펜티엄 II
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1. 개요
펜티엄 II는 1997년 인텔에서 출시한 x86 아키텍처 기반의 마이크로프로세서로, 펜티엄 프로의 P6 마이크로아키텍처를 기반으로 16비트 코드 실행 성능 향상과 MMX 명령어 집합 지원이 특징이다. 클라마스, 데슈츠, 통가, 딕슨 등의 코어(core)를 사용했으며, 슬롯 1 기반 모듈 방식으로 제조되어 제조 단가를 낮췄다. 펜티엄 II 제온, 펜티엄 II 오버드라이브 등의 파생 모델도 출시되었다.
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| 펜티엄 II | |
|---|---|
| 기본 정보 | |
 | |
| 생산 시작 | 1997년 5월 7일 |
| 생산 종료 | 2005년 12월 1일 |
| 제조사 | 인텔 |
| 최저 주파수 | 233 MHz |
| 최고 주파수 | 450 MHz |
| FSB 최저 주파수 | 66 MHz |
| FSB 최고 주파수 | 100 MHz |
| 최대 공정 규칙 | 0.35µm |
| 최소 공정 규칙 | 0.18μm |
| 명령 집합 | x86 |
| 마이크로아키텍처 | P6 |
| 코어 수 | 1 |
| 소켓 | Slot 1, MMC-1, MMC-2, Mini-Cartridge, PPGA-B615(μPGA1) |
| 코드네임 | Klamath, Deschutes, Tonga, Dixon |
| 이전 세대 프로세서 | Pentium Pro |
| 다음 세대 프로세서 | Pentium III |
| 확장 명령 집합 | MMX |
| 기술 사양 | |
| 아키텍처 | IA-32 |
| 마이크로아키텍처 | P6 |
| 지원 상태 | 지원 중단 |
| 판매사 | 인텔 |
| 설계 회사 | 인텔 |
| CPUID | Klamath: 80522, Deschutes 및 Tonga: 80523, Dixon: 80524 |
| L1 캐시 | 32 KB (16 KB 데이터 + 16 KB 명령어) |
| L2 캐시 | 256–512 KB |
| 트랜지스터 수 | Klamath: 750만, Tonga: 750만, Deschutes: 750만, Dixon: 2740만 |
| 확장 기능 | MMX, PAE |
| 코드명 | |
| 데스크톱 | Klamath, Deschutes |
| 모바일 | Tonga, Dixon |
| 이전 및 다음 | |
| 이전 제품 | Pentium, Pentium Pro, Pentium MMX |
| 다음 제품 | Pentium III (SSE 후속), Celeron, Pentium 4 (SSE2 후속) |
2. 역사적 배경
펜티엄 II 마이크로프로세서는 이전 모델인 펜티엄 프로의 마이크로아키텍처를 기반으로 개선되었다.[5] 이전의 펜티엄 및 펜티엄 프로 프로세서와 달리, 펜티엄 II CPU는 CPU 소켓이 아닌 슬롯 기반 모듈로 패키징되었다. 프로세서 및 관련 구성 요소는 플라스틱 카트리지 내의 도터보드에 탑재되었고, 방열판이 장착되었다.[6]
이러한 패키징 방식은 인텔이 2차 캐시를 프로세서와 분리하면서도 백사이드 버스에 유지할 수 있도록 하였다. L2 캐시는 프로세서 클럭 주파수의 절반으로 작동했는데, 이는 펜티엄 프로와는 달랐다. 그러나 L2 캐시의 크기는 항상 512KB로 펜티엄 프로의 가장 작은 옵션보다 컸다. 패키지 외부 캐시는 펜티엄 프로의 낮은 수율 문제를 해결하여 펜티엄 II를 주류 가격 수준으로 출시할 수 있게 했다.[7][8]
