بنتيوم 3

كان أول إصدار من معالج بنتيوم 3 هو كاتماي (رمز منتج إنتل 80525). وقد مثّل تطويرًا لمعالج ديشوتس بنتيوم 2. شهد بنتيوم 3 زيادة قدرها مليوني ترانزستور مقارنةً ببنتيوم 2. تمثلت الاختلافات في إضافة وحدات تنفيذ ودعم تعليمات SSE، ووحدة تحكم محسّنة لذاكرة التخزين المؤقت L1 (بينما بقيت وحدة تحكم ذاكرة التخزين المؤقت L2 دون تغيير، حيث أُعيد تصميمها بالكامل لبرنامج كوبرماين على أي حال)، وهي المسؤولة عن التحسينات الطفيفة في الأداء مقارنةً بمعالجات ديشوتس بنتيوم 2. طُرح لأول مرة بسرعتي 450 و500 ميجاهرتز في 28 فبراير 1999. ثم أُصدر إصداران آخران: 550 ميجاهرتز في 17 مايو 1999، و600 ميجاهرتز في 2 أغسطس 1999. وفي 27 سبتمبر 1999، أصدرت إنتل معالجي 533B و600B بسرعتي 533 و600 ميجاهرتز على التوالي. يشير اللاحقة "B" إلى أنها تتميز بناقل حركة أمامي بسرعة 133 ميجاهرتز، بدلاً من ناقل الحركة الأمامي بسرعة 100 ميجاهرتز في الطرازات السابقة.      

يحتوي معالج كاتماي على 9.5 مليون ترانزستور، باستثناء ذاكرة التخزين المؤقت L2 بسعة 512 كيلوبايت (والتي تضيف 25 مليون ترانزستور)، وأبعاده 12.3  مم × 10.4  مم (128 ^مم²  ) . يُصنّع بتقنية P856.5 من إنتل، وهي تقنية أشباه موصلات معدنية مؤكسدة تكميلية ( CMOS ) بدقة 250 نانومتر، مع خمسة مستويات من التوصيلات البينية المصنوعة من الألومنيوم . ^{[ 4 ]} استخدم كاتماي نفس تصميم الفتحات المستخدم في بنتيوم II، ولكن مع خرطوشة Slot 1 Single Edge Contact Cartridge (SECC) 2 الأحدث، والتي سمحت بالتلامس المباشر بين نواة المعالج ومشتت الحرارة. وقد صدرت بعض النماذج المبكرة من بنتيوم III بتردد 450 و500 ميجاهرتز، مُغلّفة في خرطوشة SECC قديمة مُخصصة لمصنعي المعدات الأصلية (OEMs).  

كان معالج SL35D بمثابة نقلة نوعية ملحوظة لعشاق التقنية. تم تصنيف هذا الإصدار من معالج Katmai رسميًا بتردد 450  ميجاهرتز، ولكنه غالبًا ما كان يحتوي على رقائق ذاكرة تخزين مؤقتة لطراز 600  ميجاهرتز، وبالتالي يمكنه عادةً العمل بتردد 600  ميجاهرتز.

