Pentium 4 [Intel / November 20, 2000]

 

모든 펜티엄 4 CPU는 넷버스트 마이크로아키텍처를 기반으로 한다. 펜티엄 4 윌라멧(180nm)은 SSE2를 도입했으며, 프레스캇(90nm)은 SSE3 및 이후 64비트 기술을 도입했다. 이후 버전에서는 하이퍼 스레딩 기술(HTT)이 추가되었다.

펜티엄 4 브랜드 프로세서 중 64비트를 처음으로 구현한 것은 프레스캇(90nm, 2004년 2월)이지만, 이 기능은 활성화되지 않았다. 인텔은 이후 "E0" 리비전의 프레스캇을 사용하여 64비트 펜티엄 4를 OEM 시장에 판매했으며, 이는 펜티엄 4 모델 F로 불렸다. E0 리비전은 인텔 64에 eXecute Disable(XD, 인텔의 NX 비트 이름)을 추가했다. 인텔 64(당시 EM64T라는 이름으로 알려짐)의 공식 출시가 일반 데스크톱 프로세서에서 이루어진 것은 N0 스테핑 프레스캇-2M이다.

인텔은 넷버스트 마이크로아키텍처를 기반으로 한 저가형 셀러론 프로세서(종종 셀러론 4라고 불림)와 다중 소켓 서버 및 워크스테이션을 위한 고급 파생형인 제온 프로세서를 마케팅했다. 2005년에는 펜티엄 D와 펜티엄 익스트림 에디션이라는 듀얼 코어 브랜드로 펜티엄 4가 보완되었다.

2007년 12월 7일, 인텔은 펜티엄 4 프로세서에 대한 주문을 중단했으며, 마지막 출하는 2008년 8월 8일에 이루어졌다.

 

넷버스트 마이크로아키텍처의 장점은 벤치마크 평가에서 명확하지 않았다. 신중하게 최적화된 애플리케이션 코드로 첫 번째 펜티엄 4는 당시 가장 빠른 펜티엄 III(1.13 GHz)에 비해 성능이 뛰어났다. 그러나 많은 분기 또는 x87 부동소수점 명령을 사용하는 레거시 애플리케이션에서는 펜티엄 4가 이전 모델과 비슷하거나 느리게 실행되었다. 주요 단점은 공유 단일 방향 버스였다. 넷버스트 마이크로아키텍처는 이전의 인텔 또는 AMD 마이크로아키텍처보다 더 많은 전력을 소모하고 더 많은 열을 방출했다.

이로 인해 펜티엄 4의 도입은 엇갈린 평가를 받았다. 개발자들은 펜티엄 4가 새로운 코드 최적화 규칙을 요구하였기 때문에 불만을 가졌다. 예를 들어, 수학 애플리케이션에서 AMD의 저전력 클럭을 가진 애슬론(가장 빠른 모델은 1.2 GHz에서 동작)보다 펜티엄 4가 쉽게 뒤처졌다. 펜티엄 4는 SSE2 지원으로 재컴파일된 소프트웨어에서만 따라잡을 수 있었다. Infoworld 잡지의 톰 야거는 이를 "캐시에 완전히 적합한 프로그램을 위한 가장 빠른 CPU"라고 언급했다. 컴퓨터에 정통한 소비자들은 가격 프리미엄, 의문스러운 이점, 초기 RDRAM 제한 때문에 펜티엄 4 PC를 피했다.

제품 마케팅 측면에서, 펜티엄 4는 클럭 주파수에만 중점을 두어 마케터의 꿈이 되었다. 이로 인해 넷버스트 마이크로아키텍처는 펜티엄 4의 생애 동안 여러 컴퓨팅 웹사이트와 출판물에서 "marchitecture"라고 불렸다. 또한 "넷버스트"라는 용어로 불리기도 했는데, 이는 프로세서 성능에 대해 부정적으로 반응한 리뷰어들 사이에서 인기를 끌었다.

CPU 성능의 두 가지 전통적인 척도는 주기당 명령어(IPC)와 클럭 속도이다. IPC는 벤치마크 애플리케이션의 명령어 조합에 의존하기 때문에 정량화하기 어려운 반면, 클럭 속도는 단순한 측정값으로 절대적인 숫자를 제공한다. 따라서 초보 소비자들은 가장 높은 클럭 속도를 가진 프로세서를 최상의 제품으로 간주하게 되었고, 펜티엄 4는 가장 빠른 클럭 속도를 자랑했다. AMD의 프로세서들은 낮은 클럭 속도를 가졌기 때문에 "메가헤르츠 신화" 캠페인으로 인텔의 마케팅 우위를 반박했다. AMD는 상대 성능을 기준으로 한 "PR-등급" 시스템을 사용하여 기준 기계에 대한 merit 값을 부여했다.

 

펜티엄 4 출시 당시 인텔은 넷버스트 기반 프로세서가 여러 제조 공정 세대를 거쳐 10 GHz까지 확장될 것으로 예상했다. 그러나 넷버스트 마이크로아키텍처를 사용하는 프로세서의 클럭 속도는 최대 3.8 GHz에 머물렀다. 인텔은 다이가 90nm 리소그래피 및 그보다 작은 크기에 도달하면서 트랜지스터 전력 누수가 급격히 증가할 것이라고 예상하지 못했다. 이러한 새로운 전력 누수 현상과 표준 열 방출은 클럭 속도가 증가함에 따라 냉각 및 클럭 스케일링 문제를 일으켰다. 이 예기치 않은 장애물에 대응하기 위해 인텔은 여러 코어 재설계를 시도했으며(특히 프레스캇) 여러 핵심 기술을 탐구했다. 여기에는 다중 코어 사용, FSB 속도 증가, 캐시 크기 증가, 더 긴 명령어 파이프라인과 높은 클럭 속도가 포함되었다.

코드 캐시는 디코딩된 마이크로작업을 포함하는 트레이스 캐시로 대체되었는데, 이는 명령어 디코딩 병목 현상을 제거하여 RISC 기술을 사용할 수 있게 했다. 하지만 이로 인해 더 많은 칩 공간과 전력을 소모하는 덜 컴팩트한 캐시가 필요하게 되었다.

이러한 해결책들은 실패했으며, 2003년부터 2005년까지 인텔은 개발 방향을 넷버스트에서 냉각 효율이 높은 펜티엄 M 마이크로아키텍처로 전환했다. 2006년 1월 5일, 인텔은 코어 프로세서를 출시했으며, 이 프로세서는 에너지 효율성과 주기당 성능에 더 큰 중점을 두었다. 넷버스트에서 파생된 마지막 제품은 2007년에 출시되었고, 이후 모든 제품군은 코어 마이크로아키텍처로 전환되었다.