인텔은 펜티엄 II에서 16비트 코드 실행 성능을 개선했다.[9] 또한, 32KB의 L1 캐시를 갖추어 펜티엄 프로의 두 배였고, 4개의 쓰기 버퍼를 갖추었다.[10][11] 펜티엄 II는 인텔 MMX 정수 SIMD 명령 집합을 구현한 최초의 P6 기반 CPU였다.[7]
펜티엄 II는 펜티엄 프로보다 제조 비용이 저렴했다. 향상된 16비트 성능과 MMX 지원은 윈도우 9x와 같은 소비자 수준의 운영 체제 및 멀티미디어 응용 프로그램에 더 적합했다. 더 느리고 저렴한 L2 캐시의 성능 저하는 L1 캐시의 증가와 레거시 코드를 위한 아키텍처 개선으로 완화되었다.[7][12]
일부 펜티엄 II는 512MB만 캐시할 수 있는 L2 캐시 컨트롤러를 사용했다. 이는 일반 사용자에게는 큰 문제가 아니었지만, 일부 워크스테이션 또는 서버 사용자에게는 우려 사항이었다. 인텔은 더 고급 라인인 펜티엄 프로와 펜티엄 II를 구별하기 위해 이러한 제한을 의도적으로 두었을 가능성이 있다. 일부 333MHz 및 모든 350MHz 및 더 빠른 펜티엄 II는 4GB 전체 캐시 가능 영역을 제공했다.[13][14]
펜티엄 II는 P6 마이크로아키텍처를 채용했지만, L1 캐시를 늘리고(L1 명령 캐시 8KB → 16KB, L1 데이터 캐시 8KB → 16KB), 펜티엄 프로의 약점이었던 16비트 코드 처리 속도를 20% 개선했으며[25], MMX 연산기를 추가했다.
펜티엄 프로에서는 CPU 패키지 내에 CPU 코어와 2차 캐시 메모리가 각각 1개씩 들어 있었다. 이 2차 캐시에 사용되었던 SRAM은 고속 동작이 가능했지만, 가격이 매우 비쌌고, 수율도 매우 나빴다.
펜티엄 II는 CPU 기판 위에 CPU 코어 칩과 코어 칩의 1/2 속도로 동작하는 2차 캐시 메모리 칩이 실장되어, '''S.E.C.C.''' (Single Edge Contact Cartridge) 및 '''S.E.C.C.2''' (Single Edge Contact Cartridge 2)라고 불리는 패미컴과 같은 가정용 비디오 게임용 ROM 카트리지와 비슷한 패키지에 넣었다. 이로 인해 2차 캐시 성능이 저하되었지만 제조 불량률이 감소, 제조 원가와 판매 가격을 낮출 수 있었고, 이후의 코어 클럭 향상을 쉽게 했다. 저가 PC용으로는 셀러론으로, 서버 용도로는 펜티엄 II 제온이 출시되었다.
2. 1. 클라마스 (Klamath)
''클라마스(Klamath)'' 기반의 최초 펜티엄 II 마이크로프로세서(인텔 제품 코드 80522)는 0.35 μm 공정으로 생산되었으며, 233, 266, 300 MHz로 작동했다.[7][15] 1997년 후반에 300MHz 버전이 대량으로 공급되었다.[15] 이 CPU들은 66MHz의 버스를 가지고 있었으며, 초창기에는 펜티엄 Pro를 위해 설계된 구형 인텔 440FX ''나토마(Natoma)'' 칩셋을 장착한 마더보드에 사용되었다.[16] 인텔 440LX ''발보아(Balboa)'' 칩셋을 사용한 펜티엄 II 기반 시스템은 SDRAM(EDO RAM을 대체)과 AGP 그래픽 버스를 널리 보급했다.[17]1997년 7월 14일, 인텔은 일반 모델의 2× 64비트 비-ECC L2 캐시와는 달리, 엔트리 레벨 서버용 2× 72비트 ECC L2 캐시를 갖춘 펜티엄 II ''클라마스'' 버전을 발표했다.[18] 이 추가 비트는 성능에 영향을 주지 않으면서 하드웨어에 내장된 오류 정정 기능을 제공한다.
인텔의 "패밀리/모델/스테핑" 체계에서 클라마스 CPU는 패밀리 6, 모델 3이다.
