Pentium zet 66 miljoen keer per seconde de knoppen om

De nieuwe Pentium-chip van Intel wordt de motor van een hele nieuwe generatie ultra-snelle PC's. Er zijn maar een paar wolkjes aan de horizon: de nog snellere Risc-chips van de concurrentie.

Wie de laatste tijd over zijn nieuwe PC-aanschaf repte zal zeker zijn geconfronteerd met de vraag ””Is het een driezesentachtig of een vier-zesentachtig?'' Merknamen verschrompelen wanneer de cijfers 286, 386 of 486 ter sprake komen. En dat terwijl deze getallen maar een mini-onderdeel van de PC benoemen: de microprocessor-chip. Processornummers zijn metaforen voor computers geworden en dit pars pro toto gebruik onderstreept het belang van het micro-elektronische PC-hart. De microprocessor is de PC.

De 486 heeft inmiddels een opvolger, de Pentium. Het zal duidelijk zijn dat dit nieuwe megabrein van Intel uit Santa Clara, Californië, niet alleen een nieuwe generatie microprocessoren vertegenwoordigt, maar ook een nieuwe generatie computers. Dat betekent extra rekenkracht, maar PC's met Pentiums zijn bijvoorbeeld ook beter toegerust op multimedia-toepassingen zoals vergaderen via het beeldscherm.

In alle media-hype rondom zijn nieuwe juweeltje heeft Intel de regie voorlopig stevig in handen. Sinds vorig jaar begeleidt ”s werelds grootste halfgeleiderproducent de introductie met een zorgvuldig uitgestippelde mediacampagne. Ook de naamgeving is afgewogen. ”Pent' geeft aan dat het Intels vijfde generatie processoren betreft en ”ium' moet het de klank geven van een element.

Een logisch vervolg op de 286-, 386- en 486-processoren zou ”Intel 586' zijn geweest. Maar dat zou fabrikanten die de chip traditioneel namaken weer volop kansen geven om hun klonen met dezelfde cijfercombinatie te bestempelen. Intel slaagde er namelijk niet in om copyright op de 86-getallenreeks te krijgen.

De Pentium is een chip waarvan de oorsprong in 1978 ligt. Toen introduceerde Intel de 8086-microprocessor. De 8086 is gebaseerd op de zogenaamde 80x86-architectuur die ook weer terug te vinden is in de 286, 386 en 486. En nu dus in de Pentium. Deze hele familie is de drijvende kracht achter ongeveer 85 procent van de 135 miljoen PC's die er op de wereld zijn. Van de rest hebben de 680-0-processoren van Motorola het grootste aandeel. Apple bouwt hieromheen zijn Macintosh-computers.

Maar het gros van de rekenende, tekstverwerkende, boekhoudende en tekenende massa draait zijn programma's dus op PC's met 80x86-processoren. En omdat software niet zomaar kan worden uitgewisseld tussen microprocessoren van een verschillende architectuur is de 80x86-lijn van marktleider Intel een machtsfactor van belang.

De Pentium verstaat alle commando's van programma's die ook zijn ouders en grootouders al begrepen. Maar daarnaast speelt dit plakje silicium met 3.1 miljoen transistoren ook in op de nieuwe eisen in de computerwereld. De belangrijkste: meer snelheid. De Pentium kan in dezelfde tijd ruwweg twee maal zoveel werk verzetten als zijn rapste voorganger, de Intel 486 DX2. Hij is 150 keer sneller dan de krachtigste 8086-chip.

Klokcyclus

Grotere rekenkracht krijgen chipfabrikanten voor een deel in de schoot geworpen doordat de dimensies van de microelektronische circuits kleiner worden. Een chip verwerkt de gegevens namelijk in stappen. In zo'n klokcyclus moeten de elektronen genoeg tijd hebben om door het silicium van bestemming tot bestemming te zwemmen en hun opdracht uit te voeren. Anders gezegd: in die periode moeten ze de kracht leveren om de schakelaars in de chip om te zetten. In de snelste versie van de Pentium beslaat een klokcyclus 15 nanoseconde, 15 miljardste seconde.

Er passen 66 miljoen van die klokcycli in één seconde. Dit getal is de kloksnelheid, één van de indicatoren voor de rekenkracht van de chip. Op de verpakking van een Pentium-PC vinden we die terug als ”66 MHz', de tragere versie tikt 60 MHz.

Hoe sneller de rekenstappen elkaar opvolgen, hoe sneller de chip. Om het ritme op te voeren proberen chipfabrikanten de klokcycli daarom zo kort mogelijk te maken. Maar eindeloos verkleinen kan niet. De elektronen hebben een gelimiteerde snelheid. Harder zwemmen kunnen ze niet, maar als de afstanden reduceren kunnen ze wel meer baantjes trekken. En in een microprocessor zijn het juist de baantjes die tellen, niet de meters.

