"Die Marke Centrino bezeichnet eine neue Generation mobiler PCs, die verändern werden, wie und wo Menschen mit dem Computer arbeiten", kommentierte Pam Pollace, Intel Vice President und Director der Corporate Marketing Group, die neue Marke im April 2003. Das Logo für die Centrino-Mobiltechnologie soll Leichtigkeit, Mobilität und Vorwärtsdrang signalisieren.
Ein Jahr nach der Markteinführung erneuert Intel mit dem Pentium-M "Dothan" den Kern der Centrino-Plattform. Der Mobile-Prozessor basiert auf dem bisherigen Pentium-M "Banias", weist aber zahlreiche Neuerungen auf. Entscheidendes Merkmal neben höheren Taktfrequenzen und größerem Cache ist der 90-nm-Fertigungsprozess. Trotz mehr Performance benötigt der Dothan weniger Energie. Mit dem neuen Pentium-M feiert zudem Intels Prozessor-Nummern-System Premiere.
In diesem Artikel finden Sie alle Details zum Pentium-M. Zusätzlich stellen wir Ihnen die Chip-Sätze sowie die Wireless-LAN-Lösung von Intels Centrino-Plattform vor. Auch hier hat Intel inzwischen zahlreiche Verbesserungen einfließen lassen. Einen ausführlichen Test des Pentium-M "Banias" und Pentium-M "Dothan" können Sie ebenfalls bei tecCHANNEL nachlesen. Außerdem haben wir für Sie 15-Zoll-Business-Notebooks mit Centrino-Technologie getestet.
Details zum Core
Intel geht bei der Fertigung des Dothan von 130 auf 90 nm Strukturbreite über. Dabei setzt der Hersteller Strained Silicon ein. Eine vergrabene Silizium-Germanium-Schicht streckt das Kristallgitter der darüber liegenden aktiven Siliziumschicht. Durch die unnatürliche Gitterkonstante steigt die Beweglichkeit der Ladungsträger, sodass der Transistor schneller schaltet.
Die Transistoranzahl des Dothan stieg von 77 auf 140 Millionen gegenüber dem Banias. Durch die kleineren Strukturen benötigt das Die mit 83,6 mm² trotzdem nur eine geringfügig größere Fläche. Der Pentium-M "Banias" breitet seine Transistoren auf 82,8 mm² aus. Die hohe Transistoranzahl kommt beim Dothan durch seine L2-Cache-Verdopplung auf 2 MByte zustande. Die Organisation des L2-Cache ist dabei vier- statt achtfach assoziativ ausgelegt wie beim Banias. In der ersten Cache-Stufe stehen dem Dothan weiterhin jeweils 32 KByte für Daten und Befehle zur Verfügung. Die einzelnen Cache-Speicherzellen bestehen aus nur vier Transistoren.
Intel hat die Pentium-M-Mikroarchitektur mit dem SSE2-Befehlssatz des Pentium 4 ausgestattet. Von der SSE3-Erweiterung des Pentium 4 "Prescott" sieht Intel beim Dothan noch ab. Eine weitere Gemeinsamkeit mit - älteren - Pentium-4-CPUs ist der mit 400 MHz getaktete Prozessorbus (quad pumped). Damit erlaubt der FSB des Pentium-M eine Bandbreite von 2,98 GByte/s.
Cache | Pentium-M "Banias" | Pentium-M "Dothan" | Pentium III | Pentium 4 | Efficeon |
|---|---|---|---|---|---|
| |||||
L1 Befehle | 32 KByte | 32 KByte | 16 KByte | 12K-µOps | 128 KByte |
L1 Daten | 32 KByte WB | 32 KByte WB | 16 KByte WB | 8 KByte WT | 64 KByte |
L2 Größe | 1024 KByte | 2048 KByte | 512 KByte | 512 KByte | 512/1024 KByte |
L2 Organisation | 8fach assoziativ | 4fach assoziativ | 4/8fach assoziativ | 8fach assoziativ | 4fach assoziativ |
L2 Cache-Line | 64 Byte | 64 Byte | 32 Byte | 64 Byte | 128 Byte |
MicroOps Fusion
Intel vereinfacht beim Pentium-M die komplizierte Verwaltung der MicroOps in den Schedulern durch die MicroOps-Fusion. Die neue MicroOps-Fusion-Technologie analysiert die Instruktionen des Programmablaufs. Wenn sich mehrere Operationen zusammenfassen lassen, werden sie zu einem Befehl verschmolzen. Erst für die Bearbeitung in den parallelen Ausführungseinheiten werden die gebündelten Befehle wieder in die einzelnen MicroOps aufgetrennt.