صدرت النسخة الثانية، التي تحمل الاسم الرمزي Coppermine (رمز منتج إنتل: 80526)، في 25 أكتوبر 1999، بترددات 500، 533، 550، 600، 650، 667، 700، و733  ميجاهرتز. ومن ديسمبر 1999 إلى مايو 2000، أصدرت إنتل معالجات Pentium III بترددات 750، 800، 850، 866، 900، 933، و1000  ميجاهرتز (1  جيجاهرتز). وتم إنتاج طرازين  بتردد ناقل أمامي 100 ميجا نقلة/ثانية و133  ميجا نقلة/ثانية. بالنسبة للطرازات المتوفرة مسبقًا بنفس التردد، أُضيف الحرف "E" إلى اسم الطراز للدلالة على النوى  المصنعة بتقنية 180 نانومتر الجديدة. لاحقًا، أُضيف الحرف "B" للدلالة على  طرازات 133 ميجاهرتز، ليصبح اللاحق "EB". في الأداء العام، تفوق معالج Coppermine بشكل طفيف على معالجات AMD Athlon التي طُرح في نفس الوقت، إلا أن هذا التفوق انقلب عندما قامت AMD بتقليص حجم الشريحة وإضافة ذاكرة تخزين مؤقتة من المستوى الثاني (L2) مدمجة في شريحة Athlon. حافظ Athlon على تفوقه في العمليات الحسابية المكثفة للفاصلة العائمة، بينما كان أداء Coppermine أفضل عند استخدام تحسينات SSE، ولكن عمليًا، لم يكن هناك فرق يُذكر في أداء الشريحتين عند نفس تردد الساعة. مع ذلك، تمكنت AMD من رفع تردد Athlon إلى سرعات أعلى، حيث وصل إلى 1.2  جيجاهرتز قبل إطلاق Pentium 4.

من حيث الأداء، مثّل معالج Coppermine قفزة نوعية مقارنةً بمعالج Katmai، وذلك بفضل تقديمه ذاكرة تخزين مؤقتة من المستوى الثاني (L2) مدمجة، أطلقت عليها إنتل اسم Advanced Transfer Cache (ATC). تعمل ذاكرة ATC بتردد الساعة الأساسية، وتبلغ سعتها 256  كيلوبايت، أي ضعف سعة ذاكرة التخزين المؤقتة المدمجة في معالجات Mendocino Celeron السابقة. وهي ذاكرة ثمانية الاتجاهات ، ويتم الوصول إليها عبر ناقل بيانات مزدوج رباعي الكلمات بعرض 256 بت، أي أربعة أضعاف عرض ناقل Katmai. علاوة على ذلك، انخفض زمن الاستجابة إلى الربع مقارنةً بمعالج Katmai. كما استخدمت إنتل مصطلحًا تسويقيًا آخر هو Advanced System Buffering ، والذي تضمن تحسينات للاستفادة بشكل أفضل من  ناقل النظام بسرعة 133 ميجا نقلة/ثانية. وتشمل هذه التحسينات 6 مخازن مؤقتة للتعبئة (مقابل 4 في Katmai)، و8 مداخل في قائمة انتظار الناقل (مقابل 4 في Katmai)، و4 مخازن مؤقتة للكتابة (مقابل 1 في Katmai). ^{[ 5 ]} تحت ضغط المنافسة من معالج AMD Athlon ، أعادت إنتل تصميم المكونات الداخلية، وأزالت نهائيًا بعضًا من مشكلات توقف خط الأنابيب المعروفة . ونتيجة لذلك، أصبحت التطبيقات المتأثرة بهذه المشكلات تعمل بشكل أسرع على معالج Coppermine بنسبة تصل إلى 30%. احتوى معالج Coppermine على 29 مليون ترانزستور، وصُنع بتقنية 180 نانومتر. 

كان معالج Coppermine متوفرًا بنوعين: FC-PGA ذو 370 طرفًا أو FC-PGA2 للاستخدام مع مقبس 370 ، أو بنوع SECC2 للفتحة 1 (جميع السرعات باستثناء 900 و1100). تتميز معالجات Coppermine من نوع FC-PGA والفتحة 1 بشريحة مكشوفة، إلا أن معظم وحدات المعالجة المركزية ذات الترددات الأعلى، بدءًا من  طراز 866 ميجاهرتز، تم إنتاجها أيضًا بنسخ FC-PGA2 التي تتميز بمشتت حراري مدمج (IHS). لم يُحسّن هذا المشتت الحراري التوصيل الحراري بحد ذاته، لأنه أضاف طبقة أخرى من المعدن والمعجون الحراري بين الشريحة والمشتت الحراري، ولكنه ساعد بشكل كبير في تثبيت المشتت الحراري بشكل مسطح على الشريحة. كانت معالجات Coppermine السابقة التي لا تحتوي على المشتت الحراري المدمج تُصعّب عملية تركيب المشتت الحراري. ^{[ 6 ]} إذا لم يكن المشتت الحراري مثبتًا بشكل مسطح على الشريحة، انخفضت كفاءة نقل الحرارة بشكل كبير. بدأ بعض مصنعي المشتتات الحرارية بتوفير وسادات على منتجاتهم، على غرار ما فعلته AMD مع معالج Athlon "Thunderbird"، لضمان تثبيت المشتت الحراري بشكل مسطح. وصل الأمر بمجتمع المتحمسين إلى حد إنشاء طبقات وسيطة للمساعدة في الحفاظ على واجهة مسطحة. ^{[ 7 ]}

