Intel的NetBurst并不是一個成功的架構(gòu)，盡管Intel在設(shè)計Pentium 4之初，目標是10GHz核心頻率。但事實證明目標難以完成。工程師難以在提升頻率的同時，將發(fā)熱量控制到一個合理的范圍。因此，Intel宣稱NetBurst產(chǎn)品頻率不提升到4GHz以上。畢竟誰都不想坐在一個“火爐”旁邊，誰都不想聽到嗡嗡作響的風扇聲音。
　　Intel為桌面處理器找到了一條新的開發(fā)方法，不提升時鐘頻率，而是集成多個計算核心。但先天的缺陷難以回避，如果不作任何改變的話，Pentium 4難以和其競爭對手相抗，在當前的處理器測試中，Pentium 4在大多數(shù)的測試項目中都落后于AMD。
　　NetBurst架構(gòu)的高發(fā)熱量和高能耗，不僅讓Intel手足無措，也給一些希望購買Intel產(chǎn)品的消費者當頭一擊。但Intel現(xiàn)在產(chǎn)品線中還是有好產(chǎn)品。盡管Pentium III早已退出了桌面市場，但它在移動市場很快又找到了新的位置，而現(xiàn)在移動市場中的Intel處理器就都是基于和Pentium III相似的架構(gòu)，只不過采用了更先進的生產(chǎn)工藝和其他一些改進，實現(xiàn)了比Pentium III更小的發(fā)熱量和更高的總體性能，Pentium III在移動市場獲得重生，被命名為—Pentium M。
盡管采用了Pentium III相關(guān)的架構(gòu)，不過Pentium M使用的卻是QPB 4倍前端總線，這個總線和Pentium 4的總線是一樣的，同時也為Pentium M通過轉(zhuǎn)接卡在Pentium 4普通主板上面使用提供了理論基礎(chǔ)。華碩的工程師所開發(fā)出來的專用于Pentium M的轉(zhuǎn)接卡就實現(xiàn)了這個功能。
Pentium M處理器到底和其他的處理器架構(gòu)上面有何不同？Intel一直都沒有過多的談?wù)撨@款產(chǎn)品的架構(gòu)。在所有發(fā)布的官方文檔中，對其性能指標和命名方法的描述也只是只言片語，如：為移動電腦設(shè)計的架構(gòu)，專用的堆棧管理，微操作融合技術(shù)（micro-ops fusion），以及增強的Intel SpeedStep技術(shù)（EIST）。但是這些描述并不能夠?qū)entium M的內(nèi)部架構(gòu)表述清楚。看來Intel好像并不想透露太過關(guān)于Pentium M的細節(jié)信息，這里面一定是有原因的，是什么呢？
　　其實Pentium M根本就是根據(jù)P6架構(gòu)作出的小幅修改而成的產(chǎn)品，P6架構(gòu)是Intel很早以前所開發(fā)出來的架構(gòu)，最早曾被用于Pentium Pro，后來Pentium II，Pentium III都使用的是這個架構(gòu)。那么Pentium M看起來更像是廣告鋪天蓋地的NetBurst架構(gòu)的一種倒退哦？當然不是，你不能僅將Pentium M看作是一款過時的，已經(jīng)不合時宜老架構(gòu)。
　　其實在實際的評測中，Pentium M在很多項目上得分都超過了Pentium 4。而P6架構(gòu)也是Intel開發(fā)的最優(yōu)秀，最成功的一款架構(gòu)，僅僅從它在市場中存在的時間，以及所衍生出來的產(chǎn)品數(shù)量就可知一二。既然如此，同樣使用此架構(gòu)的Pentium M為什么就不能夠繼續(xù)實現(xiàn)其輝煌呢？現(xiàn)在就讓我們來看看，相比于Pentium III，Pentium M所作出的具體改進有哪些？
管線和執(zhí)行核心：
　　Pentium M和Pentium III一樣，都是基于RISC架構(gòu)（精簡指令集架構(gòu)）的處理器，不過兩款處理器的執(zhí)行核心有稍有不同。例如：雖然兩款處理器都只有5個執(zhí)行單元，但是兩款處理器的執(zhí)行管線長度是不一樣的。Pentium III的整數(shù)管線長度為10級，而Pentium M的管線要更長些。當然Pentium M的管線長度尚遠遠不及Pentium 4，畢竟需要保證Pentium M處理器的執(zhí)行效率，但是為了今后能夠進一步提升處理器的頻率，Intel的工程師還是增加了管線長度。
