它包含了崭新的64位技术（AMD64的实现，英特尔称为EM64T）、XD、EIST（英特尔增强SpeedStep技术）以及2MB的L2缓存。 然而，增加缓存带来的优势大部分被更高的缓存门槛、EM64T模式下的双字大小所抵消。 双倍的缓存与其说是为了加快速度，不如说是为了提供同样的空间以保证64位模式下的性能。 英特尔也发布了一系列支持EM64T的Prescott产品，它们是AMD64对于x86体系的64位扩充的 英特尔实现方法。
Pentium III仍然保持英特尔最卖座的芯片，Athlon的销售也稍稍领先于Pentium 4。 奔腾 4 处理器使用能够在方波四个状态（上升、峰值、下降和谷值）传送数据的前端总线，而不是像以前的处理器那样使用一个状态，这样控制时钟的方波频率是FSB频率的四分之一。 400、533、800和1066 MT每秒的总线使用的是100、 133、200和266MHz的方波。 在办公室应用中，极致版总体上比Northwood慢一点儿，这是由于L3缓存增加了门槛值。 一些游戏程序受益于增加的缓存，尤其是那些基于Quake III和Unreal引擎的游戏。 然而，提升最大的是在多媒体编码领域，在这里它不仅比奔腾4要快，而且比两款Athlon 64快。
pentium4: 命名空间
在2001年1月，一个频率更低的1.3GHz型芯片也加入到这个系列，但在随后的12个月中，英特尔慢慢追上了AMD的领先地位。 2001年4月英特尔推出了1.7GHz的P4，它是第一个性能明显优于Pentium III的芯片。 2001年7月英特尔推出了1.6和1.8GHz的型号，在8月它推出了1.9和2.0GHz的Pentium 4。 在这个月中，它发布了一款新的能够支持廉价PC133 SDRAM的芯片组。 尽管使用SDRAM将比RDRAM慢很多，PC133比较低廉的价格这样一个事实带来了Pentium 4销售的大幅增长，几乎是一夜之间就将Pentium III从市场销售首位的位置赶了下去。
英特尔已经在x86CPU性能上保持了16年的领先位置，在AMD Athlon发布之前只出现过两次短暂的例外。 许多业界专家认为，最初的1.4和1.5GHz P4的发布只是在产品真正完善之前的一个权宜之计。 根据这些专家的观点，Willamette的发布是因为当时竞争产品AMD AthlonThunderbird性能已经超过了Pentium III，并且英特尔对于Pentium III的改进还不现实。
pentium4: 命名空間
尽管英特尔宣称极致版主要面向游戏人员，人们认为这是英特尔试图减弱Athlon 64发布的震撼一种努力，将它戏称为“紧急版本”。 令人奇怪的是，尽管很多人批评英特尔从至强系列拼凑技术，但是很少有人批评AMD，AMD在它们的Athlon 64 FX上使用了同样的方法（它与Opteron的差别甚至少于极致版与至强 MP的区别）。 3.06GHz的处理器支持超线程（首次出现在至强处理器中），它允许多个线程同时运行，它通过复制处理器的一部分让操作系统认为有两个逻辑处理器来实现。 在所有的Northwood CPU中都有超线程机制，但是只在3.06GHz型号中允许使用。 在性能测试中，Willamette的表现有点儿让分析人士失望，因为它不仅在所有的测试环境中不能超过Athlon和最高频率的Pentium III，而且很明显它并不优于低端的AMD Duron。 尽管售价为819美元（1000颗的批发价），它的销售表现一般但是增长势头可观，这在一定程度上是由于需要相对较昂贵的Rambus动态随机存储器（RDRAM）所致。
当时，人们仅仅希望Willamette在面世时能够突破1GHz的屏障。 然而，当Pentium III发布以后，很明显英特尔不能将Willamette称为Pentium III。 由于它的架构与Pentium III相比有很大的不同，Pentium 4采用NetBurst架构，它被命名为Pentium 4，这也终结了英特尔以罗马数字命名的规则。 令业界观察人士感到意外的是，Pentium 4没有在“整数处理速度”和“浮点性能”这两个标准重要性能之一上比之前的P6架构设计有任何提升。 与英特尔的传统保持一致的是，Pentium 4也有低端Celeron〔通常称为Celeron 4〕及Celeron版本和用于SMP配置的高端至强〔至强〕版本。 5x0J系列（以及相应的低端版本5x5J系列和5x9J系列）为英特尔处理器产品线引进了XD bit（eXecute Disable）或执行禁止位。
2005年11月14日，英特尔发布了带有VT（虚拟技术，代号为“Vanderpool”）的Prescott 2M处理器。 英特尔只发布了两款这种分别运行于3.6GHz 和 3.8GHz的Prescott 2M处理器：662和672。 6xx系列的Prescott 2M处理器为了加速用于如视频编辑等多线程软件的处理器，它们都包含有超线程技术。 5×0、5x0J和5×1 Prescott为了加速一些诸如视频编辑这样使用多线程软件的处理器都集成有超线程技术。