 

밥 벤틀리(Bob Bentley)는 제38회 연례 설계 자동화 회의에서 인텔을 대표하여 "펜티엄 4 프로세서의 마이크로아키텍처는 이전의 모든 IA-32 마이크로프로세서보다 상당히 복잡하므로, 설계의 논리적 정확성을 적시에 검증하는 것이 정말 어려운 과제였다"고 언급했다. 그는 테스트와 검증을 도와줄 60명의 최근 졸업생 팀을 고용했다.

 

펜티엄 4 프로세서는 통합 열 확산기(IHS)를 갖추고 있어 냉각 솔루션을 장착하거나 분리할 때 다이가 우연히 손상되는 것을 방지한다. IHS가 도입되기 전에는 코어 손상이 우려되는 사용자들이 CPU 심을 사용하는 경우도 있었다. 오버클러커들은 때때로 Socket 423와 Socket 478 칩에서 IHS를 제거하여 더 직접적인 열 전달을 가능하게 했다. Socket 478 프레스캇 프로세서와 Socket LGA 775(Socket T) 인터페이스를 사용하는 프로세서의 경우, IHS가 다이에 직접 납땜되어 있어 제거가 어렵다.

 

윌라멧(Willamette)은 첫 번째 넷버스트 마이크로아키텍처 구현의 프로젝트 코드명으로, 설계 과정에서 긴 지연을 겪었다. 이 프로젝트는 1998년에 시작되었으며, 인텔은 당시 펜티엄 II를 영구 제품 라인으로 보고 있었다. 당시 윌라멧 코어는 약 1 GHz에서 작동할 것으로 예상되었다. 그러나 펜티엄 III가 윌라멧이 아직 완성되지 않은 상태에서 출시되었다. P6와 넷버스트 마이크로아키텍처 간의 근본적인 차이로 인해 인텔은 윌라멧을 펜티엄 III로 마케팅할 수 없었고, 대신 펜티엄 4로 출시했다.

2000년 11월 20일, 인텔은 1.4 GHz와 1.5 GHz로 클럭된 윌라멧 기반 펜티엄 4를 출시했다. 대부분의 업계 전문가들은 초기 출시가 진정한 준비가 되기 전에 도입된 임시 제품으로 간주했다. 전문가들에 따르면, 펜티엄 4는 경쟁 제품인 썬더버드 기반 AMD 애슬론이 노후한 펜티엄 III보다 성능이 뛰어나면서 출시된 것이었다. 이 펜티엄 4는 180nm 공정을 사용하여 생산되었으며, 처음에는 소켓 423(윌라멧을 의미하는 "W" 소켓)를 사용했으며, 이후 개정판은 소켓 478(노스우드에 대한 "N" 소켓)으로 이동했다. 이들 변형은 각각 인텔 제품 코드 80528과 80531로 식별되었다.

테스트 벤치에서 윌라멧은 애널리스트들에게 다소 실망스러운 성과를 보였는데, 애슬론과 가장 높은 클럭 속도의 펜티엄 III를 모든 테스트 상황에서 능가하지 못했으며, 예산 세그먼트의 AMD 듀론보다도 뒤처졌다. 초기 가격은 1.4 GHz 모델이 644달러, 1.5 GHz 모델이 819달러였으며, OEM PC 제조업체를 위한 가격이었다. 소비자 시장의 가격은 소매업체에 따라 다르지만, 윌라멧은 비교적 빠르면서도 비싼 램버스 다이나믹 RAM(RDRAM) 요구 사항으로 인해 판매가 다소 제한되었다. 펜티엄 III는 여전히 인텔의 최고 판매 프로세서 라인이었으며, 애슬론이 펜티엄 4보다 조금 더 잘 팔렸다. 인텔은 각 박스형 펜티엄 4에 두 개의 RDRAM 모듈을 번들로 제공했지만, 이는 펜티엄 4 판매를 촉진하지 못했고 많은 이들에게 진정한 해결책으로 여겨지지 않았다.

2001년 1월에는 1.3 GHz 모델이 추가되었지만, 이후 12개월 동안 인텔은 점차 AMD의 성능 우위를 줄여 나갔다. 2001년 4월에는 1.7 GHz 펜티엄 4가 출시되었으며, 이는 구형 펜티엄 III보다 성능이 명확히 우수한 첫 번째 모델이었다. 7월에는 1.6 GHz 및 1.8 GHz 모델이 출시되었고, 8월에는 1.9 GHz 및 2 GHz 펜티엄 4가 출시되었다. 같은 달, 인텔은 RDRAM 대신 훨씬 저렴한 PC133 SDRAM을 지원하는 845 칩셋을 출시했다. SDRAM이 저렴하게 공급됨에 따라 펜티엄 4의 판매가 크게 증가했다. 새로운 칩셋 덕분에 펜티엄 4는 빠르게 펜티엄 III를 대체하며 시장의 주력 프로세서로 자리잡게 되었다.

윌라멧 코드명은 인텔의 많은 제조 시설이 위치한 오리건 주의 윌라멧 밸리 지역에서 유래되었다.

 

2002년 1월, 인텔은 노스우드(Northwood)라는 코드명을 가진 새로운 코어의 펜티엄 4를 1.6 GHz, 1.8 GHz, 2 GHz 및 2.2 GHz 속도로 출시했다. 노스우드는 L2 캐시 크기를 256 KB에서 512 KB로 증가시키고(트랜지스터 수를 4200만에서 5500만으로 증가시킴), 130nm 제조 공정으로 전환하였다. 더 작은 트랜지스터로 프로세서를 제작함으로써 클럭 속도를 높이고 열 발생을 줄일 수 있게 되었다. 같은 달, 845 칩셋을 사용하는 메인보드가 출시되었고, 이는 DDR SDRAM 지원을 제공하여 PC133 SDRAM의 두 배의 대역폭을 제공함으로써 펜티엄 4의 최대 성능을 위한 램버스 RDRAM의 높은 비용 문제를 완화했다.

2002년 4월 2일, 2.4 GHz 펜티엄 4가 출시되었으며, 2.26 GHz, 2.4 GHz 및 2.53 GHz 모델의 버스 속도가 400 MT/s에서 533 MT/s(133 MHz 물리적 클럭)로 증가했다. 8월에는 2.66 GHz 및 2.8 GHz 모델이, 11월에는 3.06 GHz 모델이 출시되었다. 노스우드와 함께 펜티엄 4는 성숙기에 접어들었다. 성능 리더십 경쟁이 계속되었지만(AMD가 애슬론 XP의 더 빠른 버전을 출시하면서), 많은 관찰자들은 가장 높은 클럭 속도를 가진 노스우드 기반 펜티엄 4가 보통 경쟁자를 능가한다고 동의했다. 특히 2002년 중반에는 AMD가 130nm 생산 공정으로 전환했음에도 불구하고 초기 "써러브레드 A" 개정판 애슬론 XP CPU가 노스우드의 이점을 극복하기에는 클럭 속도가 충분히 높지 않았다.