Die Effizienz der Befehlsabarbeitung erhöht sich durch dieses Verfahren, weil der Scheduler weniger Einträge verwalten muss. Diese "Befehlsreduzierung" vor den Ausführungseinheiten steigert aber nicht nur die Performance, sondern reduziert gleichzeitig den Energiebedarf der Scheduler-Einheit. Durch die MicroOps-Fusion-Technologie muss der Pentium-M zehn Prozent weniger MicroOps in den Ausführungseinheiten berechnen. Diese Performance-Angabe basiert auf Simulationen, die Intel während des Architektur-Designs durchgeführt hat.
Um die Zahl der MicroOps weiter zu verringern, hat Intel der Pentium-M-Architektur einen dedizierten Ablaufmanager spendiert. Programm-Overhead wie die Stack-Befehle push, pop, call und ret führt der Pentium-M in einer dedizierten Hardware durch. Der Prozessor kann das eigentliche Programm in den Ausführungseinheiten damit ohne Unterbrechung abarbeiten. Die Zahl der MicroOps verringert sich durch den Stack Manager laut Intel um fünf Prozent, was für eine Performance-Steigerung sorgen soll.
Stromsparen durch bessere Vorhersagen
Die Ausführungseinheiten aktueller Prozessoren sind über ein Viertel ihrer Zeit mit Befehlswiederholungen durch falsche Sprungvorhersagen beschäftigt. Dies kostet aber nicht nur Performance, gleichzeitig steigt durch die Befehlswiederholung der Stromverbrauch. Deshalb hat Intel beim Pentium-M viel Wert auf optimierte Sprungvorhersagen gelegt.
Die "Advanced Branch Prediction" des Pentium-M analysiert die vergangene Programmausführung und sagt darauf basierend voraus, welche Operationen wahrscheinlich als Nächstes ausgeführt und welche Daten benötigt werden. Intel hat bei der Pentium-M-Architektur drei verschiedene Logiken zur Sprungvorhersage kombiniert: bimodal, local und global. Damit soll der Pentium-M falsche Sprungvorhersagen um über 20 Prozent reduzieren. Die Performance des Prozessors steige durch die Advanced Branch Prediction um fünf Prozent. Gleichzeitig soll der Pentium-M durch diese Optimierung zirka zwei Prozent weniger Strom verbrauchen.
Beim Pentium-M mit Dothan-Core verbesserte Intel mit dem Enhanced Data Prefetcher die Vorhersage, welche Daten die CPU im L2-Cache demnächst benötigt, weiter. Zusätzlich sorgt beim Dothan das Enhanced Register Data Retrievel für ein effizienteres Register-Management bei unterschiedlich langen Schreib-/Lese-Vorgängen.
Aggressives Clock-Gating
Um Energie zu sparen, kann die Pentium-M-CPU inaktive Bereiche komplett abschalten, wenn diese zur Befehlsabarbeitung kurzfristig nicht benötigt werden. Das Ein- und Ausschalten der einzelnen Blöcke erledigt der Prozessor dabei innerhalb eines Taktzyklus.
Beim L2-Cache hat Intel die Cache-Pfade in vier Quadranten aufgeteilt. Über einen so genannten Quadrant Selector kann der Pentium-M jeden der insgesamt 32 (Banias) beziehungsweise 64 (Dothan) Blöcke gezielt selektieren. Cache-Bereiche, die momentan nicht benötigt werden, lassen sich in einen Stromsparmodus schalten. Eine dedizierte Logik überprüft und analysiert beim Pentium-M die Cache-Zugriffe und kann die inaktiven Bereiche lokalisieren.