 صدرت نسخة بسرعة 1.13 جيجاهرتز (S-Spec SL4HH) في منتصف عام 2000، ولكن تم سحبها لاحقًا بعد أن كشف تعاون بين موقعي HardOCP و Tom's Hardware ^{[ 8 ]} عن العديد من المشاكل المتعلقة بتشغيل هذه السرعة الجديدة لوحدة المعالجة المركزية. لم يتمكن معالج Coppermine من الوصول إلى  سرعة 1.13 جيجاهرتز بثبات إلا بعد إجراء تعديلات على الشفرة البرمجية الدقيقة للمعالج، وتحسين التبريد، ورفع الجهد الكهربائي (1.75 فولت بدلًا من 1.65 فولت)، واستخدام منصات مُختبرة خصيصًا. ^{[ 8 ]} دعمت إنتل المعالج رسميًا فقط على لوحتها الأم VC820 i820 ، ولكن حتى هذه اللوحة الأم أظهرت عدم استقرار في الاختبارات المستقلة التي أجرتها مواقع مراجعة الأجهزة. في الاختبارات المعيارية المستقرة، كان الأداء دون المستوى المطلوب، حيث كانت  سرعة المعالج 1.13 جيجاهرتز تُعادل سرعة معالج 1.0  جيجاهرتز. عزا موقع Tom's Hardware هذا النقص في الأداء إلى عدم ضبط المعالج واللوحة الأم بشكل دقيق لتحسين الاستقرار. ^{[ 9 ]} احتاجت شركة Intel إلى ستة أشهر على الأقل لحل المشاكل باستخدام خطوة cD0 جديدة وأعادت إصدار إصدارات 1.1  جيجاهرتز و 1.13  جيجاهرتز في عام 2001.

يستخدم جهاز ألعاب إكس بوكس ​​من مايكروسوفت نسخة معدلة من عائلة معالجات بنتيوم 3/موبايل سيليرون، بتصميم مايكرو-PGA2 . ويُعرف هذا المعالج في مواصفاته باسم SL5Sx، مما يجعله أقرب إلى معالج موبايل سيليرون كوبرماين-128 . ويشترك مع معالج كوبرماين-128 سيليرون  في ذاكرة التخزين المؤقت من المستوى الثاني (L2) بسعة 128 كيلوبايت،  وتقنية تصنيع 180 نانومتر، ولكنه يحتفظ بخاصية ربط الذاكرة المؤقتة ثمانية الاتجاهات الموجودة في معالج بنتيوم 3. ^{[ 10 ]}

على الرغم من أن اسمها الرمزي قد يوحي بأنها تستخدم وصلات نحاسية ، إلا أن وصلاتها في الواقع كانت مصنوعة من الألومنيوم.

هذا التعديل هو خطوة وسيطة بين Coppermine و Tualatin، مع دعم منطق النظام ذي الجهد المنخفض الموجود في الأخير ولكن الطاقة الأساسية ضمن مواصفات الجهد المحددة مسبقًا للأول بحيث يمكن أن يعمل في لوحات النظام القديمة.

