Pentium III

La primera variante del Pentium III fue el Katmai (código de producto Intel 80525). Fue un desarrollo posterior del Pentium II Deschutes . El Pentium III presentó un aumento de 2 millones de transistores con respecto al Pentium II. Las diferencias radicaban en la adición de unidades de ejecución y soporte para instrucciones SSE, y un controlador de caché L1 mejorado (el controlador de caché L2 se mantuvo sin cambios, ya que de todos modos se rediseñaría por completo para Coppermine), que fueron responsables de las pequeñas mejoras de rendimiento con respecto a los Pentium II "Deschutes". Se lanzó inicialmente a velocidades de 450 y 500 MHz el 28 de febrero de 1999. Se lanzaron dos versiones más: 550 MHz el 17 de mayo de 1999 y 600 MHz el 2 de agosto de 1999. El 27 de septiembre de 1999, Intel lanzó los 533B y 600B funcionando a 533 y 600 MHz respectivamente. El sufijo 'B' indicaba que contaba con un FSB de 133 MT/s, en lugar del FSB de 100 MT/s de los modelos anteriores.      

El Katmai contiene 9,5 millones de transistores, sin incluir la caché L2 de 512 Kbytes (que añade 25 millones de transistores), y tiene unas dimensiones de 12,3  mm por 10,4  mm (128 ^mm²  ) . Está fabricado en el proceso P856.5 de Intel, un proceso de semiconductor de óxido metálico complementario ( CMOS ) de 250 nm con cinco niveles de interconexión de aluminio . ^{[ 4 ]} El Katmai utilizó el mismo diseño basado en ranuras que el Pentium II pero con el nuevo cartucho de contacto de borde único (SECC) de ranura 1² que permitía el contacto directo del núcleo de la CPU con el disipador de calor. Ha habido algunos modelos iniciales del Pentium III con 450 y 500 MHz empaquetados en un cartucho SECC más antiguo destinado a fabricantes de equipos originales (OEM).  

Un nivel de mejora notable para los entusiastas fue el SL35D. Esta versión de Katmai estaba oficialmente clasificada para 450  MHz, pero a menudo contenía chips de caché para el  modelo de 600 MHz y, por lo tanto, generalmente podía funcionar a 600  MHz.

La segunda versión, con nombre en clave Coppermine (código de producto Intel: 80526), ​​se lanzó el 25 de octubre de 1999, con frecuencias de 500, 533, 550, 600, 650, 667, 700 y 733  MHz. Entre diciembre de 1999 y mayo de 2000, Intel lanzó procesadores Pentium III con frecuencias de 750, 800, 850, 866, 900, 933 y 1000  MHz (1  GHz). Se fabricaron modelos con FSB de 100  MT/s y de 133  MT/s. Para los modelos que ya estaban disponibles con la misma frecuencia, se añadió una "E" al nombre del modelo para indicar los núcleos  fabricados con el nuevo proceso de 180 nm. Posteriormente, se añadió una "B" para designar los modelos con FSB de 133  MHz, dando como resultado el sufijo "EB". En cuanto al rendimiento general, Coppermine tenía una ligera ventaja sobre los Athlon de Advanced Micro Devices (AMD) con los que competía, ventaja que se revirtió cuando AMD aplicó su propia reducción de tamaño del chip y añadió una caché L2 integrada al Athlon. El Athlon tenía ventaja en código con uso intensivo de coma flotante, mientras que el Coppermine podía rendir mejor con las optimizaciones SSE, pero en la práctica, el rendimiento de ambos chips era prácticamente idéntico. Sin embargo, AMD logró aumentar la frecuencia del Athlon, alcanzando velocidades de 1,2 GHz antes del lanzamiento del Pentium 4. 

