Willamette e as memórias Rambus

O Willamette foi a versão inicial do Pentium 4, produzido usando uma técnica de 0.18 micron, a mesma usada na fabricação dos processadores Pentium III com cache integrado. Ele utilizava um encapsulamento peculiar, onde a placa com o die do processador e o spreader metálico era montada sobre uma segunda placa de contatos:

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O Willamette utilizava 256 KB de cache L2 on-die e trouxe um novo encaixe, o soquete 423, que acabou sendo usado apenas por ele. Esta primeira leva do Pentium 4 foi produzida em versões de 1.3 a 2.0 GHz, com o TDP de 48.9 watts (para o de 1.3) a 73.5 watts (para o 2.0).

Uma questão importante para entender a trajetória das primeiras versões do Pentium 4 é que o único chipset disponível durante quase um ano, o i850 da própria Intel, suportava apenas memórias Rambus, o que obrigava qualquer interessado em adquirir um Pentium 4 a comprar também módulos de memória RIMM, um tipo proprietário de memória que custava consideravelmente mais caro.

A grande diferença da memória Rambus em relação às memórias SDRAM é o uso de um barramento serial para a transferência dos dados, que (similar à interfaces como o SATA e o PCI Express) era capaz de compensar o afunilamento com uma frequência de operação mais altas.

Os módulos RIMM da época utilizavam um barramento de 16 bits (um bit por chip) operando a 400 MHz com duas transferências por ciclo, o que resultava em uma banda total de 1.6 GB/s. O i850 era capaz de acessar dois módulos simultaneamente, proporcionando um barramento total de 3.2 GB/s, o que era uma marca mais do que respeitável para a época.

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Entretanto, apesar dos méritos técnicos, os módulos RIMM tinham dois problemas. O primeiro era que apesar da boa taxa de transferência, os módulos trabalhavam com tempos de latência mais altos (em relação aos módulos SDR e DDR) o que prejudicava o desempenho. Mesmo em conjunto com o Pentium 4, que incluía uma série de otimizações e usava os módulos em pares, as memórias Rambus falhavam em oferecer ganhos tangíveis de desempenho em relação às memórias DDR.

O segundo problema foi o modo como a Intel tentou impor o padrão, sem se preocupar com os preços ou com a reação do público. Tudo começou em 1996, quando a Intel fechou um acordo com a Rambus Inc., uma então pequena empresa que desenvolvia um tipo de memória otimizada para sistemas que precisam de um largo barramento de dados com a memória. As memórias Rambus foram utilizadas no Nintendo 64 e no Playstation 2, e o plano era que elas fossem adotadas em larga escala nos PCs, com a ajuda da Intel. A Rambus Inc. receberia royalties dos fabricantes e a Intel ficaria com parte do bolo, na forma de incentivos e descontos.

A Intel introduziu o suporte às memórias Rambus a partir do chipset i820, ainda na época do Pentium III e continuou tentando empurrar a tecnologia com o chipset i850, usado na primeira geração de placas para Pentium 4.

Na época do lançamento do Pentium 4, um módulo RIMM de 64 MB custava US$ 99, enquanto um módulo de memória PC-133 da mesma capacidade custava apenas US$ 45. Isto significava gastar US$ 216 (ao comprar 256 MB) a mais, só de memória, sem contar a diferença de preço do processador Pentium 4 e da placa-mãe.

Como resultado, pouca gente comprou as versões iniciais do Pentium 4 e, quem se arriscou, acabou com um abacaxi nas mãos. Isto obrigou a Intel a modificar a plataforma, passando a utilizar memórias DDR padrão. A demora gerou um vácuo, que permitiu que a AMD aumentasse consideravelmente sua participação no mercado, já que contava com o Athlon Thunderbird, um processador mais barato e mais eficiente.

No final, as memórias DDR (seguidas pelas DDR2 e DDR3) ganharam a briga, tornando-se o padrão de memória dominante. As vendas do Pentium 4 só deslancharam com o lançamento do chipset i845, que oferecia suporte a módulos de memória SRD SDRAM convencionais.

Devido ao alto custo inicial (incluindo a questão das memórias) o Willamette acabou vendendo poucas unidades e foi rapidamente substituído pelo Northwood, lançado 11 meses depois, em outubro de 2001. Na mesma época, as placas soquete 423 (que oferecem suporte apenas ao Pentium 4 Willamette) foram rapidamente substituídas pelas placas soquete 478, que continuam em uso até 2005/2006, sendo lentamente substituídas pelas placas soquete 775.

Apesar de sua vida curta, o Willamette é uma boa oportunidade para explicar um pouco sobre a arquitetura do Pentium 4. O primeiro alerta a se fazer a respeito é que o aumento da frequência de operação não significa um ganho direto de desempenho. Hoje em dia isso parece óbvio, mas na época foi motivo de muitas discussões.

A arquitetura do Pentium 4 era baseada no uso de mais estágios de pipeline para permitir que o processador seja capaz de atingir frequências de clock mais altas. É por isso que um Pentium 4 Willamette atingiu a marca dos 2.0 GHz, enquanto o Pentium III Coppermine, que compartilhava da mesma técnica de fabricação de 0.18 micron, não foi capaz de superar a marca dos 1.0 GHz.

Entretanto, a diferença de desempenho entre os dois não é tão grande quanto pode parecer à primeira vista. Mesmo com todas as otimizações que foram aplicadas, um Willamette de 2.0 GHz, equipado com memórias SDR SDRAM não consegue ser 50% mais rápido que um Pentium III Coppermine de 1.0 GHz.

Foi justamente devido a isto que a Intel optou por lançar diretamente os modelos de 1.4 e 1.5 GHz do Pentium 4, pulando as versões de 1.1 e 1.2 GHz, que seriam o caminho mais óbvio já que o Pentium III ficou estacionado na versão de 1 GHz. Caso fosse lançado, um Pentium 4 de 1.1 GHz perderia para um Pentium III de 1 GHz, o que não seria uma boa propaganda. De fato, mesmo quando equipado com pentes de memória RDRAM, o Willamette ainda perdia para o Athlon Thunderbird de 1.4 GHz (que foi seu concorrente mais direto, na época) na maior parte dos aplicativos.

A arquitetura do Pentium 4 foi claramente desenvolvida para operar a altas frequências e assim compensar o baixo desempenho por ciclo de clock. Isso acabou se revelando um bom golpe de marketing, já que na época o público estava acostumado a relacionar a frequência de clock com o desempenho.

Para não ficar para trás, a AMD adotou um índice de desempenho a partir do Athlon XP, que comparava o desempenho do processador ao alcançado pelo Pentium 4. Um Athlon XP 1800+, por exemplo, opera a apenas 1.533 GHz. Mais adiante, o feitiço se voltou contra o feiticeiro e a própria Intel decidiu parar de enfatizar a frequência de clock e adotar um sistema de numeração para seus processadores.

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