3.06 GHz 펜티엄 4는 하이퍼스레딩 기술을 지원했으며, 이는 처음으로 포스터 기반 제온 프로세서에서 지원되었다. 이는 x86 환경에서 가상 프로세서(또는 가상 코어)의 개념을 도입하여 동일한 물리적 프로세서에서 여러 스레드를 동시에 실행할 수 있게 했다. 두 개의 프로그램 명령어를 한 물리적 프로세서 코어에서 동시에 실행하도록 재배치함으로써 프로세서 자원을 최대한 활용하는 것을 목표로 했다. 이 초기 3.06 GHz 533FSB 펜티엄 4 하이퍼스레딩 프로세서는 펜티엄 4 HT로 알려져 있으며, 2002년 11월 게이트웨이에 의해 대량 시장에 출시되었다.

2003년 4월 14일, 인텔은 새로운 펜티엄 4 HT 프로세서를 공식 출시했다. 이 프로세서는 800 MT/s FSB(200 MHz 물리적 클럭)를 사용하고 3 GHz로 클럭되었으며, 하이퍼스레딩 기술을 탑재했다. 이는 AMD의 옵테론 프로세서 라인과의 경쟁을 더욱 원활하게 하기 위한 것이었다. 동시에 AMD는 애슬론 XP 3200+를 출시하면서 FSB 속도를 333 MT/s에서 400 MT/s로 증가시켰지만, 이는 새로운 3 GHz 펜티엄 4 HT를 저지하기에는 충분하지 않았다.

펜티엄 4 HT의 200 MHz 쿼드 펌프드 버스(200 x 4 = 800 MHz 유효)는 넷버스트 아키텍처가 최적 성능을 달성하는 데 필요한 대역폭 요구 사항을 충족하는 데 크게 기여했다. 반면, 애슬론 XP 아키텍처는 대역폭에 덜 의존적이었고, 인텔이 달성한 대역폭 수치는 애슬론의 EV6 버스 범위를 훨씬 초과했다. 이론적으로 EV6도 같은 대역폭을 달성할 수 있었지만, 당시에는 도달할 수 없는 속도였다. 인텔의 높은 대역폭은 스트리밍 작업의 벤치마크에서 유용하게 작용했으며, 인텔 마케팅은 이를 AMD의 데스크톱 프로세서에 대한 실질적인 개선으로 잘 활용했다. 노스우드 2.4 GHz, 2.6 GHz 및 2.8 GHz 변형은 2003년 5월 21일에 출시되었고, 3.2 GHz 변형은 2003년 6월 23일에 출시되었으며, 마지막 3.4 GHz 버전은 2004년 2월 2일에 도착했다.

초기 스테핑 노스우드 코어의 오버클로킹에서는 놀라운 현상이 나타났다. 1.7 V 이상의 코어 전압은 오버클로킹 여유를 상당히 늘릴 수 있었지만, 프로세서는 시간이 지남에 따라(몇 개월 또는 몇 주 안에) 점차 불안정해지고 최대 안정 클럭 속도가 감소하다가 결국 고장이 나고 사용할 수 없게 되었다. 이 현상은 전자 이동으로 인한 것으로 "갑작스러운 노스우드 사망 증후군(SNDS)"으로 알려지게 되었다.

 

2004년 2월 1일, 인텔은 프레스콧(Prescott)이라는 새로운 코어를 소개했다. 이 코어는 90nm 공정을 처음으로 사용하며, 한 분석가는 이를 "펜티엄 4의 마이크로아키텍처에서의 주요 재작업"이라고 설명했다. 하지만 이 전면 개편에도 불구하고 성능 향상은 일관되지 않았다. 일부 프로그램은 프레스콧의 두 배 캐시와 SSE3 명령어의 혜택을 보았지만, 다른 프로그램은 더 긴 파이프라인으로 인해 성능이 저하되었다. 프레스콧의 마이크로아키텍처는 약간 높은 클럭 속도를 허용했지만, 인텔이 예상한 만큼 높지는 않았다. 가장 대량 생산된 프레스콧 기반 펜티엄 4는 3.8 GHz에서 클럭되었다. 노스우드는 결국 윌라멧보다 70% 높은 클럭 속도를 달성했지만, 프레스콧은 노스우드보다 12% 정도만 더 높은 클럭 속도로 확장되었다. 프레스콧의 높은 전력 소비와 열 발생은 그 성능 제한의 주된 원인으로 지목되었고, 이로 인해 포럼에서는 "프레스핫(PresHot)"이라는 별명이 붙기도 했다. 사실, 프레스콧의 전력과 열 특성은 동일한 속도의 노스우드보다 약간 높았고, 갤러틴 기반 익스트림 에디션과 거의 동일했지만, 이들 프로세서가 이미 열적으로 수용 가능한 한계 근처에서 작동하고 있었기 때문에 큰 문제가 되었다.

프레스콧의 출시와 함께 LGA 775 및 BTX 폼 팩터가 도입되었으나, 이들 역시 비판을 받았다. 테스트 결과, LGA 775에 맞춰 제작된 특정 펜티엄 4는 소켓 478 패키지의 동일한 칩보다 더 많은 전력을 소모하고 더 많은 열을 발생시켰다. BTX 폼 팩터는 프레스콧의 열 출력을 관리하기 위해 설계된 것으로 보였으며, 이로 인해 CPU의 뜨거운 공기가 그래픽 카드의 히트싱크/팬으로 직접 유입되는 문제를 초래했다. 이러한 점들은 프레스콧을 과도하게 열이 발생하는 칩으로 인식하게 했다.

프레스콧 펜티엄 4는 1억 2500만 개의 트랜지스터를 포함하고 있으며, 다이 면적은 112 mm²이다. 이 프로세서는 90nm 공정으로 제조되었으며, 7단계의 구리 상호 연결을 사용한다. 이 공정에는 변형 실리콘 트랜지스터와 저κ 탄소 도핑 실리콘 산화물(약칭 CDO) 유전체가 포함되어 있으며, 이는 유기 실리콘 유리(약칭 OSG)로도 알려져 있다. 프레스콧은 처음에는 D1C 개발 팹에서 제작되었고, 이후 F11X 생산 팹으로 이전되었다.

인텔은 처음에 소켓 478용으로 두 가지 프레스콧 라인을 출시했다. E 시리즈는 800 MT/s FSB와 하이퍼스레딩을 지원했고, 저가형 A 시리즈는 533 MT/s FSB와 하이퍼스레딩이 비활성화되었다. LGA 775 프레스콧 CPU는 5xx 시리즈로 라벨링된 등급 시스템을 사용하고, LGA 775 버전의 E 시리즈는 5x0 모델 번호(520–560)를 사용하며, A 시리즈는 5x5 및 5x9(505–519) 모델 번호를 사용한다. 가장 빠른 모델인 570J와 571은 3.8 GHz로 클럭된다. 인텔은 4 GHz 펜티엄 4의 대량 생산 계획을 취소하고 듀얼 코어 프로세서로 전환했지만, 일부 유럽 소매업체는 4 GHz로 클럭된 펜티엄 4 580을 판매하고 있다고 주장했다. E 시리즈 프레스콧과 저가형 517 및 524는 멀티스레드 소프트웨어(예: 비디오 편집)를 사용하는 일부 프로세스를 가속화하기 위해 하이퍼스레딩을 통합하고 있다.

