006年的Whitefield，P6微架構將極可能擁有超過15年的市場壽命，這不可謂不驚人。在未來，走向雙核心及多核心的行動式處理器將是值得注意的技術趨勢，而NetBurst的未來及定位、持續提升時脈之路是否可以延續下去，更是英特爾所必須深思的。文⊙劉人豪