In de eerste 8086 processoren (5 MHz) waren de kleinste afstanden 3 micron. In de eerste Pentiums zijn de miniemste dimensies 0,8 micron, maar Intel bouwt hard aan een produktiefaciliteit voor lijnbreedtes van 0,65 micron. Hiermee zouden de klokcyli worden teruggebracht tot 10 nanoseconde en daardoor de kloksnelheid verder opgevoerd tot 100 MHz.

Microprocessoren worden zo snel dat de rest van de PC het tempo steeds moeilijker kan bijhouden. De snelheid waarmee de signalen van en naar de microprocessor lopen vormen steeds meer een bottleneck. Het is een race tegen de klok: snellere machines bouwen is onmogelijk als de vertragingen door interconnecties (van microprocessor naar perifere elektronica) niet worden verminderd. De oplossing: steeds meer elektronische onderdelen in de microprocessor integreren.

Caches

In de Pentium zien we dit terug in de uitbreiding van het buffergeheugen. Zijn voorganger, de 486, had een 8 kilobyte buffer, de Pentium heeft twee zogeheten caches van 8 kB. Veelgebruikte instructies worden hierin tijdelijk opgeslagen, zodat de Pentium niet steeds de externe geheugenchips hoeft te raadplegen. Uit het hoofd is sneller dan opzoeken.

Daarnaast is in de Pentium een groot gedeelte van de elektronica dubbel uitgevoerd. Onder de juiste omstandigheden kunnen daardoor twee instructies per klokcyclus worden verwerkt. Dit verdubbelt de snelheid.

Dit parallelle rekenen wordt al langer toegepast in zogenaamde Risc-processoren, die tot nu toe alleen waren te vinden in krachtige werkstations. Bijvoorbeeld in computers voor statistische berekeningen of met grafische mogelijkheden voor computerondersteund ontwerpen. In het verleden was software voor 80x86 processoren Chinees voor Risc. Maar dat verandert met het nieuwe besturingssysteem Windows NT van Microsoft. Daardoor moet Intels nieuwste telg het bij zijn introductie al opnemen tegen zware concurrentie.

Vrijwel alle bestaande 80x86 programmatuur kan op een Risc-PC met Windows NT worden gedraaid. NT (New Technology) bewerkt namelijk de software tot een behapbare vorm voor de Risc-chip. Dat kost wel snelheid, maar dit zogeheten emuleren is een effectief middel voor programma's die het toch niet van brute rekenkracht moeten hebben. Komt snelheid wel in het geding, dan is het zaak programmatuur aan te schaffen waarin rekening gehouden is met de architectuur van de processor. Dat geldt vooral voor Risc. Maar wil men met de Pentium het onderste uit de kan halen, dan moet ook daar rekening worden gehouden met zaken als parallelliteit.

De nieuwste versies Risc-chips zijn zelfs twee maal sneller dan Pentium-processoren. Ze zijn gebouwd volgens een compleet nieuwe architectuur en slepen niet de ballast mee van oude generaties. ”'Hoewel Intel koppig de 80x86 verdedigt zal het niet gemakkelijk zijn concurrenten van zich af te houden met een architectuur waarvan de basis werd gelegd toen Jimmy Carter president was'', sneerde een gerenomeerd Amerikaans computerblad.

Rivaal Digital Equipment Corp. zegt ” 's werelds snelste personal computer' met de Risc-chip Alpha al op stapel te hebben staan. Hij zou voor sommige rekenklussen twee maal sneller zijn dan Pentium PC's. Als het vertraagde Windows NT er eindelijk is (de verwachting is eind deze maand) zal de Alpha-PC verkrijgbaar zijn. Ook de Risc-chips van Silicon Graphics/Mips verstaan Windows NT. Daar komt ook nog Risc-geschut van Apple en Motorola bij (met eigen besturingssysteem). Samen met IBM hebben ze voor volgend jaar de PowerPC aangekondigd, op basis van IBM's Risc System/6000-processor.

Er is niemand die eraan twijfelt dat Pentium een grote vaart zal nemen. Niet door de technische voordelen, maar door Intels sterke grip op de weinig flexibele PC-industrie. Maar Risc zou, gedragen door Windows NT, wel het geleidelijk verlaten van de 80x86 architectuur kunnen inluiden. Op dit moment zijn ongeveer 50.000 applicaties voor de Intel architectur beschikbaar. ”'Het aantal toepassingen voor Riscplatformen is minimaal'', zegt Jan van Offeren van Intel Benelux. ””De vraag voor programma-ontwikkelaars is: welk pakket moeten we voor wel platform geschikt maken. Met de Intel architectuur spelen ze in ieder geval op veilig.'' Maar als software-ontwikkelaars ook rekening gaan houden met Risc, dan zou dat het begin van het einde van de 80x86 architectuur kunnen zijn.

De Pentiumchip meet 5,5 bij 5,5 cm en heeft 273 aansluitpinnetjes. Links is de onderkant, rechts de bovenkant te zien. Het werkelijke chipgedeelte meet 2,5 bij 2,5 cm en bevat 3,1 miljoen transistoren.