프레스콧 마이크로아키텍처는 인텔 64를 지원하도록 설계되었으며, 이는 AMD에서 개발한 x86 아키텍처에 대한 x86-64 64비트 확장판이다. 그러나 초기 모델은 64비트 기능이 비활성화된 상태로 출하되었다. 인텔은 64비트 CPU를 소매 채널에 출시할 의도가 없다고 밝혔으며, 대신 64비트 기능이 있는 F 시리즈를 OEM에게만 출시했다. 그러나 이후 5x1 시리즈로 일반 대중에게도 제공되었다. 533 MHz FSB 속도를 가진 저가형 인텔 64 지원 프레스콧도 출시되었다.

프레스콧 시리즈의 E0 스테핑은 XD 비트 기능을 도입했다. 이 기술은 AMD에 의해 x86 아키텍처에 NX(No eXecute)로 소개되었으며, 특정 유형의 악성 코드가 버퍼 오버플로우를 이용해 실행되는 것을 방지하는 데 도움이 된다. XD 비트를 지원하는 모델에는 5x0J 및 5x1 시리즈와 저가형 5x5J 및 5x6이 포함된다.

프레스콧 프로세서는 SSE3을 지원하는 첫 번째 프로세서이며, 모든 펜티엄 D 프로세서도 마찬가지다.

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All Pentium 4 CPUs are based on the NetBurst microarchitecture. The Pentium 4 Willamette (180nm) introduced SSE2, while Prescott (90nm) introduced SSE3 and later 64-bit technology. Subsequent versions added Hyper-Threading Technology (HTT).
The first Pentium 4 brand processor to implement 64-bit was Prescott (90nm, February 2004), but this feature was not activated. Intel later sold 64-bit Pentium 4s to the OEM market using the "E0" revision of Prescott, known as Pentium 4 Model F. The E0 revision added Intel 64 with eXecute Disable (XD, Intel's name for the NX bit). The official launch of Intel 64 (then known as EM64T) in general desktop processors occurred with the N0 stepping Prescott-2M.
Intel marketed low-cost Celeron processors based on the NetBurst microarchitecture (often referred to as Celeron 4) and advanced derivatives for multi-socket servers and workstations, known as Xeon processors. In 2005, the Pentium D and Pentium Extreme Edition were introduced as dual-core brands to complement the Pentium 4.
On December 7, 2007, Intel discontinued orders for Pentium 4 processors, with the last shipment occurring on August 8, 2008.
The advantages of the NetBurst microarchitecture were not clearly evident in benchmark evaluations. The first Pentium 4, with carefully optimized application code, outperformed the fastest Pentium III (1.13 GHz) at the time. However, in many legacy applications that used numerous branches or x87 floating-point instructions, the Pentium 4 executed similarly or slower than previous models. A major drawback was the shared unidirectional bus. The NetBurst microarchitecture consumed more power and emitted more heat than previous Intel or AMD microarchitectures.
As a result, the introduction of the Pentium 4 received mixed reviews. Developers expressed dissatisfaction because the Pentium 4 required new code optimization rules. For example, in mathematical applications, the Pentium 4 lagged behind AMD's low-power clocked Athlon (the fastest model operating at 1.2 GHz). The Pentium 4 could only catch up in software recompiled with SSE2 support. Tom Yager of Infoworld magazine referred to it as "the fastest CPU for cache-optimized programs." Tech-savvy consumers avoided Pentium 4 PCs due to the price premium, questionable benefits, and initial RDRAM limitations.
From a product marketing perspective, the Pentium 4 focused solely on clock frequency, making it a marketer's dream. This led to the NetBurst microarchitecture being referred to as "marchitecture" on various computing websites and publications throughout the life of the Pentium 4. It was also called "NetBurst," a term popular among reviewers who reacted negatively to the processor's performance.
Two traditional metrics of CPU performance are instructions per cycle (IPC) and clock speed. IPC is difficult to quantify as it depends on the instruction mix of benchmark applications, while clock speed provides a simple measurement with absolute numbers. Consequently, novice consumers came to regard processors with the highest clock speeds as the best products, and the Pentium 4 boasted the fastest clock speeds. AMD's processors had lower clock speeds, prompting them to counter Intel's marketing advantage with the "megahertz myth" campaign. AMD used a "PR rating" system based on relative performance to assign merit values against a baseline machine.
When the Pentium 4 was launched, Intel expected NetBurst-based processors to scale up to 10 GHz over several manufacturing process generations. However, processors using the NetBurst microarchitecture remained capped at a maximum clock speed of 3.8 GHz. Intel did not anticipate that transistor power leakage would increase dramatically as die sizes reached 90nm lithography and smaller. This unexpected power leakage and standard heat dissipation caused cooling and clock scaling issues as clock speeds increased. To address these unforeseen obstacles, Intel attempted several core redesigns (notably Prescott) and explored various key technologies, including multi-core usage, increased FSB speeds, larger cache sizes, longer instruction pipelines, and higher clock speeds.
Code caches were replaced with trace caches containing decoded micro-operations, eliminating instruction decoding bottlenecks and enabling the use of RISC technology. However, this required a less compact cache that consumed more chip space and power.
These solutions failed, and from 2003 to 2005, Intel shifted its development focus from NetBurst to the more thermally efficient Pentium M microarchitecture. On January 5, 2006, Intel launched the Core processors, which emphasized energy efficiency and cycles per performance. The last products derived from NetBurst were released in 2007, after which all product lines transitioned to the Core microarchitecture.
Bob Bentley, representing Intel at the 38th Annual Design Automation Conference, stated, "The microarchitecture of the Pentium 4 processor is significantly more complex than all previous IA-32 microprocessors, making it a real challenge to verify the logical correctness of the design in a timely manner." He hired a team of 60 recent graduates to assist with testing and verification.
The Pentium 4 processor features an integrated heat spreader (IHS) to prevent accidental damage to the die when attaching or removing cooling solutions. Before the introduction of the IHS, users concerned about core damage sometimes used CPU dies directly. Overclockers occasionally removed the IHS from Socket 423 and Socket 478 chips for more direct heat transfer. In the case of Socket 478 Prescott processors and those using the Socket LGA 775 (Socket T) interface, the IHS was soldered directly to the die, making removal difficult.

