Intel Pentium III Coppermine CPU Test

De vernieuwingen aan de Coppermine CPU

Voordat ik de nieuwe zaken van de Coppermine zal bespreken lijkt het mij verstandig om eerst een groot misverstand uit de wereld te helpen. Hoewel de naam het doet vermoeden maakt de Coppermine CPU nog geen gebruik van het nieuwe koperverbindingen systeem. Alle interne verbindingen binnen de CPU zijn bij de Coppermine nog steeds met Aluminium uitgevoerd. Wanneer we van Intel de eerste koperen chips kunnen verwachten is nog steeds onduidelijk.

In onderstaande afbeelding valt de Coppermine CPU zonder plastic omhulsel te zien. Door deze foto zullen meteen een aantal belangrijke veranderingen duidelijk worden.

Wat natuurlijk meteen opvalt is dat op de PCB van de Coppermine nog maar één chip aanwezig is: de CPU zelf. Wat we missen zijn de externe L2-cache chips, zoals die bij de Pentium II en de oorspronkelijke Pentium III wel aanwezig zijn op de PCB. Dit is meteen het grootste verschil tussen de oorspronkelijke Pentium III en de nieuwe Coppermine. Bij de Coppermine zit de cache (net als bij de Celeron CPU's) on-die, dus op de chip zelf geïntegreerd. Bij de Coppermine is nog maar gebruik gemaakt van 256 kb L2-cache (t.o.v. de 512 kb van de oorspronkelijke Pentium III) maar de cache werkt wel op volledige processor-snelheid (t.o.v. halve processor-snelheid bij de oorspronkelijke Pentium III). Onderstaande tabel zal het cache-beleid van Intel wat verduidelijken:

Hoewel de nieuwe Coppermine dus maar half zoveel cache heeft als de oorspronkelijke Pentium III, maakt de verdubbeling van snelheid dit meer dan goed. Zoals we weten is een Celeron (met 128 kb full-speed cache) op gelijke kloksnelheid al ongeveer net zo snel als een oorspronkelijk Pentium III (met 512 kb half-speed cache). De combinatie 256 kb / full-speed zal dan absoluut een stuk sneller zijn dan 512 kb / half-speed.

Om de integratie van de cache mogelijk te maken is de nieuwe Coppermine CPU gefabriceerd met het nieuwe 0.18 micron procédé, wat de afmetingen van de chip drastisch reduceert. De oorspronkelijke Pentium III is gefabriceerd met het 0.25 micron procédé. De overstap naar 0.18 micron maakt niet alleen de integratie van het L2 cachegeheugen mogelijk, maar zorgt er ook voor dat de chip stukken minder warmte produceert. Voor de oorspronkelijk 0.25 micron Pentium III core was 600 MHz eigenlijk al te hoog gegrepen. De nieuwe 0.18 micron Coppermine core wordt nu in het begin echter al zonder problemen op 733 MHz geïntroduceerd en nog snellere modellen zullen in de toekomst volgen. Een derde voordeel is dat de 0.18 micron core veel minder vermogen vraagt. Niet alleen resulteert dit in een lagere voedingsspanning voor de Coppermine CPU (1,6 Volt t.o.v. 2,0 Volt) maar ook maakt dit energiezuinige Pentium III processoren voor notebooks mogelijk. 

Door het 0.18 micron procédé is de eigenlijke chip kleiner dan ooit. Onderstaande foto toont de wafer waarop de nieuwe Coppermine CPU's "gebakken" worden. Dit schijfje van ca. 10 cm diameter herbergt ca. 250 Coppermine CPU's.

Aan de eigenlijke processorarchitectuur heeft Intel bij de Coppermine, op enkele kleine uitzonderingen na, eigenlijk niets verandert. De tweede veranderingen aan de Pentium III architectuur omschrijft Intel met "Advanced Transfer Cache" en "Advanced System Buffering". 

Onder "Advanced Transfer Cache" vallen enkele verdere verbeteringen aan het L2-cache geheugen, buiten de overgang naar cache geheugen op volledige processor-snelheid. Een twee verbetering is namelijk dat de L2-cache bij de Coppermine verbonden is met de rest van de CPU d.m.v. een 256-bit databus. Bij de oorspronkelijk Katmai core is deze data-bus slechts 64-bit breed. Dit resulteert is een bandbreedte van ca. 11,2 GB/s tussen de L2-cache en de CPU. Met een eenvoudige berekening valt te beredeneren dat de bandbreedte van de cache van de oorspronkelijke Pentium III slechts 1,4 GB/s bedraagt (namelijk (11,2 / 4) / 2 = 1,4). Een verdere verbetering aan het L2-cache geheugen is dat de toegangstijd van het L2-cache geheugen ook een factor 4 verlaagd is. 

"Advanced System Buffering" houdt in dat Intel op verschillende plaatsen binnen de CPU-core het aantal buffers heeft vergroot. Zo zijn er nu 6 fill buffers t.o.v. 4 bij de oorspronkelijke Pentium III, 8 bus queue entries t.o.v. 4 bij de oorspronkelijke Pentium III en 4 write-back buffers t.o.v. 1 bij de oorspronkelijke Pentium III. Dit alles zorgt ervoor dat verschillende latency-tijden binnen de CPU verlagen en dat de CPU veel beter gebruik kan maken van de 133 MHz bus.

In onderstaande afbeelding zie je een sterk uitvergrootte foto van de die van de Coppermine CPU. Deze is iets meer dan een centimeter breed en bestaat uit 6 lagen. In totaal heeft de Coppermine 28,1 miljoen transistoren. Uit de afbeelding wordt wel duidelijk dat het grootste gedeelte van deze 28,1 miljoen transistoren wordt opgeofferd aan de L2-cache.