0.35µm 공정으로 제조되었으며, 버스 속도는 66 MHz였다. 이는 P6 아키텍처의 성능을 최대한 발휘하기에는 불충분한 속도였으며, 또한 이 칩은 매우 높은 전력을 소비하고 고열을 발생시켰다. 특히 300 MHz 작동 제품은 최대 44.4W의 전력을 소비했으며, 제온(Xeon)을 제외하고는 P6 계열 프로세서 중 소비 전력 1위였다.
또한, 이 세대의 카트리지는 4개의 SRAM 칩이 CPU 기판에 탑재되어 있으며, 2개 1조로 인터리브 동작을 하여 2차 캐시 속도 저하를 최대한 숨기는 설계를 하였다.
| 항목 | 내용 |
|---|---|
| L1 캐시 | 16 + 16 KB (데이터 + 명령어) |
| L2 캐시 | 512 KB, CPU 모듈 외부 칩으로 CPU 클럭 속도의 절반으로 작동 |
| 패키징 | 슬롯 1 모듈 |
| MMX | 지원 |
| 프런트 사이드 버스 | 66 MT/s, GTL+ |
| VCore | 2.8 V |
| 공정 | 350 nm CMOS |
| 최초 출시 | 1997년 5월 7일 |
| 클럭 속도 | 233, 266, 300 MHz |
2. 2. 데슈츠 (Deschutes)
1998년 1월에 출시된 '데슈츠' 코어 펜티엄 II (80523)는 0.25 μm 공정으로 제조되어 전력 소비량이 현저히 낮아졌다.[15] 다이 크기는 113mm2이다. 333MHz 모델은 구형 66MT/s FSB를 사용한 마지막 펜티엄 II CPU였으며, 이후 모든 데슈츠 코어 모델은 100MT/s FSB를 사용했다. 1998년 후반에는 266, 300, 350, 400, 450MHz로 작동하는 펜티엄 II도 출시되었다.[15]100MT/s FSB를 지원하는 데슈츠 코어 출시에 맞춰 인텔은 440BX ''시애틀'' 칩셋과 그 파생 제품인 440MX, 450NX, 440ZX 칩셋을 출시했다. 1993년부터 사용되던 구형 66MHz FSB를 대체한 100MHz FSB는 펜티엄 II 라인업의 성능을 크게 향상시켰다. 350MHz부터 시작하는 펜티엄 II 칩은 SECC 및 SECC2 폼 팩터로 출시되었다. 후기 펜티엄 II는 또한 전통적인 본딩 방식 대신 다이에 직접 방열판이 접촉하는 플립 칩 기반 패키징으로 전환되었다.
'클래머스'는 4개의 캐시 칩을 통해 듀얼 포팅을 시뮬레이션하여 동시 액세스 시 약간의 성능 향상을 보였지만, '데슈츠'는 2개의 캐시 칩만 가지고 있어 동일 클럭 속도에서 L2 캐시 성능이 약간 낮다. 또한 '데슈츠'는 항상 ECC가 활성화된 L2 캐시를 특징으로 한다.[20]
데슈츠 코어의 주요 특징은 다음과 같다.
{| class="wikitable"
|-
! 특징
! 내용
|-
| L1 캐시
| 16 + 16KB (데이터 + 명령어)
|-
| L2 캐시
| 512KB, CPU 클럭의 절반 속도로 작동하는 CPU 모듈의 외부 칩
|-
| 패키징
| 슬롯 1 모듈
|-
| MMX
| 지원
|-
| FSB
| 66, 100MT/s, GTL+
|-
| VCore
| 2.0V
|-
| 공정
| 250nm CMOS
|-
| 최초 출시
| 1998년 1월 26일
|-
| 클럭 속도
|
| 66MT/s FSB | 266, 300, 333MHz |
|---|---|
| 100MT/s FSB | 350, 400, 450MHz |
|}
이 세대 이후의 P6 계열 소비자용 CPU에서는 2차 캐시의 유효 범위가 기존 512MB에서 4GB로 확대되어, 대량의 메모리를 탑재한 워크스테이션이나 PC에서 512MB 이상의 실제 메모리 공간에 접근했을 때 메모리 액세스에 큰 문제가 발생하는 일이 없어졌다.