Willamette was the project codename for the first implementation of the NetBurst microarchitecture, which experienced significant delays during its design process. This project began in 1998, and at that time, Intel viewed the Pentium II as a permanent product line. The Willamette core was expected to operate at around 1 GHz. However, the Pentium III was released while Willamette was still incomplete. Due to fundamental differences between P6 and the NetBurst microarchitecture, Intel could not market Willamette as a Pentium III and instead released it as a Pentium 4.
On November 20, 2000, Intel launched the Willamette-based Pentium 4 clocked at 1.4 GHz and 1.5 GHz. Most industry experts considered the initial launch a stopgap product introduced before it was truly ready. Experts noted that the Pentium 4 was released when the competing Thunderbird-based AMD Athlon outperformed the aging Pentium III. This Pentium 4 was produced using a 180nm process and initially used Socket 423 (the "W" socket for Willamette), with later revisions moving to Socket 478 (the "N" socket for Northwood). These variants were identified by Intel product codes 80528 and 80531, respectively.
In test benches, Willamette showed somewhat disappointing performance to analysts, failing to consistently outperform the Athlon and the highest clocked Pentium III in all test scenarios, and even lagging behind AMD's Duron in the budget segment. The initial prices were $644 for the 1.4 GHz model and $819 for the 1.5 GHz model, aimed at OEM PC manufacturers. Prices in the consumer market varied by retailer, but Willamette's relatively fast yet expensive Rambus Dynamic RAM (RDRAM) requirements limited its sales somewhat. The Pentium III remained Intel's best-selling processor line, and the Athlon sold slightly better than the Pentium 4. Intel bundled two RDRAM modules with each boxed Pentium 4, but this did not boost Pentium 4 sales and was not seen as a true solution by many.
In January 2001, a 1.3 GHz model was added, but over the next 12 months, Intel gradually reduced AMD's performance advantage. In April 2001, the 1.7 GHz Pentium 4 was released, which was the first model to clearly outperform the older Pentium III. In July, 1.6 GHz and 1.8 GHz models were released, and in August, 1.9 GHz and 2 GHz Pentium 4s were launched. In the same month, Intel released the 845 chipset, which supported the much cheaper PC133 SDRAM instead of RDRAM. With the availability of affordable SDRAM, Pentium 4 sales increased significantly. Thanks to the new chipset, the Pentium 4 quickly replaced the Pentium III and established itself as the market's leading processor.
The Willamette codename derives from the Willamette Valley region in Oregon, where many of Intel's manufacturing facilities are located.

In January 2002, Intel launched a new Pentium 4 with the codename Northwood, clocked at 1.6 GHz, 1.8 GHz, 2 GHz, and 2.2 GHz. Northwood increased the L2 cache size from 256 KB to 512 KB (increasing the transistor count from 42 million to 55 million) and transitioned to a 130nm manufacturing process. By manufacturing processors with smaller transistors, it became possible to increase clock speeds and reduce heat generation. In the same month, motherboards using the 845 chipset were released, providing DDR SDRAM support, which alleviated the high cost issues of Rambus RDRAM by offering double the bandwidth of PC133 SDRAM.
On April 2, 2002, the 2.4 GHz Pentium 4 was released, with bus speeds for the 2.26 GHz, 2.4 GHz, and 2.53 GHz models increased from 400 MT/s to 533 MT/s (133 MHz physical clock). In August, 2.66 GHz and 2.8 GHz models were released, and in November, a 3.06 GHz model was launched. With Northwood, the Pentium 4 entered its maturity phase. While the performance leadership competition continued (with AMD releasing faster versions of the Athlon XP), many observers agreed that the highest clocked Northwood-based Pentium 4 generally outperformed its competitors. Particularly in mid-2002, despite AMD transitioning to a 130nm production process, the initial "Thoroughbred A" revision Athlon XP CPUs did not clock high enough to overcome Northwood's advantages.
The 3.06 GHz Pentium 4 supported Hyper-Threading technology, which was first supported in the Xeon processors based on the Foster architecture. This introduced the concept of virtual processors (or virtual cores) in the x86 environment, allowing multiple threads to be executed simultaneously on the same physical processor. The goal was to maximize processor resource utilization by reordering two program instructions to execute simultaneously on one physical processor core. This initial 3.06 GHz 533FSB Pentium 4 Hyper-Threading processor, known as Pentium 4 HT, was released to the mass market by Gateway in November 2002.
On April 14, 2003, Intel officially launched the new Pentium 4 HT processor. This processor used an 800 MT/s FSB (200 MHz physical clock) and was clocked at 3 GHz, featuring Hyper-Threading technology. This was intended to enhance competition with AMD's Opteron processor line. At the same time, AMD released the Athlon XP 3200+, increasing the FSB speed from 333 MT/s to 400 MT/s, but this was not sufficient to counter the new 3 GHz Pentium 4 HT.
The 200 MHz quad-pumped bus (200 x 4 = 800 MHz effective) of the Pentium 4 HT significantly contributed to meeting the bandwidth requirements necessary for the NetBurst architecture to achieve optimal performance. In contrast, the Athlon XP architecture was less dependent on bandwidth, and the bandwidth figures achieved by Intel far exceeded the range of the Athlon's EV6 bus. Theoretically, EV6 could achieve the same bandwidth, but at the time, it was an unreachable speed. Intel's high bandwidth proved beneficial in streaming workload benchmarks, and Intel marketing effectively leveraged this as a substantial improvement over AMD's desktop processors. Northwood variants of 2.4 GHz, 2.6 GHz, and 2.8 GHz were released on May 21, 2003, with the last 3.4 GHz version arriving on February 2, 2004.
In the overclocking of early stepping Northwood cores, a surprising phenomenon occurred. Core voltages above 1.7 V could significantly increase overclocking headroom, but the processors gradually became unstable over time (within months or weeks), leading to a decrease in maximum stable clock speeds until they ultimately failed and became unusable. This phenomenon was attributed to electron migration and became known as "Sudden Northwood Death Syndrome" (SNDS).