استخدمت إنتل أحدث معالجات FC-PGA2 Coppermine بتقنية cD0، وأجرت عليها تعديلات لتتوافق مع تشغيل ناقل النظام بجهد منخفض عند 1.25 فولت AGTL، بالإضافة إلى مستويات الإشارة العادية 1.5 فولت AGTL+ ، مع خاصية الكشف التلقائي عن التوقيت التفاضلي أو أحادي الطرف. هذا التعديل جعلها متوافقة مع أحدث جيل من لوحات Socket 370 التي تدعم معالجات Tualatin، مع الحفاظ على التوافق مع لوحات Socket 370 الأقدم. كما تميزت معالجات Coppermine T بقدرات المعالجة المتعددة المتناظرة ثنائية الاتجاه، ولكن فقط في لوحات Tualatin.

يمكن تمييزها عن معالجات توالاتين من خلال أرقام أجزائها، والتي تتضمن الأرقام "80533"، على سبيل المثال، رقم  جزء SL5QK بتردد 1133 ميجاهرتز هو RK80533PZ006256، بينما  رقم جزء SL5QJ بتردد 1000 ميجاهرتز هو RK80533PZ001256. ^{[ 11 ]}

كان الإصدار الثالث، توالاتين (80530)، بمثابة تجربة لعملية التصنيع الجديدة من إنتل بتقنية 130  نانومتر. طُرحت معالجات بنتيوم 3 المبنية على توالاتين خلال عام 2001 وحتى أوائل عام 2002 بسرعات 1.0، 1.13، 1.2، 1.26، 1.33، و1.4  جيجاهرتز. كان هذا الإصدار نسخة مصغرة من معالج كوبرماين، ولم تُضَف إليه أي ميزات جديدة، باستثناء إضافة منطق جلب البيانات المسبق المشابه لمعالجي بنتيوم 4 وأثلون إكس بي لتحسين استخدام ذاكرة التخزين المؤقت من المستوى الثاني (L2)، على الرغم من أن استخدامه محدود مقارنةً بهذه المعالجات الأحدث نظرًا لعرض نطاق ناقل النظام الأمامي (FSB) الأصغر نسبيًا (حيث بقي FSB عند 133  ميجاهرتز). ^{[ 12 ]} أُنتِجت نسخ أخرى بذاكرة تخزين مؤقت من المستوى الثاني (L2) بسعة 256 و512  كيلوبايت، وأُطلق على الأخيرة اسم بنتيوم 3-إس (Pentium III-S)؛ وقد صُممت هذه النسخة بشكل أساسي للخوادم منخفضة استهلاك الطاقة، كما تميزت بدعمها الحصري لتقنية المعالجة المتعددة المتناظرة (SMP) ضمن سلسلة توالاتين.

على الرغم من الإبقاء على تسمية Socket 370، إلا أن استخدام إشارة 1.25 فولت AGTL بدلاً من 1.5 فولت AGTL+ جعل اللوحات الأم السابقة غير متوافقة. ^{[ 12 ]} وامتد هذا الالتباس إلى تسمية مجموعة الشرائح، حيث كانت شريحة i815 من الجيل B فقط متوافقة مع معالجات Tualatin. ^{[ 13 ]} كما صممت إنتل دليلًا جديدًا لوحدة تنظيم الجهد (VRM)، الإصدار 8.5، والذي تطلب خطوات جهد أدق، وقدم لأول مرة جهد Vcore المعتمد على خط الحمل (بدلاً من الجهد الثابت بغض النظر عن التيار في الإصدار 8.4). ^{[ 14 ] [ 15 ] [ 16 ]} وقد ميز بعض مصنعي اللوحات الأم هذا التغيير بمقابس زرقاء (بدلاً من البيضاء)، وكانت هذه اللوحات متوافقة أيضًا مع معالجات Coppermine.