Beim Pentium-M lässt Intel auch den Prozessorbus nicht außen vor und optimiert ihn auf niedrigen Stromverbrauch. Deshalb werden nur die Stellen des Busses mit Strom versorgt, die diesen auch aktuell benötigen. Gerade die Buffer-Schaltungen besitzen eine hohe Leistungsaufnahme. Diese Schaltkreise konvertieren die Busspannungen in die vom Chip benötigten Spannungswerte. Die Pentium-M-Architektur versorgt die Buffer dynamisch nur bei Bedarf und nicht ständig.
Enhanced SpeedStep
Intel führt mit dem Pentium-M die dritte Version der Stromspartechnologie SpeedStep ein. Die ersten beiden SpeedStep-Varianten kennen nur zwei Prozessorzustände, zwischen denen sie die Taktfrequenz und Core-Spannung wechseln können. SpeedStep II (offiziell Enhanced SpeedStep) des Pentium III-M und Pentium 4-M kann die miteinander gekoppelte Taktfrequenz und Core-Spannung auch dynamisch an die Prozessorauslastung anpassen.
Beim Pentium-M kann das neue SpeedStep III (Codename) die Taktfrequenz und Spannung nun in mehreren Schritten variieren. Transmetas LongRun-Technologie und AMDs PowerNow! verwenden dieses Verfahren schon lange. Intel hat beim Pentium-M Abstufungen von 200 MHz gewählt. Die minimale Taktfrequenz der Pentium-M-Prozessoren beträgt jeweils 600 MHz. Ein Pentium-M mit 1,8 GHz Taktfrequenz kann somit dynamisch mit 600, 800, 1000, 1200, 1400, 1600 und 1800 MHz Taktfrequenz arbeiten. Die Core-Spannung variiert beim Dothan mit der Taktfrequenz gekoppelt zwischen 0,988 und maximal 1,34 V. Der Pentium-M mit Banias-Core benötigt bei voller Taktfrequenz eine Core-Spannung von 1,484 V.
Intel hat beim Pentium-M zudem die I/O-Voltage von der Core-Spannung über die IMVP-Technik der vierten Generation komplett entkoppelt. Dies erlaubt eine gezieltere Regulierung der Spannungs-Level. IMVP packt Intelligenz in die Stromversorgung und nutzt den zulässigen Spannungsbereich eines Prozessors zur Reduktion der Leistungsaufnahme aus.
Pentium-M-Versionen
Intel bietet den Pentium-M "Dothan" zum Start als Modell 735, 745 und 755 an. Die Prozessoren arbeiten mit Taktfrequenzen von 1,7, 1,8 und 2,0 GHz. Details zu Intels Prozessor-Nummern-System finden Sie auf der nächsten Seite.
Den TDP-Wert der neuen Pentium-M-Modelle mit Dothan-Core spezifiziert der Hersteller einheitlich auf 21 Watt. Damit benötigt der Dothan trotz höherer Taktfrequenz und Transistorzahl weniger Energie als der Vorgänger. Für den Pentium-M 1,50, 1,60 und 1,70 GHz mit Banias-Core gibt Intel einen TDP-Wert von 24,5 Watt an. Im SpeedStep-Modus mit 600 MHz spezifiziert Intel den Dothan mit 7,5 Watt. Der Banias-Core begnügt sich dagegen mit 6 Watt. Die Begründung liegt in der etwas höher angesetzten Core-Spannung von 0,988 V beim Dothan. Den Banias betreibt Intel mit 0,956 V.