En cuanto al rendimiento, Coppermine supuso un avance significativo respecto a Katmai al introducir una caché L2 integrada, que Intel denomina Advanced Transfer Cache (ATC). La ATC opera a la frecuencia del núcleo y tiene una capacidad de 256  KB, el doble que la caché integrada que antes se encontraba en los Celeron Mendocino. Es asociativa por conjuntos de ocho vías y se accede a ella mediante un bus Double Quad Word Wide de 256 bits, cuatro veces más ancho que el de Katmai. Además, la latencia se redujo a una cuarta parte en comparación con Katmai. Otro término de marketing utilizado por Intel fue Advanced System Buffering , que englobaba mejoras para aprovechar mejor un  bus del sistema de 133 MT/s. Estas mejoras incluyen 6 búferes de llenado (frente a 4 en Katmai), 8 entradas de cola de bus (frente a 4 en Katmai) y 4 búferes de escritura diferida (frente a 1 en Katmai). ^{[ 5 ]} Bajo la presión competitiva del AMD Athlon , Intel rediseñó los componentes internos, eliminando finalmente algunos problemas conocidos de rendimiento en la arquitectura de la plataforma . Como resultado, las aplicaciones afectadas por estos problemas se ejecutaron hasta un 30 % más rápido en Coppermine. El Coppermine contenía 29 millones de transistores y se fabricó con un proceso de 180 nm. 

El Coppermine estaba disponible en FC-PGA de 370 pines o FC-PGA2 para usar con Socket 370 , o en SECC2 para Slot 1 (todas las velocidades excepto 900 y 1100). Las CPU Coppermine FC-PGA y Slot 1 tienen un chip expuesto, sin embargo, la mayoría de las SKU de frecuencia más alta a partir del  modelo de 866 MHz también se produjeron en variantes FC-PGA2 que cuentan con un disipador de calor integrado (IHS). Esto en sí mismo no mejoró la conductividad térmica, ya que agregó otra capa de metal y pasta térmica entre el chip y el disipador de calor, pero ayudó en gran medida a mantener el disipador de calor plano contra el chip. Los primeros Coppermine sin IHS dificultaban el montaje del disipador de calor. ^{[ 6 ]} Si el disipador de calor no estaba situado plano contra el chip, la eficiencia de transferencia de calor se reducía en gran medida. Algunos fabricantes de disipadores de calor comenzaron a proporcionar almohadillas en sus productos, de forma similar a lo que hizo AMD con el Athlon "Thunderbird" para asegurar que el disipador de calor estuviera montado plano. La comunidad de entusiastas llegó incluso a crear calces para ayudar a mantener una interfaz plana. ^{[ 7 ]}

Una  versión de 1,13 GHz (S-Spec SL4HH) se lanzó a mediados de 2000, pero fue retirada del mercado tras una colaboración entre HardOCP y Tom's Hardware ^{[ 8 ]} que descubrió varias inestabilidades en el funcionamiento de la nueva velocidad de la CPU. El núcleo Coppermine no pudo alcanzar de forma fiable los 1,13  GHz sin realizar varios ajustes en el microcódigo del procesador, una refrigeración eficaz, un voltaje más alto (1,75 V frente a 1,65 V) y utilizar plataformas específicamente validadas. ^{[ 8 ]} Intel solo ofreció soporte oficial para el procesador en su propia placa base VC820 basada en i820 , pero incluso esta placa base mostró inestabilidad en las pruebas independientes de los sitios web de análisis de hardware. En las pruebas de rendimiento estables, el rendimiento resultó ser inferior al esperado, con la  CPU de 1,13 GHz igualando el rendimiento de un  modelo de 1,0 GHz. Tom's Hardware atribuyó este déficit de rendimiento a una optimización menos rigurosa de la CPU y la placa base para mejorar la estabilidad. ^{[ 9 ]} Intel necesitó al menos seis meses para resolver los problemas utilizando una nueva revisión cD0 y relanzó las versiones de 1,1  GHz y 1,13  GHz en 2001.

La consola de juegos Xbox de Microsoft utiliza una variante de la familia Pentium III/Mobile Celeron en un formato Micro-PGA2 . El identificador sSpec de los chips es SL5Sx, lo que lo hace más similar al procesador Mobile Celeron Coppermine-128 . Comparte con el Celeron Coppermine-128 su  caché L2 de 128 KB y  la tecnología de proceso de 180 nm, pero conserva la asociatividad de caché de 8 vías del Pentium III. ^{[ 10 ]}

Aunque su nombre en clave podría dar la impresión de que utilizaba interconexiones de cobre , en realidad, sus interconexiones eran de aluminio.