On February 1, 2004, Intel introduced a new core called Prescott. This core was the first to use a 90nm process, and one analyst described it as "a major rework in the microarchitecture of the Pentium 4." However, despite this overhaul, performance improvements were inconsistent. Some programs benefited from Prescott's double cache and SSE3 instructions, while others suffered performance degradation due to the longer pipeline. Prescott's microarchitecture allowed for slightly higher clock speeds, but not as high as Intel had anticipated. The most mass-produced Prescott-based Pentium 4 was clocked at 3.8 GHz. Northwood ultimately achieved a 70% higher clock speed than Willamette, but Prescott only extended clock speeds about 12% higher than Northwood. The high power consumption and heat generation of Prescott were cited as the main reasons for its performance limitations, leading to the nickname "PresHot" in forums. In fact, Prescott's power and thermal characteristics were slightly higher than those of Northwood at the same speed and nearly identical to those of the Gallatin-based Extreme Edition, but this posed a significant problem as these processors were already operating near thermally acceptable limits.
With the launch of Prescott, the LGA 775 and BTX form factors were introduced, but these also faced criticism. Test results showed that certain Pentium 4s designed for LGA 775 consumed more power and generated more heat than the same chips in the Socket 478 package. The BTX form factor appeared to be designed to manage Prescott's heat output, which led to the issue of hot air from the CPU directly entering the heatsink/fan of the graphics card. These factors contributed to the perception of Prescott as an excessively hot chip.
The Prescott Pentium 4 contains 125 million transistors and has a die area of 112 mm². This processor is manufactured using a 90nm process and employs a 7-stage copper interconnect. This process includes strained silicon transistors and low-k carbon-doped silicon oxide (CDO), also known as organic silicon glass (OSG). Prescott was initially produced at the D1C development fab and later transitioned to the F11X production fab.
Intel initially launched two lines of Prescott for Socket 478. The E series supported an 800 MT/s FSB and Hyper-Threading, while the budget A series had a 533 MT/s FSB with Hyper-Threading disabled. LGA 775 Prescott CPUs used a labeling system with the 5xx series, where the LGA 775 version of the E series used 5x0 model numbers (520–560), and the A series used 5x5 and 5x9 (505–519) model numbers. The fastest models, 570J and 571, are clocked at 3.8 GHz. Intel canceled plans for mass production of a 4 GHz Pentium 4 and shifted to dual-core processors, but some European retailers claimed to sell a 4 GHz clocked Pentium 4 580.
The E series Prescott and budget 517 and 524 integrated Hyper-Threading to accelerate certain processes using multi-threaded software (e.g., video editing).
The Prescott microarchitecture was designed to support Intel 64, which is the x86-64 64-bit extension of the x86 architecture developed by AMD. However, early models were shipped with 64-bit functionality disabled. Intel stated that it had no intention of releasing 64-bit CPUs to retail channels, instead launching the F series with 64-bit functionality only to OEMs. However, later, the 5x1 series was made available to the general public. A budget Intel 64 supporting Prescott with a 533 MHz FSB speed was also released.
The E0 stepping of the Prescott series introduced XD bit functionality. This technology was introduced by AMD as NX (No eXecute) in the x86 architecture and helps prevent certain types of malware from executing by exploiting buffer overflows. Models supporting XD bits include the 5x0J and 5x1 series, as well as the budget 5x5J and 5x6.
The Prescott processor was the first to support SSE3, as were all Pentium D processors.

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すべてのペンティウム4 CPUは、ネットバーストマイクロアーキテクチャに基づいています。ペンティウム4ウィラメット（180nm）はSSE2を導入し、プレスコット（90nm）はSSE3およびその後の64ビット技術を導入しました。以降のバージョンでは、ハイパースレッディング技術（HTT）が追加されました。

 

64ビットを最初に実装したペンティウム4ブランドプロセッサはプレスコット（90nm、2004年2月）ですが、この機能は有効化されていませんでした。インテルは後に「E0」リビジョンのプレスコットを使用して64ビットペンティウム4をOEM市場に販売し、これはペンティウム4モデルFと呼ばれました。E0リビジョンは、インテル64にeXecute Disable（XD、インテルのNXビットの名前）を追加しました。インテル64（当時EM64Tとして知られていた）の公式発売は、一般デスクトッププロセッサでN0ステッピングプレスコット-2Mで行われました。

 

インテルは、ネットバーストマイクロアーキテクチャに基づく低価格のセレロンプロセッサ（しばしばセレロン4と呼ばれる）と、マルチソケットサーバーおよびワークステーション向けの高度な派生型であるゼオンプロセッサをマーケティングしました。2005年には、ペンティウムDとペンティウムエクストリームエディションというデュアルコアブランドがペンティウム4を補完しました。

 

2007年12月7日、インテルはペンティウム4プロセッサの注文を中止し、最後の出荷は2008年8月8日に行われました。

 

ネットバーストマイクロアーキテクチャの利点は、ベンチマーク評価では明確ではありませんでした。最初のペンティウム4は、慎重に最適化されたアプリケーションコードで当時最も速いペンティウムIII（1.13 GHz）を上回りました。しかし、多くの分岐やx87浮動小数点命令を使用するレガシーアプリケーションでは、ペンティウム4は以前のモデルと同様かそれより遅く実行されました。主な欠点は、共有の一方向バスでした。ネットバーストマイクロアーキテクチャは、以前のインテルまたはAMDマイクロアーキテクチャよりも多くの電力を消費し、より多くの熱を放出しました。

 

その結果、ペンティウム4の導入は賛否が分かれました。開発者は、ペンティウム4が新しいコード最適化ルールを要求したため不満を持ちました。たとえば、数学アプリケーションでは、ペンティウム4はAMDの低電力クロックを持つアスロン（最速モデルは1.2 GHzで動作）に簡単に遅れをとりました。ペンティウム4は、SSE2サポートで再コンパイルされたソフトウェアでのみ追いつくことができました。Infoworld誌のトム・ヤガーは、これを「キャッシュに完全に適合したプログラムのための最速CPU」と呼びました。コンピュータに詳しい消費者は、価格プレミアム、疑わしい利点、初期のRDRAM制限のためにペンティウム4 PCを避けました。

 

製品マーケティングの観点から、ペンティウム4はクロック周波数にのみ重点を置き、マーケターの夢となりました。これにより、ネットバーストマイクロアーキテクチャはペンティウム4の生涯を通じて、さまざまなコンピューティングウェブサイトや出版物で「マーチテクチャ」と呼ばれることになりました。また、「ネットバースト」という用語でも呼ばれ、これはプロセッサの性能に否定的な反応を示したレビュアーの間で人気を博しました。

 

CPU性能の2つの伝統的な指標は、サイクルあたりの命令（IPC）とクロックスピードです。IPCはベンチマークアプリケーションの命令の組み合わせに依存するため定量化が難しいのに対し、クロックスピードは単純な測定値で絶対的な数字を提供します。したがって、初心者の消費者は最も高いクロックスピードを持つプロセッサを最高の製品と見なすようになり、ペンティウム4は最速のクロックスピードを誇りました。AMDのプロセッサは低いクロックスピードを持っていたため、「メガヘルツ神話」キャンペーンでインテルのマーケティング優位性に反論しました。AMDは、基準機械に対するメリット値を付与する「PR評価」システムを使用しました。

 

ペンティウム4発売当時、インテルはネットバーストベースのプロセッサが複数の製造プロセス世代を経て10 GHzまで拡張されると予想していました。しかし、ネットバーストマイクロアーキテクチャを使用するプロセッサのクロックスピードは最大3.8 GHzに留まりました。インテルは、ダイが90nmリソグラフィーおよびそれより小さいサイズに達するにつれてトランジスタの電力漏れが急激に増加することを予想していませんでした。この予期しない電力漏れと標準的な熱放出は、クロックスピードが増加するにつれて冷却およびクロックスケーリングの問題を引き起こしました。これらの予期しない障害に対処するために、インテルは複数のコア再設計を試み（特にプレスコット）、さまざまな主要技術を探求しました。これには、マルチコアの使用、FSB速度の増加、キャッシュサイズの増加、より長い命令パイプライン、高いクロックスピードが含まれます。