CPU | Core | TDP |
|---|---|---|
| ||
Pentium-M 755 | Dothan | 21 Watt |
Pentium-M 745 | Dothan | 21 Watt |
Pentium-M 735 | Dothan | 21 Watt |
Pentium-M 1,70 GHz | Banias | 24,5 Watt |
Pentium-M 1,60 GHz | Banias | 24,5 Watt |
Pentium-M 1,50 GHz | Banias | 24,5 Watt |
Pentium-M 1,40 GHz | Banias | 22 Watt |
Pentium-M 1,30 GHz | Banias | 22 Watt |
LV Pentium-M 1,30 GHz | Banias | 12 Watt |
LV Pentium-M 1,20 GHz | Banias | 12 Watt |
ULV Pentium-M 1,10 GHz | Banias | 7 Watt |
ULV Pentium-M 1,00 GHz | Banias | 7 Watt |
ULV Pentium-M 900 MHz | Banias | 7 Watt |
Der Low-Voltage-Pentium-M sowie die Ultra-Low-Voltage-Versionen arbeiten weiterhin mit dem Banias-Core. Der TDP-Wert liegt bei den LV-Varianten bei 12 respektive 7 Watt bei den ULV-Pentium-M-CPUs. Im Durchschnitt soll der Leistungsbedarf der LV- und ULV-Pentium-M-Prozessoren bei einem halben Watt liegen. Die normalen Pentium-M genehmigen sich durchschnittlich ein knappes Watt.
Der Dothan-Core hält im Low-Voltage-Bereich laut unseren Roadmaps erst im dritten Quartal 2004 mit 1,40 GHz Taktfrequenz Einzug. Den ersten ULV Pentium-M mit Dothan-Core gibt es im gleichen Zeitraum mit 1,10 GHz.
Prozessor-Nummer
Intel führt mit dem Pentium-M "Dothan" sowie alle folgenden neuen CPUs eine Prozessor-Nummer ein. Die Prozessor-Nummer soll innerhalb einer CPU-Serie vorrangig die Wertigkeit einer CPU ausdrücken. Die einzelnen Produktnamen wie "Pentium M", "Celeron" und "Pentium 4" bleiben erhalten. Bei der Prozessor-Nummer handelt es sich um kein Performance-Rating.
Nötig wird dieses System, da die einzelnen Produktfamilien immer mehr diversifizieren. So gibt es den Pentium-M mit Banias- und Dothan-Core, bei 1,7 GHz sogar mit gleicher Taktfrequenz. Noch verwirrender ist die Vielzahl von Pentium-4-Versionen: Bei einer einzigen Taktfrequenz ist die CPU mit verschiedenen FSB-Frequenzen, Cache-Größen und SSE-Erweiterungen erhältlich. Bisher unterscheiden sich die CPUs im Namen nur durch einen Buchstaben, beispielsweise Pentium 4 2,80A, 2,80C oder 2,80E GHz. Welcher Prozessor hier der bessere oder aktuellere ist, bleibt ohne Studium der Spezifikation unerschlossen. Zukünftig kommen noch weitere Features wie etwa multiples HyperThreading, CPU-Virtualisierung und der LaGrande-Support für Trusted Computing hinzu. Die Prozessor-Nummern sollen dann dieses Feature-Set ausdrücken.
Von Intel offiziell bestätigt sind nur die Pentium-M-Nummern. Die veröffentlichten Prozessor-Nummern des Celeron und Pentium 4 stammen von
CPU | Taktfrequenz | Core |
|---|---|---|
| ||
Pentium-M 755 | 2,00 GHz | Dothan 2 MByte L2-Cache |
Pentium-M 745 | 1,80 GHz | Dothan 2 MByte L2-Cache |
Pentium-M 735 | 1,70 GHz | Dothan 2 MByte L2-Cache |
Celeron D 325 | 2,53 GHz | Prescott 256 KByte L2-Cache |
Celeron D 330 | 2,66 GHz | Prescott 256 KByte L2-Cache |
Celeron D 335 | 2,80 GHz | Prescott 256 KByte L2-Cache |
Celeron D 340 | 2,93 GHz | Prescott 256 KByte L2-Cache |
Pentium 4 520 | 2,80 GHz | Prescott 1 MByte L2-Cache |
Pentium 4 530 | 3,00 GHz | Prescott 1 MByte L2-Cache |
Pentium 4 540 | 3,20 GHz | Prescott 1 MByte L2-Cache |
Pentium 4 550 | 3,40 GHz | Prescott 1 MByte L2-Cache |
Pentium 4 560 | 3,60 GHz | Prescott 1 MByte L2-Cache |
Pentium 4 570 | 3,80 GHz | Prescott 1 MByte L2-Cache |
PC Watch Japan.