Esta revisión es un paso intermedio entre Coppermine y Tualatin, ya que este último admite lógica de sistema de menor voltaje, pero la alimentación principal se mantiene dentro de las especificaciones de voltaje previamente definidas del primero, por lo que podría funcionar en placas base más antiguas.

Intel utilizó los últimos chips FC-PGA2 Coppermine con la revisión cD0 y los modificó para que funcionaran con un bus de sistema de bajo voltaje a 1,25 V AGTL , además de los niveles de señal AGTL+ normales de 1,5 V , y detectaran automáticamente la sincronización diferencial o de un solo extremo. Esta modificación los hizo compatibles con las placas base Socket 370 de última generación que admiten procesadores Tualatin, manteniendo la compatibilidad con placas Socket 370 anteriores. El Coppermine T también tenía capacidades de multiprocesamiento simétrico bidireccional, pero solo en placas Tualatin.

Se pueden distinguir de los procesadores Tualatin por sus números de pieza, que incluyen los dígitos "80533", por ejemplo, el  número de pieza del SL5QK de 1133 MHz es RK80533PZ006256, mientras que el  número de pieza del SL5QJ de 1000 MHz es RK80533PZ001256. ^{[ 11 ]}

La tercera revisión, Tualatin (80530), fue una prueba para el nuevo  proceso de 130 nm de Intel. Los Pentium III basados ​​en Tualatin se lanzaron durante 2001 hasta principios de 2002 a velocidades de 1,0, 1,13, 1,2, 1,26, 1,33 y 1,4  GHz. Una reducción básica de Coppermine, no se agregaron nuevas características, excepto una lógica de precarga de datos agregada similar a Pentium 4 y Athlon XP para un mejor uso potencial de la caché L2, aunque su uso comparado con estas CPU más nuevas es limitado debido al ancho de banda FSB relativamente menor (FSB todavía se mantuvo en 133  MHz). ^{[ 12 ]} Se produjeron variantes con caché L2 de 256 y 512  KB, esta última denominada Pentium III-S; esta variante estaba destinada principalmente a servidores de bajo consumo de energía y también presentaba soporte SMP exclusivamente dentro de la línea Tualatin.

Aunque se mantuvo la designación Socket 370, el uso de señalización AGTL de 1,25 V en lugar de AGTL+ de 1,5 V hizo que las placas base anteriores fueran incompatibles. ^{[ 12 ]} Esta confusión se extendió a la nomenclatura del chipset, donde solo el B-stepping del chipset i815 era compatible con los procesadores Tualatin. ^{[ 13 ]} Intel también diseñó una nueva directriz VRM, la versión 8.5, que requería pasos de voltaje más finos e introdujo Vcore de línea de carga (en lugar de voltaje fijo independientemente de la corriente en 8.4). ^{[ 14 ] [ 15 ] [ 16 ]} Algunos fabricantes de placas base marcaron el cambio con sockets azules (en lugar de blancos) y a menudo también eran retrocompatibles con las CPU Coppermine.

El chip Tualatin también sirvió de base para el popular procesador móvil Pentium III-M, que se convirtió en el chip móvil de gama alta de Intel (el Pentium 4 consumía mucha más energía, por lo que no era adecuado para esta función) durante los dos años siguientes. Este chip ofrecía un buen equilibrio entre consumo de energía y rendimiento, encontrando así un lugar tanto en portátiles de alto rendimiento como en la categoría de portátiles ultraligeros.

El Pentium III basado en Tualatin tuvo un buen rendimiento en algunas aplicaciones en comparación con el Pentium 4 basado en Willamette, el más rápido, e incluso con los Athlon basados ​​en Thunderbird. A pesar de esto, su atractivo era limitado debido a la incompatibilidad con los sistemas existentes, y el único chipset de Intel compatible oficialmente con los Tualatin, el i815, solo podía manejar 512 MB de RAM, en comparación con 1 GB de RAM registrada con el antiguo chipset 440BX , que era incompatible . Sin embargo, la comunidad de entusiastas encontró la manera de hacer funcionar los Tualatin en placas base con el chipset BX, que por aquel entonces eran muy comunes, aunque a menudo era una tarea compleja que requería ciertos conocimientos técnicos.