2. 3. 통가 (Tonga)
'''모바일 펜티엄 II'''
- L1 캐시: 16 + 16 KB (데이터 + 명령어)
- L2 캐시: 512 KB, CPU 모듈 외부 칩으로 CPU 주파수의 절반으로 작동.
- 패키지: MMC-1, MMC-2, 미니 카트리지
- MMX
- 프론트 사이드 버스: 66 MT/s, GTL+
- VCore: 1.6 V
- 공정: 0.25μm CMOS
- 최초 출시: 1998년 4월 2일
- 클럭 속도: 233, 266, 300 MHz
0.25μm 공정의 '통가'(Tonga) 코어는 최초의 모바일 펜티엄 II 프로세서였으며, 데스크톱 모델의 모든 기능을 갖추고 있었다. 인텔의 "Family/Model/Stepping" 체계에서, 통가 CPU는 패밀리 6, 모델 5에 해당한다. 1998년에 출시되었으며, 코어 전압은 1.6V였다. L2 캐시는 512KB이며, 코어에 통합되지 않아 동작 속도는 코어 클럭의 1/2이다.
미니 카트리지, 모바일 모듈(MMC1 및 MMC2)과 같은 소형 외부 패키지로 제공되어 교체가 용이했다.
2. 4. 딕슨 (Dixon)
1999년 1월에 출시된 모바일용 펜티엄 II 프로세서이다. 0.25μm 및 0.18μm(400 MHz) 공정으로 제조되었으며,[15] 256KB의 온다이 풀 스피드 L2 캐시를 탑재하여 성능이 향상되었다. 리뷰에 따르면 Dixon 코어는 생산된 펜티엄 II 중 가장 빠른 종류였다.[15]
인텔의 "패밀리/모델/스테핑" 체계에서 Dixon CPU는 패밀리 6, 모델 6이며, 인텔 제품 코드는 80524이다. 이 식별자는 ''멘도치노'' 셀러론 프로세서와 공유된다.
'''모바일 펜티엄 II PE ("Performance Enhanced")'''
| 항목 | 내용 |
|---|---|
| L1 캐시 | 16 + 16 KB (데이터 + 명령어) |
| L2 캐시 | 256 KB, 온다이, 풀 스피드 |
| 패키지 | BGA1, MMC-1, MMC-2, μPGA1 PPGA-B615 |
| MMX | 지원 |
| 프런트 사이드 버스 | 66, 100 MT/s, GTL+ |
| VCore | 1.5, 1.55, 1.6, 2.0 V |
| 공정 | 250, 180 (400 MHz) nm CMOS |
| 최초 출시 | 1999년 1월 25일 |
| 클럭 속도 | 266, 300, 333, 366, 400 MHz |
| 트랜지스터 수 | 2740만 개 |
| 다이 크기(반도체) | 10.36mm x 17.36mm = 179.85mm2 |
펜티엄 II 마이크로프로세서는 펜티엄 프로의 마이크로아키텍처를 기반으로 하지만, 몇 가지 중요한 개선 사항이 적용되었다.[5] 펜티엄 및 펜티엄 프로와 달리, 펜티엄 II CPU는 CPU 소켓이 아닌 슬롯 1 기반 모듈로 패키징되었다. 프로세서와 관련 부품은 도터보드에 탑재되었고, 방열판이 장착되었다.[6]
0. 25µm 공정으로 제조되었으며 L2 캐시는 코어에 통합되었다. 이 때문에 캐시 용량은 256KB로 반으로 줄었지만, 작동 속도는 CPU 코어의 등속과 2배가 되어 결과적으로 처리 속도가 향상되었다. FSB100MHz 버전이 출시된 Deschutes와 달리, 마지막까지 FSB66MHz를 유지했다.
미니 카트리지 및 모바일 모듈 타입 외에도 코어의 미세화로 인해 기존의 8분의 1 크기인 BGA 타입의 제품이 준비되었다.
또한, L2 캐시를 더욱 절반인 128KB로 줄인 것이 모바일 셀러론(Dixon-128K)으로 제조되었다.