pentium4: 奔腾4注意事项
绰号为Smithfield内核的第一款Pentium D处理器使两个相连的Prescott内核。 英特尔开发人员通过让每个内核工作在极低的时钟频率实现了降低了从Prescott的电力消耗（115瓦）的大幅度增加。 极致版工作在3.2GHz，主流型号的频率分别为3.2、3.0和2.8GHz。 除805使用533MHz FSB外，其他基于Smithfield的处理器都使用800MHz的FSB。 英特尔在2005年第一季度发布了代号为“Prescott 2M”的编号6×0的新版Prescott内核。
Northwood将二级缓存的大小从256KB增加到了512KB（晶体管数量从4200万增加到5500万）并且使用了130纳米制造工艺。 使用更小晶体管制造的芯片能够在同样的速度产生更少的热量，或者工作在更高的时钟频率。 不幸的是，对于许多用户来说，这个新的芯片不能用来升级旧的系统，因为它需要一个新的插座（Socket 478），虽然后来又制造了能够让Socket 423使用Northwood处理器的转换器。 英特尔将在2006年第一季度发布代号为’Cedar Mill’的最后一个奔腾4版本。 有86W TDP的Cedar Mill有望解决Prescott的过热问题。
不同于Pentium II、Pentium III和各种Celeron处理器，因为是全新设计的产品，所以与Pentium Pro的关联很小。 值得注意的是，Pentium 4有着非常快速到400MHz的前端总线，之后更有提升到533MHz、800MHz。 它其实是一个为100MHz的四条并列总线(100Mhz x4 并列)，因此理论上它可以传送比一般总线多四倍的容量，所以号称有400MHz的速度。
Cedar Mill有一个65nm工艺的内核，带有31级的流水线（同Prescott一样）、800MHz的FSB、EM64T、超线程和虚拟技术。 Cedar Mill将作为从频率2.8GHz到3.8GHz的奔腾6×1和6×3发布，如果市场足够大的话，英特尔将会发布4.0GHz或者更高时钟频率的芯片。 当内核电压超过1.7V时，处理器将随时间延长逐渐变得不稳定，直至最后坏掉完全不能再用。 人们认为这是由于电子迁移这种物理现象导致的，其中CPU的内部通路由于过度的电子能量随着时间逐步退化。 这也被称为Northwood突然死亡症（SuddenNorthwoodDeathSyndrome）。 新型的Mobile P4采90纳米工艺，最高时钟高达3.4GHz以及1MB的L2高速缓存。
- 在性能测试中，Willamette的表现有点儿让分析人士失望，因为它不仅在所有的测试环境中不能超过Athlon和最高频率的Pentium III，而且很明显它并不优于低端的AMD Duron。
- 它其实是一个为100MHz的四条并列总线(100Mhz x4 并列)，因此理论上它可以传送比一般总线多四倍的容量，所以号称有400MHz的速度。
- 根据这些专家的观点，Willamette的发布是因为当时竞争产品AMD AthlonThunderbird性能已经超过了Pentium III，并且英特尔对于Pentium III的改进还不现实。
- 英特尔使用一个深度的指令流水线来实现这个目标，同其它如Pentium III和Athlon那样的CPU相比Pentium 4降低了每个时钟周期能够处理的实际工作数目，但是它能够以更高的时钟速度工作。
AMD Athlon的前端总线则有266MHz的速度（133MHz双倍并列总线）。 紧接着产品发布之后，人们就发现Prescott每个时钟周期比Northwood多产生大约60%的热量，几乎所有的评论都是负面的。 插座类型的转换（从Socket 478到LGA775）原本希望能够将发热降低到可以接受的水平，但是实际上却是产生了相反的效果，同时功率消耗也增加的大约10%。 但是，LGA775涉及的降温和安装系统是一种更好的设计，所以平均温度有轻微的降低。 英特尔工程师随后对处理器进行的修改工作有望降低平均温度，但是这除了降低速度等级之外从来也没有先例。
英特尔使用一个深度的指令流水线来实现这个目标，同其它如Pentium III和Athlon那样的CPU相比Pentium 4降低了每个时钟周期能够处理的实际工作数目，但是它能够以更高的时钟速度工作。 AMD则采用所谓的PR值来标示与Pentium 4相对应的Athlon XP处理器。 并且是继1995年出品的Pentium Pro之后的第一款重新设计过的处理器，这一新的架构称做NetBurst。 首款产品代码为：Willamette，拥有1.4GHz左右的内核时钟，并使用Socket 423脚位架构，首款处理器于2000年11月发布。
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