 

コードキャッシュは、デコードされたマイクロ操作を含むトレースキャッシュに置き換えられ、命令デコーディングのボトルネックを排除し、RISC技術を使用できるようにしました。しかし、これにより、より多くのチップスペースと電力を消費する、コンパクトでないキャッシュが必要になりました。

 

これらの解決策は失敗し、2003年から2005年にかけてインテルは開発の方向性をネットバーストから冷却効率の高いペンティウムMマイクロアーキテクチャに転換しました。2006年1月5日、インテルはコアプロセッサを発売し、このプロセッサはエネルギー効率とサイクルあたりの性能により大きな重点を置いていました。ネットバーストから派生した最後の製品は2007年に発売され、その後すべての製品群はコアマイクロアーキテクチャに移行しました。

 

ボブ・ベントリー（Bob Bentley）は、第38回年次設計自動化会議でインテルを代表して「ペンティウム4プロセッサのマイクロアーキテクチャは、以前のすべてのIA-32マイクロプロセッサよりもかなり複雑であるため、設計の論理的正確性をタイムリーに検証することが本当に難しい課題でした」と述べました。彼は、テストと検証を手伝うために60人の最近卒業したチームを雇いました。

 

ペンティウム4プロセッサは、統合熱拡散器（IHS）を備えており、冷却ソリューションを取り付けたり取り外したりする際にダイが偶然に損傷するのを防ぎます。IHSが導入される前は、コアの損傷を心配するユーザーがCPUダイを直接使用することもありました。オーバークロッカーは、時折Socket 423およびSocket 478チップからIHSを取り外して、より直接的な熱伝達を可能にしました。Socket 478プレスコットプロセッサおよびSocket LGA 775（Socket T）インターフェースを使用するプロセッサの場合、IHSはダイに直接はんだ付けされているため、取り外しが難しいです。

 

ウィラメット（Willamette）は、ネットバーストマイクロアーキテクチャの最初の実装のプロジェクトコード名であり、設計プロセスで長い遅延を経験しました。このプロジェクトは1998年に始まり、当時インテルはペンティウムIIを永続的な製品ラインと見なしていました。当時、ウィラメットコアは約1 GHzで動作すると予想されていました。しかし、ペンティウムIIIはウィラメットがまだ完成していない状態で発売されました。P6とネットバーストマイクロアーキテクチャの根本的な違いにより、インテルはウィラメットをペンティウムIIIとしてマーケティングできず、代わりにペンティウム4として発売しました。

 

2000年11月20日、インテルは1.4 GHzおよび1.5 GHzでクロックされたウィラメットベースのペンティウム4を発売しました。ほとんどの業界専門家は、初期の発売が真に準備が整う前に導入された一時的な製品であると見なしました。専門家によれば、ペンティウム4は競合製品であるサンダーバードベースのAMDアスロンが古くなったペンティウムIIIよりも性能が優れている状態で発売されました。このペンティウム4は180nmプロセスを使用して生産され、最初はソケット423（ウィラメットを意味する「W」ソケット）を使用し、その後改訂版はソケット478（ノースウッドに対する「N」ソケット）に移行しました。これらの変種は、それぞれインテル製品コード80528および80531で識別されました。

 

テストベンチでウィラメットはアナリストにとってやや失望のあるパフォーマンスを示し、アスロンや最も高いクロックスピードのペンティウムIIIをすべてのテスト状況で上回ることができず、予算セグメントのAMDデュロンよりも遅れをとりました。初期価格は1.4 GHzモデルが644ドル、1.5 GHzモデルが819ドルで、OEM PC製造業者向けの価格でした。消費者市場の価格は小売業者によって異なりますが、ウィラメットは比較的速く、かつ高価なラムバスダイナミックRAM（RDRAM）要件のために販売がやや制限されました。ペンティウムIIIは依然としてインテルの最高販売プロセッサラインであり、アスロンはペンティウム4よりもわずかに売れました。インテルは各ボックス型ペンティウム4に2つのRDRAMモジュールをバンドルしましたが、これはペンティウム4の販売を促進せず、多くの人々にとって真の解決策とは見なされませんでした。

 

2001年1月には1.3 GHzモデルが追加されましたが、その後12ヶ月間にわたりインテルは徐々にAMDの性能優位を減少させていきました。2001年4月には1.7 GHzペンティウム4が発売され、これは古いペンティウムIIIよりも明らかに優れた性能を持つ最初のモデルでした。7月には1.6 GHzおよび1.8 GHzモデルが発売され、8月には1.9 GHzおよび2 GHzペンティウム4が発売されました。同じ月、インテルはRDRAMの代わりにはるかに安価なPC133 SDRAMをサポートする845チップセットを発売しました。SDRAMが安価に供給されるようになったことで、ペンティウム4の販売が大幅に増加しました。新しいチップセットのおかげで、ペンティウム4は急速にペンティウムIIIを置き換え、市場の主力プロセッサとしての地位を確立しました。

 

ウィラメットのコード名は、インテルの多くの製造施設が位置するオレゴン州のウィラメットバレー地域に由来しています。

 

2002年1月、インテルはノースウッド（Northwood）というコード名の新しいコアのペンティウム4を1.6 GHz、1.8 GHz、2 GHz、2.2 GHzの速度で発売しました。ノースウッドはL2キャッシュサイズを256 KBから512 KBに増加させ（トランジスタ数を4200万から5500万に増加）、130nm製造プロセスに移行しました。より小さなトランジスタでプロセッサを製造することで、クロックスピードを上げ、熱発生を減らすことができるようになりました。同じ月、845チップセットを使用するマザーボードが発売され、これはDDR SDRAMサポートを提供し、PC133 SDRAMの2倍の帯域幅を提供することで、ペンティウム4の最大性能のためのラムバスRDRAMの高コスト問題を緩和しました。

 

2002年4月2日、2.4 GHzペンティウム4が発売され、2.26 GHz、2.4 GHz、2.53 GHzモデルのバス速度が400 MT/sから533 MT/s（133 MHz物理クロック）に増加しました。8月には2.66 GHzおよび2.8 GHzモデルが、11月には3.06 GHzモデルが発売されました。ノースウッドとともに、ペンティウム4は成熟期に入りました。性能リーダーシップ競争は続きましたが（AMDがアスロンXPのより速いバージョンを発売する中で）、多くの観察者は最も高いクロックスピードを持つノースウッドベースのペンティウム4が通常の競争相手を上回ると同意しました。特に2002年中盤には、AMDが130nm生産プロセスに移行したにもかかわらず、初期の「サラブレッドA」改訂版アスロンXP CPUはノースウッドの利点を克服するにはクロックスピードが十分ではありませんでした。

 