3. 주요 특징
이러한 패키징 방식은 2차 캐시를 프로세서와 분리하면서도 밀접하게 연결된 백사이드 버스에 유지하기 위한 타협이었다. L2 캐시는 프로세서 클럭 주파수의 절반으로 작동했는데, 이는 펜티엄 프로와 달랐다. 그러나 L2 캐시의 크기는 항상 512KB로 펜티엄 프로보다 컸다. 패키지 외부 캐시는 펜티엄 프로의 낮은 수율 문제를 해결하여 펜티엄 II를 주류 가격으로 출시할 수 있게 했다.[7][8]
인텔은 펜티엄 II에서 16비트 코드 실행 성능을 개선했으며,[9] 32KB의 L1 캐시와 4개의 쓰기 버퍼를 갖추었다.[10][11] 펜티엄 II는 인텔 MMX 정수 SIMD 명령 집합을 구현한 최초의 P6 기반 CPU였다.[7]
펜티엄 II는 펜티엄 프로의 소비자 지향적인 버전이었다. 분리된 더 느린 L2 캐시 메모리 때문에 제조 비용이 저렴했고, 향상된 16비트 성능과 MMX 지원은 윈도우 9x와 같은 소비자 운영 체제 및 멀티미디어 응용 프로그램에 더 적합했다. 더 느리고 저렴한 L2 캐시의 성능 저하는 L1 캐시 증가와 레거시 코드를 위한 아키텍처 개선으로 완화되었다.[7][12]
일부 펜티엄 II는 512MB만 캐시할 수 있는 L2 캐시 컨트롤러를 사용했다. 더 많은 RAM을 설치할 수 있지만, 성능이 매우 느려졌다. 인텔은 고급 라인인 펜티엄 프로와 펜티엄 II를 구별하기 위해 의도적으로 이 제한을 두었을 수 있다. 일부 333MHz 및 모든 350MHz 및 더 빠른 펜티엄 II는 이 제한을 해제하여 4GB 전체 캐시 가능 영역을 제공했다.[13][14]
3. 1. 기술적 측면
펜티엄 II는 펜티엄 프로에서 처음 사용된 P6 마이크로아키텍처를 기반으로 하지만, 몇 가지 중요한 개선 사항이 적용되었다. L1 캐시 메모리는 명령어와 데이터 각각 16KB로 두 배 증가했고, 펜티엄 프로에서 약점으로 지적되던 16비트 코드 처리 속도가 20% 향상되었다.[25] 또한, 펜티엄에는 있었지만 펜티엄 프로에는 없었던 MMX 연산 기능이 추가되었다.
펜티엄 프로는 CPU 코어와 2차 캐시가 하나의 패키지에 통합되어 있었다. 이 2차 캐시에 사용된 SRAM은 고속 동작이 가능했지만, 가격이 비싸고 수율이 낮아 펜티엄 프로의 클럭 속도를 높이는 데 어려움이 있었다.
펜티엄 II는 이러한 문제를 해결하기 위해 CPU 코어와 코어 클럭 속도의 절반으로 동작하는 2차 캐시 칩을 별도의 기판에 실장하고, '''S.E.C.C.''' (Single Edge Contact Cartridge) 또는 '''S.E.C.C.2''' (Single Edge Contact Cartridge 2)라는 ROM 카트리지 형태의 패키지에 담았다. 이로 인해 2차 캐시 성능은 다소 낮아졌지만, 제조 불량률이 감소하고 제조 원가와 판매 가격을 낮출 수 있었으며, 이후 코어 클럭 속도 향상을 통한 성능 개선이 용이해졌다. 저가형 PC를 위해 2차 캐시를 줄이거나 제거한 제품은 셀러론으로, 서버용으로는 캐시 메모리를 늘린 펜티엄 II 제온이 출시되었다.3. 2. 파생 모델
펜티엄 II는 펜티엄이 아닌 펜티엄 프로의 P6 마이크로아키텍처를 기반으로 한다. L1 캐시를 늘리고(L1 명령 캐시 8KB → 16KB, L1 데이터 캐시 8KB → 16KB), 펜티엄 프로의 약점이었던 16비트 코드 처리 속도를 20% 개선했으며[25], MMX 연산기를 추가했다.