Los procesadores Pentium III basados ​​en Tualatin generalmente se pueden distinguir visualmente de los procesadores basados ​​en Coppermine por el disipador de calor integrado (IHS) de metal fijado en la parte superior del paquete. Sin embargo, los últimos modelos de Pentium III Coppermine también presentaban el IHS; de hecho, el disipador de calor integrado es lo que distingue el paquete FC-PGA2 del FC-PGA ; ambos son para placas base Socket 370. ^{[ 17 ]}

Antes de la incorporación del disipador de calor, a veces resultaba difícil instalar un disipador en un Pentium III. Había que tener cuidado de no ejercer presión sobre el núcleo en ángulo, ya que esto podía provocar que los bordes y las esquinas del núcleo se agrietaran y dañar la CPU. También era a veces difícil lograr un contacto plano entre las superficies de la CPU y el disipador, un factor crucial para una buena transferencia de calor. Esto se volvió cada vez más complicado con las CPU Socket 370, en comparación con sus predecesoras Slot 1 , debido a la fuerza necesaria para montar un disipador basado en el socket y al mecanismo de montaje más estrecho de dos lados (Slot 1 contaba con un montaje de cuatro puntos). Por ello, y dado que el  Tualatin de 130 nm tenía una superficie de núcleo aún menor que el  Coppermine de 180 nm, Intel instaló el disipador de calor metálico en el Tualatin y en todos los procesadores de escritorio posteriores.

El núcleo Tualatin recibió su nombre del valle y el río Tualatin en Oregón, donde Intel tiene grandes instalaciones de fabricación y diseño.

Dado que Katmai se construyó en el mismo  proceso de 250 nm que Pentium II "Deschutes", tuvo que implementar Streaming SIMD Extensions (SSE) utilizando un mínimo de silicio. ^{[ 18 ]} Para lograr este objetivo, Intel implementó la arquitectura de 128 bits mediante el doble ciclo de las rutas de datos existentes de 64 bits y fusionando la unidad multiplicadora SIMD-FP con el multiplicador FPU escalar x87 en una sola unidad. Para utilizar las rutas de datos existentes de 64 bits, Katmai emite cada instrucción SIMD-FP como dos μops . Para compensar parcialmente la implementación de solo la mitad del ancho arquitectónico de SSE, Katmai implementa el sumador SIMD-FP como una unidad separada en el segundo puerto de despacho. Esta organización permite que la mitad de una multiplicación SIMD y la mitad de una suma SIMD independiente se emitan juntas, lo que devuelve el rendimiento máximo a cuatro operaciones de punto flotante por ciclo, al menos para código con una distribución uniforme de multiplicaciones y sumas. ^{[ 4 ] [ 19 ]}

El problema radicaba en que la implementación de hardware de Katmai contradecía el modelo de paralelismo implícito en el conjunto de instrucciones SSE. Los programadores se enfrentaban a un dilema de planificación de código: "¿Debería optimizarse el código SSE para los recursos de ejecución limitados de Katmai o para un futuro procesador con más recursos?". Las optimizaciones SSE específicas de Katmai ofrecían el mejor rendimiento posible en la familia Pentium III, pero resultaban subóptimas para Coppermine en adelante, así como para futuros procesadores Intel, como las series Pentium 4 y Core.

The Pentium III was the first x86 CPU to include a unique, retrievable identification number called Processor Serial Number (PSN). A Pentium III's PSN can be read by software^[20] through the CPUID instruction if this feature has not been disabled through the BIOS.

On November 29, 1999, the Science and Technology Options Assessment (STOA) Panel of the European Parliament, following their report on electronic surveillance techniques asked parliamentary committee members to consider legal measures that would "prevent these chips from being installed in the computers of European citizens."^[21]

Intel eventually removed the PSN feature from Tualatin-based Pentium IIIs, and the feature was absent in Pentium 4 and Pentium M.

A largely equivalent feature, the Protected Processor Identification Number (PPIN) was later added to x86 CPUs with little public notice, starting with Intel's Ivy Bridge architecture and compatible Zen 2 AMD CPUs. It is implemented as a set of model-specific registers and is useful for machine check exception handling.^[22]

A new feature was added to the Pentium III: a hardware-based random number generator.^[23][24] This hardware RNG uses multiple oscillators that mix their signals; the resulting unusual waveform is then sampled at irregular intervals.^[25]