Intel führt bei den Prozessor-Nummern die Serien 300, 500 und 700 ein. Im Mobile-Segment bekommt der Celeron M die Prozessor-Nummer 300, der Mobile Pentium 4 (Prescott-Core) 500er Nummern und der Pentium-M die Nummer 700. Die erste Ziffer von Intels Prozessornummer bezeichnet damit die CPU-Serie. Die folgende zweistellige Zahl ist ein Indikator für die Features. Zu Beginn zählen hierzu: Taktfrequenz, FSB, Cache und Mikroarchitektur. Beispielsweise besitzt der Pentium-M mit Dothan-Core und 1,8 GHz Taktfrequenz den Namen "Pentium-M 745".
So erhalten im Desktop-Segment die Value-CPUs der Celeron-Reihe die Prozessor-Nummern 300, die Mainstream-Varianten des Pentium 4 500er Nummern und die Pentium 4 Extreme Editions die Nummer 700.
Innerhalb des Mobile- sowie Desktop-Segments lassen sich zwischen den Prozessor-Nummern der CPU-Serien keine Bezüge herstellen. Christian Anderka, Pressesprecher von Intel, betont, dass dabei die 700er Prozessor-Nummer des Pentium-M nicht mit der des Pentium 4 Extreme Edition verglichen werden kann. Eine gleiche Prozessor-Nummer bedeutet hier nicht die identische Performance und Features. Die 700er Prozessor-Nummer steht laut Intel für die jeweils beste Technologie im Mobile- sowie Desktop-Segment. Beispielsweise verfügt ein Celeron 335 damit nicht über das "halbe Feature-Set" wie ein Pentium 4 570. Auch ist der Pentium 4 570 nicht doppelt so schnell wie der Celeron 335, nur weil in der Prozessor-Nummer "70" statt "35" steht.
Mit den Prozessor-Nummern lehnt sich Intel an an bei Konsumgütern wie Digitalkameras übliche Standards: Höhere Zahlen bedeuten mehr Funktionen (und höhere Preise), nicht aber zwingend mehr Leistung. Auch will man so etwaigen Diskussionen aus dem Weg gehen, durch eine nicht objektive Wahl von Benchmarks ein falsches Performance-Rating zu nutzen.
Pentium-M-Chip-Sätze
Intel bietet für den Pentium-M mit Banias- und Dothan-Core drei Chip-Satz-Varianten an: den 855PM-Chip-Satz ohne sowie den 855GM und den 855GME mit integrierter Grafik-Engine.
Die Pentium-M-Chip-Sätze unterstützen über zwei SO-DIMM-Slots bis zu 2 GByte DDR-SDRAM. Der 855PM und der 855GM unterstützen DDR200 und DDR266. Seit September 2003 kann der 855PM mit dem B1-Stepping zusätzlich DDR333-SDRAM ansteuern. Seit diesem Zeitpunkt gibt es auch den 855GME mit DDR333-SDRAM-Support. Über eine ECC-Prüfung verfügen alle Chip-Sätze. Der FSB zum Prozessor arbeitet mit einer Taktfrequenz von 400 MHz. Externe Grafikchips steuert der 855PM über eine AGP-4x-Schnittstelle an. Beim 855GM/855GME übernimmt Intels Extreme Graphics 2 die Bildschirmausgabe. Der Grafik-Core arbeitet beim 855GM mit einer Taktfrequenz von 200 MHz beziehungsweise 250 MHz beim 855GME.
Mit der Dual-Frequency Graphics Technology des 855GME kann jetzt neben der CPU auch die Grafik-Engine im Akku-Betrieb automatisch die Taktfrequenz senken und so Strom sparen. Dieses Feature ist vom Anwender einstellbar. Beim 855GME soll die Display Power Saving Technology zusätzlich für längere Akku-Laufzeiten sorgen. Die Technologie regelt abhängig vom aktuellen Bildschirminhalt die Helligkeit und den Kontrast des Displays dynamisch nach und versucht, die Hintergrundbeleuchtung dabei möglichst weit abzudunkeln.