شكّل معالج توالاتين أيضاً الأساس لمعالج بنتيوم 3-إم المحمول الشهير، والذي أصبح شريحة إنتل الرائدة في مجال الأجهزة المحمولة (حيث كان معالج بنتيوم 4 يستهلك طاقة أكبر بكثير، وبالتالي لم يكن مناسباً لهذا الدور) على مدى العامين التاليين. وقدّمت الشريحة توازناً جيداً بين استهلاك الطاقة والأداء، مما أهّلها لدخول كلٍ من أجهزة الكمبيوتر المحمولة عالية الأداء وفئة الأجهزة "الخفيفة والنحيفة".

أظهر معالج بنتيوم 3 المبني على معمارية توالاتين أداءً جيدًا في بعض التطبيقات مقارنةً بمعالج بنتيوم 4 الأسرع المبني على معمارية ويلاميت، وحتى معالجات أثلون المبنية على معمارية ثندربيرد. مع ذلك، كان انتشاره محدودًا بسبب عدم توافقه مع الأنظمة الموجودة، كما أن شريحة i815، وهي الشريحة الوحيدة المدعومة رسميًا من إنتل لمعالجات توالاتين، لم تكن تدعم سوى 512 ميجابايت من ذاكرة الوصول العشوائي (RAM)، مقارنةً بـ 1 جيجابايت من ذاكرة الوصول العشوائي المسجلة مع شريحة 440BX الأقدم وغير المتوافقة . مع ذلك، وجد مجتمع المتحمسين طريقة لتشغيل معالجات توالاتين على اللوحات الأم التي تعتمد على شريحة BX، والتي كانت منتشرة آنذاك، على الرغم من أن ذلك كان غالبًا مهمة معقدة تتطلب بعض المهارات التقنية.

يمكن عادةً تمييز معالجات بنتيوم 3 المبنية على معمارية توالاتين بصريًا عن المعالجات المبنية على معمارية كوبرماين من خلال مشتت الحرارة المعدني المدمج (IHS) المثبت أعلى المعالج. مع ذلك، احتوت الطرازات الأخيرة من معالجات بنتيوم 3 كوبرماين أيضًا على مشتت الحرارة المدمج - وهو في الواقع ما يميز حزمة FC-PGA2 عن حزمة FC-PGA - وكلاهما مصمم للوحات الأم ذات مقبس 370. ^{[ 17 ]}

قبل إضافة مشتت الحرارة، كان تركيب مشتت الحرارة على معالج بنتيوم 3 صعبًا في بعض الأحيان. كان لا بد من توخي الحذر لتجنب الضغط على النواة بزاوية، لأن ذلك كان يتسبب في تشقق حوافها وزواياها، ما قد يؤدي إلى تلف وحدة المعالجة المركزية. كما كان من الصعب أحيانًا تحقيق تلامس مستوٍ بين سطحي وحدة المعالجة المركزية ومشتت الحرارة، وهو عامل بالغ الأهمية لنقل الحرارة بكفاءة. ازداد هذا الأمر صعوبةً مع معالجات Socket 370، مقارنةً بمعالجات Slot 1 السابقة، نظرًا للقوة المطلوبة لتركيب مبرد قائم على المقبس وآلية التثبيت الأضيق ذات الجانبين (بينما كانت Slot 1 تعتمد على التثبيت بأربع نقاط). ونتيجةً لذلك، ولأن معالج  Tualatin بتقنية 130 نانومتر يتميز بمساحة سطح نواة أصغر من  معالج Coppermine بتقنية 180 نانومتر، قامت إنتل بتركيب مشتت الحرارة المعدني على معالج Tualatin وجميع معالجات سطح المكتب اللاحقة.

تمت تسمية نواة توالاتين نسبة إلى وادي توالاتين ونهر توالاتين في ولاية أوريغون، حيث تمتلك شركة إنتل مرافق تصنيع وتصميم كبيرة.