　　管線長度決定頻率提升的潛力，同時會為處理器帶來更多的能耗和發(fā)熱量，因此管線長度的選定，對移動處理器來說尤其重要。因此通過一些使用經(jīng)驗數(shù)據(jù)判斷，該處理器的管線大約在12-14級左右，也就是說要比Pentium III的管線長一點點。新增加的管線級數(shù)，除了用來推升處理器的時鐘頻率外，在Pentium M處理器中的微操作融合技術(shù)也需要更長的管線。這一點將在后文中提及。
　　較長管線的缺點還頗多，在帶來了更高能耗和更多發(fā)熱量的同時，還會帶來因為分支預(yù)測失敗后的更多花銷。尤其對于現(xiàn)在的超標量體系結(jié)構(gòu)且擁有亂序執(zhí)行能力的處理器而言，分支預(yù)測失敗所帶來的負面影響不容忽視，而且已經(jīng)成為影響處理器性能的重要因素。在研發(fā)過程中，開發(fā)人員都會盡可能降低因為增加執(zhí)行管線級數(shù)而帶來的這種影響，那么現(xiàn)在就讓我們來看看，Pentium M中是如何改進分支預(yù)測單元的。
改進分支預(yù)測和硬件數(shù)據(jù)預(yù)取：
　　當處理器中的管線開始全速運轉(zhuǎn)，突然發(fā)生執(zhí)行了一個錯誤的程序分支，那么處理器就要重新查找執(zhí)行正確的分支，這個過程中，一部分執(zhí)行單元會出于空閑狀態(tài)，執(zhí)行的延遲增加，進一步影響了最終的性能。分支預(yù)測邏輯的目的就是為了將這種情況出現(xiàn)的幾率最小化。在Pentium M中，分支預(yù)測邏輯是主要的改進部分。事實上，Pentium M的分支運測和Pentium 4的很相象。
　　準確的說，Pentium M的分支預(yù)測單元應(yīng)該和Prescott核心的Pentium 4處理器相似。它增加了兩個部分：一個是識別循環(huán)，另一個是預(yù)測間接分支。正因為如此，Pentium M中的分支預(yù)測和Prescott之前的Pentium 4有明顯的不同，而且要比它們更加先進。當然，要想進一步將原本基于使用分支歷史表的傳統(tǒng)靜態(tài)分支預(yù)測方式改進的更好，難度非常大。但是通過下面幾個方面的分支預(yù)測單元的改進，Intel的工程師將Pentium M的預(yù)測精度整整提高了20％，當然這是和Pentium III相比。
　　第一個改進就是增加了循環(huán)識別邏輯。傳統(tǒng)的靜態(tài)分支預(yù)測方式，分支預(yù)測的循環(huán)結(jié)束條件老是出錯。當然能夠通過擴大存儲分支信息的緩存器容量，使其存儲更多的分支信息，然后分析其中的數(shù)據(jù)來解決問題。但是這樣一一的分析數(shù)據(jù)會造成很長的延遲。所以Pentium M使用了稍微不同的方法，將代碼中的循環(huán)識別邏輯和循環(huán)結(jié)論信息獨立開來。這樣能夠極大的提升結(jié)束循環(huán)的條件預(yù)測精度。
　　第二個就是改進間接分支預(yù)測。所謂間接分支就是一個分支的分支地址，這個地址在程序編譯時是不知道的，而且是程序執(zhí)行時，由相關(guān)寄存器的狀態(tài)來決定的。傳統(tǒng)的靜態(tài)分支預(yù)測使用兩個表：分支歷史表和分支地址表，這有這兩個表而缺少間接分支地址表，讓預(yù)測的結(jié)果正確率不超過75％。因此開發(fā)人員在Pentium M中，新添加了一個間接分支表，專門用來存儲這類型的間接分支地址。
　　經(jīng)過上面兩方面的改進之后，由于預(yù)測精度大為提高，管線全速運行的情況比以前多了，執(zhí)行單元空閑等待的情況也變少了。正因為這樣，同頻率下的Pentium M整體性能比Pentium III高了大約7％。而且隨著分支預(yù)測單元的改進，Pentium M也更新了硬件數(shù)據(jù)預(yù)取邏輯，用于從內(nèi)存中將數(shù)據(jù)取到緩存中去。Pentium M采用了和prescott核心Pentium 4處理器相類似的硬件數(shù)據(jù)預(yù)取算法，這種算法要比Pentium III的算法效率更高