펜티엄 프로는 CPU 패키지 안에 CPU 코어와 2차 캐시 메모리가 각각 1개씩 들어있었다. 이 2차 캐시에 사용된 SRAM은 DRAM보다 고속 동작이 가능했지만, 고클럭 제품은 주로 메인프레임이나 슈퍼컴퓨터용으로 개발, 판매되어 소비 전력과 가격이 매우 높았고, 수율도 나빴다.
그래서 펜티엄 II부터는 CPU 기판 위에 CPU 코어 칩과 코어 칩의 1/2 속도로 동작하는 2차 캐시 메모리 칩을 실장하여, '''S.E.C.C.''' (Single Edge Contact Cartridge) 및 '''S.E.C.C.2''' (Single Edge Contact Cartridge 2)라고 불리는 ROM 카트리지 형태의 패키지에 넣었다. 이로 인해 2차 캐시 성능이 저하되었지만 제조 불량률 감소, 제조 원가와 판매 가격 인하, 이후 코어 클럭 향상을 통한 성능 향상에 기여했다. 저가 PC용으로는 펜티엄 II의 외장 2차 캐시 메모리를 줄이거나 없앤 셀러론이, 서버 용도로는 캐시 메모리를 늘린 펜티엄 II 제온이 출시되었다.
3. 2. 1. 펜티엄 II 제온 (Pentium II Xeon)
제온(Xeon) 브랜드가 서버용으로 새롭게 마련되었고, 그 첫 번째 제품군인 "펜티엄 II 제온(Pentium II Xeon)"이 등장했다. 펜티엄 II 제온은 최대 4개의 CPU 멀티 프로세서를 지원하며, L2 캐시는 코어와 동일한 속도로 작동한다. CPU 슬롯으로는 기존의 슬롯 1보다 대형화된 슬롯 2가 사용되었다.
3. 2. 2. 펜티엄 II 오버드라이브 (Pentium II OverDrive)
1998년에 출시된 펜티엄 II 오버드라이브는 펜티엄 프로 서버를 업그레이드하려는 기업 사용자를 대상으로 한 제품이다. 0.25μm 데슈츠 코어를 기반으로 플립 칩 패키지에 펜티엄 II 제온의 512KB 풀 스피드 L2 캐시 칩을 결합하여 소켓 8 호환 모듈로 만들었다.[22] 60 또는 66MHz 프론트 사이드 버스에서 300MHz 또는 333MHz 클럭 속도로 작동하며, MMX를 지원하고 16비트 성능이 향상되었다.[22]
펜티엄 II 오버드라이브 CPU는 패밀리 6, 모델 3으로 식별되지만, 실제로는 패밀리 6/모델 3 클라마스 코어를 기반으로 하지 않는다. 인텔의 문서에 따르면, CPUID는 163xh이지만 펜티엄 II 프로세서 CPUID 065xh 프로세서 코어를 사용한다.[23]
L1 캐시는 32KB(데이터 16KB + 명령어 16KB), L2 캐시는 512KB이며 CPU와 동일한 속도로 작동한다. 소켓 8을 사용하며, 프론트 사이드 버스는 60 또는 66 MT/s, 전압은 3.1–3.3V이다.[26] 멀티 프로세서는 2개까지 지원한다.[26]
일본에서는 공식적으로 출시되지 않았고 소량만 유통되었다. CPU 코어와 L2 캐시 메모리 칩이 분리되어 있지만, L2 캐시가 CPU 코어와 동기화되어 동일 속도로 작동하므로 펜티엄 II 제온에 가깝다고 볼 수 있다.[27]
펜티엄 II 오버드라이브는 인텔 440FX 칩셋에만 대응하는 서드 파티 CPU 슬롯과 달리 칩셋 제한이 없어, 일부 펜티엄 프로 탑재 기기에서 거의 유일한 업그레이드 경로였다.
참조
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