بما أن معالج Katmai صُمم بنفس تقنية 250  نانومتر المستخدمة في معالج Pentium II "Deschutes"، فقد كان عليه تطبيق تقنية Streaming SIMD Extensions (SSE) باستخدام أقل قدر ممكن من السيليكون. ^{[ 18 ]} ولتحقيق هذا الهدف، طبقت إنتل بنية 128 بت من خلال مضاعفة دورات مسارات البيانات 64 بت الموجودة، ودمج وحدة ضرب SIMD-FP مع وحدة ضرب FPU العددية x87 في وحدة واحدة. وللاستفادة من مسارات البيانات 64 بت الموجودة، يُصدر معالج Katmai كل تعليمة SIMD-FP على شكل عمليتين ميكروية (μops) . وللتعويض جزئيًا عن تطبيق نصف عرض بنية SSE فقط، يُنفذ معالج Katmai وحدة جمع SIMD-FP كوحدة منفصلة على منفذ الإرسال الثاني. يسمح هذا التنظيم بإصدار نصف عملية ضرب SIMD ونصف عملية جمع SIMD مستقلة معًا، مما يُعيد ذروة الإنتاجية إلى أربع عمليات فاصلة عائمة لكل دورة - على الأقل بالنسبة للبرامج ذات التوزيع المتساوي لعمليات الضرب والجمع. ^{[ 4 ] [ 19 ]}

كانت المشكلة تكمن في أن التنفيذ المادي لمعالج كاتماي يتعارض مع نموذج التوازي الذي تنص عليه مجموعة تعليمات SSE. وواجه المبرمجون معضلة في جدولة التعليمات البرمجية: "هل ينبغي تحسين كود SSE ليتناسب مع موارد التنفيذ المحدودة لمعالج كاتماي، أم ينبغي تحسينه لمعالج مستقبلي بموارد أكبر؟" وقد حققت تحسينات SSE الخاصة بمعالج كاتماي أفضل أداء ممكن من عائلة بنتيوم 3، لكنها لم تكن مثالية لمعالجات كوبرماين وما بعدها، وكذلك لمعالجات إنتل المستقبلية، مثل بنتيوم 4 وسلسلة كور.

كان معالج بنتيوم 3 أول معالج x86 يتضمن رقم تعريف فريدًا وقابلًا للاسترجاع يُسمى رقم المعالج التسلسلي (PSN). يمكن قراءة رقم المعالج التسلسلي لمعالج بنتيوم 3 بواسطة البرامج ^{[ 20 ]} من خلال تعليمة CPUID إذا لم يتم تعطيل هذه الميزة من خلال BIOS .

في 29 نوفمبر 1999، طلبت لجنة تقييم خيارات العلوم والتكنولوجيا (STOA) التابعة للبرلمان الأوروبي ، في أعقاب تقريرها عن تقنيات المراقبة الإلكترونية، من أعضاء اللجنة البرلمانية النظر في التدابير القانونية التي من شأنها "منع تثبيت هذه الرقائق في أجهزة الكمبيوتر الخاصة بالمواطنين الأوروبيين". ^{[ 21 ]}

قامت شركة إنتل في النهاية بإزالة ميزة PSN من معالجات Pentium III القائمة على Tualatin، وكانت هذه الميزة غائبة في معالجات Pentium 4 و Pentium M.

أُضيفت ميزة رقم تعريف المعالج المحمي (PPIN)، وهي ميزة مكافئة إلى حد كبير، لاحقًا إلى وحدات المعالجة المركزية x86 دون إعلان يُذكر، بدءًا من معمارية Ivy Bridge من إنتل ووحدات المعالجة المركزية Zen 2 المتوافقة من AMD. ويتم تنفيذها كمجموعة من السجلات الخاصة بكل طراز ، وهي مفيدة لمعالجة استثناءات فحص الجهاز . ^{[ 22 ]}

أُضيفت ميزة جديدة إلى معالج بنتيوم 3: مولد أرقام عشوائية مُدمج في مكوناته المادية . ^{[ 23 ] [ 24 ]} يستخدم هذا المولد مُذبذبات متعددة تمزج إشاراتها؛ ثم تُؤخذ عينات من شكل الموجة غير المألوف الناتج على فترات غير منتظمة. ^{[ 25 ]}