：
　　Pentium M和Pentium III、Pentium 4都一樣，是RISC處理器。這意味著執(zhí)行單元在處理內(nèi)部簡化命令的時候，遠比處理復雜的x86指令更有效率。換句話說，也就是在執(zhí)行RISC指令的時候，要比執(zhí)行通常由三個甚至更多操作數(shù)所組成的x86架構(gòu)更快捷流暢。因此，x86命令在經(jīng)過解碼器之后，通常會被分解成兩個甚至三個微操作數(shù)。
　　例如：一個存儲數(shù)據(jù)到內(nèi)存或一個處理內(nèi)存中數(shù)據(jù)的命令，被分別解碼成兩個指令。第一種情況，由計算地址和存儲數(shù)據(jù)到緩沖器兩個指令所組成；第二種情況，由從內(nèi)存中讀取數(shù)據(jù)和操作數(shù)據(jù)兩個指令所組成。而現(xiàn)在的處理器都具備亂序執(zhí)行微操作數(shù)的能力，因此一條x86指令被分解成多個微操作數(shù)之后，能夠分別送到執(zhí)行管線中被處理。
　　如果這些微操作彼此之間無關(guān)，那么分開執(zhí)行起來自然沒有什么問題。但如果一個指令的執(zhí)行需要另外一個的執(zhí)行結(jié)果，那么管線就會出現(xiàn)等待現(xiàn)象，等待執(zhí)行單元將處理完成的結(jié)果發(fā)送過來，然后才能夠繼續(xù)處理。這種等待現(xiàn)象在NetBurst架構(gòu)中并不明顯，因為它有很多執(zhí)行單元，不過對于Pentium M這類型的處理器而言，性能的影響就相當明顯了，而且等待狀態(tài)下的處理器繼續(xù)浪費能源，這點對于移動處理器來說也是不可接受的。這也是為什么Pentium M處理器要加入微操作融合技術(shù)的原因，它能夠盡可能避免出現(xiàn)執(zhí)行單元處于空閑狀態(tài)這一情形。
　　這項技術(shù)的工作非常簡單，就是根據(jù)相關(guān)性將x86指令劃分成一些部分，然后通過解碼器將所有的微操作都集中到一起，然后通過之前確定的相關(guān)性劃分微操作，從而形成x86指令的子集，有相關(guān)性的微操作被劃分在一起，由同一個執(zhí)行單元執(zhí)行，而不同執(zhí)行單元所執(zhí)行的微操作彼此是無關(guān)的。因此不會再出現(xiàn)等待某執(zhí)行單元的執(zhí)行結(jié)果的情況。雖然微操作融合需要多做一些工作，不過這對于性能提升是有好處的。通過測試，使用這項技術(shù)能夠讓整數(shù)數(shù)據(jù)的處理速度提升5％，浮點數(shù)據(jù)的處理速度提升9％。
專用堆棧管理器：
　　Pentium M中的另一項改進就是堆棧管理器。由于軟件使用堆棧非常頻繁，有其是當其調(diào)用子程序時更是如此。讓執(zhí)行單元頻繁處理PUSH，POP，CALL和RET這樣的關(guān)于堆棧操作的指令，讓執(zhí)行單元時鐘處于運行狀態(tài)，這不利于處理器控制發(fā)熱量和能耗。因此Pentium M中的專用堆棧管理器和堆棧指針寄存器一起工作，堆棧管理器能夠識別，像PUSH，POP，CALL和RET這樣的指令，在它們經(jīng)過解碼器，但到達執(zhí)行單元以前預(yù)處理它們，從而降低執(zhí)行單元的負載。能夠在提升性能的同時，進一步控制發(fā)熱量和能耗。根據(jù)測試表明，使用專用堆棧管理器能夠減少整數(shù)執(zhí)行單元5％的指令執(zhí)行數(shù)量。
處理器總線：
　　盡管Pentium M使用基于Pentium III的架構(gòu)，但Pentium M采用了完全不同的總線。P6架構(gòu)的系統(tǒng)總線峰值帶寬僅為1GB/s，這對于現(xiàn)在的標準來說太小了。同樣考慮到可能傳統(tǒng)的總線不太適合現(xiàn)在的應(yīng)用，因此Intel工程師決定讓Pentium M使用Quad Pumped Bus總線。這種總線正是Pentium 4的總線標準。