3.06 GHzペンティウム4はハイパースレッディング技術をサポートしており、これは最初にフォスター基盤のゼオンプロセッサでサポートされました。これはx86環境で仮想プロセッサ（または仮想コア）の概念を導入し、同じ物理プロセッサで複数のスレッドを同時に実行できるようにしました。2つのプログラム命令を1つの物理プロセッサコアで同時に実行するように再配置することで、プロセッサリソースを最大限に活用することを目指しました。この初期の3.06 GHz 533FSBペンティウム4ハイパースレッディングプロセッサは、ペンティウム4 HTとして知られ、2002年11月にゲートウェイによって大衆市場に発売されました。

 

2003年4月14日、インテルは新しいペンティウム4 HTプロセッサを公式に発売しました。このプロセッサは800 MT/s FSB（200 MHz物理クロック）を使用し、3 GHzでクロックされ、ハイパースレッディング技術を搭載していました。これはAMDのオプテロンプロセッサラインとの競争をさらに円滑にするためのものでした。同時に、AMDはアスロンXP 3200+を発売し、FSB速度を333 MT/sから400 MT/sに増加させましたが、これは新しい3 GHzペンティウム4 HTを阻止するには十分ではありませんでした。

 

ペンティウム4 HTの200 MHzクワッドポンプバス（200 x 4 = 800 MHz有効）は、ネットバーストアーキテクチャが最適性能を達成するために必要な帯域幅要件を満たすのに大いに貢献しました。一方、アスロンXPアーキテクチャは帯域幅にあまり依存せず、インテルが達成した帯域幅数値はアスロンのEV6バス範囲をはるかに超えていました。理論的にはEV6も同じ帯域幅を達成できましたが、当時は到達できない速度でした。インテルの高帯域幅はストリーミング作業のベンチマークで有用に機能し、インテルのマーケティングはこれをAMDのデスクトッププロセッサに対する実質的な改善としてうまく活用しました。ノースウッドの2.4 GHz、2.6 GHz、2.8 GHzの変種は2003年5月21日に発売され、3.2 GHzの変種は2003年6月23日に発売され、最後の3.4 GHzバージョンは2004年2月2日に到着しました。

 

初期のステッピングノースウッドコアのオーバークロッキングでは驚くべき現象が見られました。1.7 V以上のコア電圧はオーバークロッキングの余裕を大幅に増加させることができましたが、プロセッサは時間が経つにつれて（数ヶ月または数週間内に）徐々に不安定になり、最大安定クロックスピードが減少し、最終的には故障して使用できなくなりました。この現象は電子移動によるもので、「突然のノースウッド死亡症候群（SNDS）」として知られるようになりました。

 

2004年2月1日、インテルはプレスコット（Prescott）という新しいコアを紹介しました。このコアは90nmプロセスを初めて使用し、あるアナリストはこれを「ペンティウム4のマイクロアーキテクチャにおける主要な再作業」と説明しました。しかし、この全面的な改訂にもかかわらず、性能向上は一貫していませんでした。一部のプログラムはプレスコットの2倍のキャッシュとSSE3命令の恩恵を受けましたが、他のプログラムはより長いパイプラインのために性能が低下しました。プレスコットのマイクロアーキテクチャは、わずかに高いクロックスピードを許可しましたが、インテルが予想したほど高くはありませんでした。最も大量生産されたプレスコットベースのペンティウム4は3.8 GHzでクロックされました。ノースウッドは最終的にウィラメットよりも70%高いクロックスピードを達成しましたが、プレスコットはノースウッドよりも約12%高いクロックスピードにしか拡張されませんでした。プレスコットの高い電力消費と熱発生は、その性能制限の主な原因として指摘され、フォーラムでは「プレスホット（PresHot）」というニックネームが付けられました。実際、プレスコットの電力と熱特性は、同じ速度のノースウッドよりもわずかに高く、ギャラチンベースのエクストリームエディションとほぼ同じでしたが、これらのプロセッサはすでに熱的に許容可能な限界近くで動作していたため、大きな問題となりました。

 

プレスコットの発売とともにLGA 775およびBTXフォームファクターが導入されましたが、これらも批判を受けました。テスト結果によれば、LGA 775に合わせて製造された特定のペンティウム4は、ソケット478パッケージの同じチップよりも多くの電力を消費し、より多くの熱を発生させました。BTXフォームファクターはプレスコットの熱出力を管理するために設計されたように見え、これによりCPUの熱い空気がグラフィックカードのヒートシンク/ファンに直接流入する問題を引き起こしました。これらの点は、プレスコットを過度に熱を発生させるチップとして認識させる要因となりました。

 

プレスコットペンティウム4は1億2500万個のトランジスタを含み、ダイ面積は112 mm²です。このプロセッサは90nmプロセスで製造され、7段階の銅相互接続を使用します。このプロセスには、変形シリコントランジスタと低κ炭素ドープシリコン酸化物（CDO）が含まれており、これは有機シリコンガラス（OSG）としても知られています。プレスコットは最初にD1C開発ファブで製造され、その後F11X生産ファブに移行しました。

 

インテルは最初にソケット478用の2つのプレスコットラインを発売しました。Eシリーズは800 MT/s FSBとハイパースレッディングをサポートし、低価格のAシリーズは533 MT/s FSBとハイパースレッディングが無効化されていました。LGA 775プレスコットCPUは5xxシリーズというラベリングシステムを使用し、LGA 775バージョンのEシリーズは5x0モデル番号（520–560）を使用し、Aシリーズは5x5および5x9（505–519）モデル番号を使用します。最も速いモデルである570Jと571は3.8 GHzでクロックされます。インテルは4 GHzペンティウム4の大量生産計画をキャンセルし、デュアルコアプロセッサに移行しましたが、一部のヨーロッパの小売業者は4 GHzでクロックされたペンティウム4 580を販売していると主張しました。

 

Eシリーズプレスコットと低価格の517および524は、マルチスレッドソフトウェア（例：ビデオ編集）を使用する一部のプロセスを加速するためにハイパースレッディングを統合しています。

 

プレスコットマイクロアーキテクチャは、インテル64をサポートするように設計されており、これはAMDが開発したx86アーキテクチャに対するx86-64 64ビット拡張版です。しかし、初期モデルは64ビット機能が無効化された状態で出荷されました。インテルは64ビットCPUを小売チャネルに発売する意図がないと明らかにし、代わりに64ビット機能を持つFシリーズをOEMにのみ発売しました。しかし、その後5x1シリーズが一般向けにも提供されました。533 MHz FSB速度を持つ低価格のインテル64サポートプレスコットも発売されました。

 

プレスコットシリーズのE0ステッピングはXDビット機能を導入しました。この技術は、AMDによってx86アーキテクチャにNX（No eXecute）として導入され、特定のタイプの悪意のあるコードがバッファオーバーフローを利用して実行されるのを防ぐのに役立ちます。XDビットをサポートするモデルには、5x0Jおよび5x1シリーズ、ならびに低価格の5x5Jおよび5x6が含まれます。

 

プレスコットプロセッサはSSE3をサポートする最初のプロセッサであり、すべてのペンティウムDプロセッサも同様です。