Für die Schnittstellen zeichnet beim 855PM/GM/GME der ICH4-M verantwortlich. Der I/O-Hub bietet sechs USB-1.1/2.0-Ports und Ultra-ATA/100-Unterstützung. Support für Audio-, Modem- und 10/100-Ethernet-Funktionalität ist im ICH4-M ebenfalls integriert. Die Wireless-LAN-Anbindung erfolgt über eine Mini-PCI-Card von Intel. Darauf befindet sich der unter dem Codenamen Calexico bekannte Chip.
Centrino-Plattform Wireless
Nahtlose und drahtlose Vernetzung will Intel mit den Centrino-Notebooks bieten. Für die drahtlose Netzwerkfähigkeit zeichnet bei der Centrino-Plattform eine Mini-PCI-Card von Intel verantwortlich. Der Funkbaustein mit Codenamen Calexico liefert Wireless LAN nach dem 802.11b-Standard. Seit Oktober 2003 hat Intel zusätzlich eine 802.11a/b-Lösung mit 54 Mbit Bandbreite im Angebot. Intel hat den Calexico-Chip speziell für die Zusammenarbeit mit dem Pentium-M sowie den 855PM/GM/GME-Chip-Sätzen optimiert und verifiziert.
Seit Mitte Januar 2004 offeriert Intel mit dem Dualband-Chips PRO/Wireless 2200BG eine 802.11b/g-Variante. Eine Triple-Band-Lösung 802.11a/b/g steht für die zweite Jahreshälfte 2004 auf der Roadmap. Ausführliche Informationen über die Features der einzelnen WLAN-Standards finden Sie hier bei tecCHANNEL.
Für die drahtlose Kommunikation sorgt auch die Bluetooth-Kompatibilität der Centrino-Plattform. Die Intel PROSet-LAN-Software soll sicherstellen, dass der Übergang von WLAN zu Bluetooth nahtlos und unsichtbar für den Benutzer passiert. Ein passiver Netzwerkscan sucht dabei stets nach möglichen Verbindungen. Die Bluetooth-Funktion ist im Centrino-Package allerdings nicht integriert. Unterbrechungsfreies Arbeiten garantiert Intel mit der PROSet-LAN-Software auch beim Wechsel ins Festnetz.
Fazit
Centrino-Notebooks sollen den Idealvorstellungen mobil arbeitender Menschen entsprechen: Akku-Laufzeiten von acht Stunden, Performance ohne Kompromisse und die Möglichkeit, immer und überall online zu sein, so Intel.
Unsere getesteten 15-Zoll-Business-Notebooks erreichen immerhin Laufzeiten bis über sieben Stunden. Der Prozessor benötigt bei einem Notebook aber nur einen Teil der Gesamtenergie. Immerhin hat Intel diesen Anteil mit dem Pentium-M minimiert - im Durchschnitt soll sich die CPU mit unter einem Watt begnügen. Aber Intel hat beim Centrino-Projekt nicht nur den Prozessor im Fokus, sondern optimierte auch die komplette Plattform: Chip-Sätze und Controller für Wireless LAN wurden speziell aufeinander abgestimmt gleich mitentwickelt.
Neben langen Akku-Laufzeiten überzeugen die Centrino-Notebooks auch durch hohe Rechenleistung: In unserem ersten Test des Pentium-M "Banias" erreicht die 1,6-GHz-Variante das gleiche Niveau wie ein Pentium 4 mit 2,4 GHz Taktfrequenz. Der neue Pentium-M "Dothan" erfährt dank der L2-Cache-Verdopplung nochmals einen spürbaren Leistungsschub. Dabei benötigt die CPU durch die 90-nm-Technologie weniger Energie als der Banias. Die mobilen Pentium-4-Prozessoren werden in Notebooks somit zunehmend überflüssig. (cvi)