　　事實上，QPB總線也是Pentium M和Pentium 4唯一的相似之處。如果細加分析的話，兩者的總線架構(gòu)還是有一些細微的區(qū)別，Pentium M的QPB總線缺少一些功能。例如：最顯著的特點就是Pentium 4的系統(tǒng)總線時800MHz，而Pentium M之后533MHz；然后Pentium M的系統(tǒng)總線只支持32位尋址，也就是說最多僅支持4GB的內(nèi)存空間。最后Pentium M的總線不支持多處理器配置。不過這些差異之處都不太重要，反而是Pentium M和Pentium 4在總線之間的兼容，才奠定了移動處理器在桌面電腦中應(yīng)用的基礎(chǔ)。
SSE2指令集：
　　所有的Pentium M處理器都支持SSE和SSE2擴展指令集。因此這也是Pentium M針對Pentium III的一次升級。不過Pentium M并不支持SSE3指令集，畢竟這是在Prescott核心處理器上第一次采用的指令，推出的時間要比Pentium M處理器更晚。
L2緩存的節(jié)能措施：
　　Pentium M配備有非常大的L2緩存，容量達到2MB。使用大緩存有許多好處，例如能夠減少系統(tǒng)總線和內(nèi)存總線的負荷，達到降低能耗的作用。不過更為特別的一點是，Intel為Pentium M處理器本身也使用了特殊的節(jié)省能耗的方法。和Intel其他的處理器一樣，Pentium M中的緩存是8路相關(guān)，并且將L2緩存被進一步細分為4個部分，每一個部分都可以被獨自訪問。
　　也就是說，處理器在工作時，不需要讀取一個緩存也運轉(zhuǎn)整個緩存。因此這樣節(jié)省的L2能耗大約為4倍。不過采用這種方式L2緩存的延遲會增加1個周期，如果于Pentium III相比的話。另外Pentium M的L1緩存為64KB，其中代碼和數(shù)據(jù)容量各為32KB，是Pentium III L1緩存容量的兩倍。
SpeedStep III節(jié)能技術(shù)：
　　因為Pentium M是移動處理器，那么自然會有專門的節(jié)能技術(shù)，Pentium M中的節(jié)能技術(shù)是speedstep III。根據(jù)使用中的經(jīng)驗來看，處理器的能耗和處理器的頻率，處理器的工作量，以及處理器大電壓息息相關(guān)。換句話說，要想降低處理器的能耗，就要從這三個方面入手。
　　因此開發(fā)人員設(shè)定在處理器工作量較小的時候，通過降低工作頻率和電壓就可以減少處理器能耗。例如：處理器在處理辦公軟件的時候，就不是100％負載，而這也是大多數(shù)筆記本電腦最常見的應(yīng)用。因此處理器能夠自動下調(diào)頻率和電壓，這一過程十分平滑，不會讓使用者有絲毫察覺。這就是speedstep技術(shù)的主要任務(wù)。
　　在Pentium III-M的第一代speedstep中，只提供了兩個處理器模式：全速模式和節(jié)能模式。當電池電量低于某一個級別或處理器空閑時，就會進入節(jié)能模式。在Pentium 4-M處理器中，采用了第二代speedstep，能夠自動在三種模式中轉(zhuǎn)化。在這一代中，節(jié)能模式和全速模式之間的性能差異巨大，這依賴于處理器的工作量。
　　而且工作在節(jié)能模式下的處理器，一旦CPU的工作量突然加大或者用戶執(zhí)行了一個大型程序，那么處理器難以快速的提升性能和轉(zhuǎn)換狀態(tài)，從而使CPU的整體性能收到影響。在Pentium M處理器中的speedstep技術(shù)已歷三代，能夠提供7種不同的狀態(tài)，能夠根據(jù)處理器的工作量自動降低頻率和電壓，而且不同模式之間的轉(zhuǎn)化迅速，不會給用戶帶來絲毫察覺
現(xiàn)在市面上的Pentium M處理器都基于Dothan核心。處理器核心采用90納米制造工藝和“應(yīng)變硅”技術(shù)，Dothan核心的制造工藝和Prescott核心Pentium 4處理器是一樣的。處理器核心面積為83.6平方毫米，內(nèi)部含有1億4千萬個晶體管。