Intel P6 / Pentium Pro 第1世代 (1995年)（インテルピーシックス）
Intel P6は1995年11月Intel発表のPentium Pro/II/III マイクロアーキテクチャ系統の基礎で アウト・オブ・オーダー実行 (OOO) ・3命令同時発行・L2キャッシュオンパッケージ統合採用しサーバ/ワークステーション向け32bit x86 CPU革命となった。
Intel P6 / Pentium Pro 第1世代 (1995年)
概要
Intel P6は1995年11月1日Intel発表のPentium Pro 第1世代マイクロアーキテクチャでPentium (P5) の進化版としてアウト・オブ・オーダー実行 (OOO・Out-of-Order) ・3命令同時発行 (3-way superscalar) ・14段パイプライン・分岐予測強化・L2キャッシュオンパッケージ統合 (デュアルダイMCM 256KB-1MB) を採用しサーバ/ワークステーション向けx86 CPU革命となった。0.6μm BiCMOS・550万トランジスタ・150-200MHz動作。後継Pentium II (1997 Klamath) ・Pentium III (1999 Coppermine) ・Pentium M (2003 Banias) と派生しIntel Coreアーキテクチャ (2006 Conroe) の基礎となった重要アーキテクチャ。
主な特徴・仕組み
- 発表: 1995年11月1日Intel・コードネーム「P6」
- アーキテクチャ: x86 32bit・OOO 3-way superscalar
- L1 キャッシュ: 16KB (命令8KB+データ8KB)
- L2 キャッシュ: 256KB-1MB オンパッケージ (デュアルダイMCM)
- パイプライン: 14段 (P5の5段→3倍深化)
- OOO 実行: 40-entry Reorder Buffer・Register Renaming
- 分岐予測: 4-way Set-Associative Branch Target Buffer (BTB)
- 動作周波数: 150-200MHz
- プロセス: 0.6μm BiCMOS (1995-1996) →0.35μm (1996-1998)
- トランジスタ: 550万 (P6 ダイ) +1500万 (L2 256KB) =2050万
- 電圧: 3.3V
- ソケット: Socket 8 (P6専用)
- TDP: 23-35W
- 発売価格: $1,989 (200MHz/256KB 1995年) ・現代¥350,000相当
P6 派生世代
| 世代 | 年 | プロセス | 周波数 | 主な変更 |
|---|---|---|---|---|
| Pentium Pro | 1995 | 0.6/0.35μm | 150-200MHz | OOO・L2 オンパッケージ |
| Pentium II (Klamath) | 1997 | 0.35μm | 233-300MHz | Slot 1・MMX・L2 別ダイ |
| Pentium II (Deschutes) | 1998 | 0.25μm | 266-450MHz | 0.25μm shrink |
| Pentium III (Katmai) | 1999 | 0.25μm | 450-600MHz | SSE命令70追加 |
| Pentium III (Coppermine) | 1999 | 0.18μm | 500-1133MHz | L2 256KB オンダイ |
| Pentium III (Tualatin) | 2001 | 0.13μm | 1000-1400MHz | L2 512KB |
| Pentium M (Banias) | 2003 | 0.13μm | 900-1700MHz | モバイル向け省電力 |
| Pentium M (Dothan) | 2004 | 90nm | 1400-2266MHz | Centrino プラットフォーム |
OOO (アウト・オブ・オーダー実行) の革新性
P5 (Pentium) のIn-Order 実行に対してP6 はOOO 採用:
- Reorder Buffer (ROB) 40-entry: 命令を依存関係に応じて並べ替え
- Register Renaming: 偽の依存性 (WAR/WAW) 解消
- Reservation Station: 命令キューイング・実行ユニット並列利用
- In-Order Retire: 結果は元の順序でコミット (例外処理整合性確保)
採用システム (1995-1998年)
- Compaq ProLiant 5000/6000: ワークステーション・サーバ標準
- IBM RS/6000: 一部Pentium Pro採用ワークステーション
- HP NetServer: 高性能サーバ
- ASCI Red Supercomputer (1996): 米国Sandia研究所・9,000+ Pentium Pro 200MHz・初の1 TFLOPS 超
- DEC AlphaStation競合: WindowsNT/Linux 環境で台頭
L2 キャッシュオンパッケージの革新
1995年当時マザーボード搭載 L2 キャッシュ (256KB-1MB) は L1 比100倍遅延:
- P6 革新: L2 を CPU パッケージに統合 (デュアルダイMCM)
- 遅延短縮: 100ns→30ns (3倍高速)
- 後継Pentium II: L2 を別ダイで Slot 1 カートリッジ化 (1/2 frequency)
- Pentium III Coppermine (1999): L2 完全オンダイ化 (フル frequency)
歴史的意義
- OOO x86 の幕開け: スーパースカラ→OOO への進化・後続CPU全社採用
- サーバ/ワークステーション分離: 民生Pentium vs プロPentium Pro 製品階層化
- L2 オンダイ化への布石: Coppermine (1999) でフル frequency L2 達成・現代CPU標準
- Core アーキの祖先: Pentium M (P6 派生) →Core (2006) →Core 2 (2006) →現代Coreシリーズ
- ASCI Red TFLOPS 達成: 1996年初の1 TFLOPS HPC・Pentium Pro 9,000+ 並列構成
関連技術との違い
| 項目 | P5 Pentium (1993) | P6 Pentium Pro (1995) | NetBurst (2000) |
|---|---|---|---|
| 実行方式 | In-Order 2-way | OOO 3-way superscalar | OOO 3-way (深いパイプ) |
| パイプライン | 5段 | 14段 | 20-31段 |
| L2 キャッシュ | 外部 (マザー) | オンパッケージ統合 | オンダイ |
| TDP | 14-17W | 23-35W | 50-130W |
| 用途 | 民生PC | サーバ/WS | デスクトップ/サーバ |
よくある質問 (FAQ)
Q1: なぜPentium Pro は16bit コードで遅かったか？ A: P6 OOO は32bit 純粋環境最適化・16bit セグメント変更が頻繁な MS-DOS/Win 3.1 ではセグメントレジスタ再ロードで OOO 再構成が必要で性能低下。WinNT/Linux/OS/2 32bit環境では高性能。
Q2: Pentium Pro と Pentium II の関係は？ A: Pentium II = Pentium Pro + MMX命令拡張+L2 を別ダイ化 (Slot 1 カートリッジ) +0.25μm 化。コア部分のP6 マイクロアーキは同一。Pentium III も基本P6 同系統 (SSE追加) 。
Q3: 現代CPUで P6 の影響は残っているか？ A: 直接的なP6 ファミリーは2006年Core 2 で終了したがOOO 3-way superscalar の基本思想は現代Intel Core (Skylake/Alder/Arrow Lake) ・AMD Zen に継承。特にBranch Prediction/ROB/Register Renaming の概念は全現代CPU基盤。
まとめ
- 1995年Intel発表・Pentium Pro 第1世代
- OOO 3-way superscalar・14段パイプ・L2 オンパッケージ
- Pentium II/III/M 系統の基礎・後Core アーキ祖先
- サーバ/WS 向けx86 CPU 革命・ASCI Red 1 TFLOPS 達成
- 現代CPUの OOO 実行アーキ起源