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Pentium 4
生産時期2000年11/20から2008年8/8まで
生産者インテル
CPU周波数1.3 GHz から 3.8 GHz
FSB周波数400 MHz から 1066 MHz
プロセスルール180nm から 65nm
マイクロアーキテクチャNetBurst
命令セットx86, x64(x64はPrescott-2MとCedar Millのみ)
拡張命令MMX, SSE, SSE2, SSE3 (since Prescott).
コア数1
ソケットSocket 423
Socket 478
LGA 775
コードネームWillamette
Northwood
Prescott
Cedar Mill
前世代プロセッサPentium III
次世代プロセッサPentium D
トランジスタ

42M 180 nm55M 130 nm169M 130 nm (P4EE)125M 90 nm188M 65 nm
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Pentium 4（ペンティアム・フォー）は、インテルが製造したNetBurstマイクロアーキテクチャに基づくx86アーキテクチャのマイクロプロセッサ(CPU)に付された商標である。集積トランジスタ数は4200万[1]。最初の製品は2000年11月20日に発表され、当初はその単一製品に付した商品名と目されていた。しかしその後も後継のプロセスルールで製造されたが同名で販売され、結果として一連の製品を指す商標になった。そのため、同じくPentium 4を冠するCPUであってもプロセスルール（すなわち製品世代）によって性能が大きく異なる。それら製品世代を区別して指す場合には、（自作パソコンユーザーなどがそうするように）インテルが用いた社内開発コードネームをそのまま用いることが多い。本項でも以降の節では開発コードネームを見出しに用いる。
Willamette（ウィラメット）

2000年11月20日に発表され、同年12月より市場投入された第一世代のPentium 4である。180nmプロセスルールで製造され[1]、256KBのL2キャッシュメモリを持つ。当初はサポートするチップセットが、高価なRDRAMしか利用できないIntel 850チップセットのみで、Pentium 4に128MB分（64MBが2枚）のRIMM（RDRAMモジュール）を安価なPC-133 SDRAMと同等価格で同梱するなどの様々な販促活動を行ったが、あまり普及しなかった。このため、インテルは安価なPC-133 SDRAMが利用可能なIntel 845チップセットを止む無く発売した。なお、Intel 865系以降のチップセットはWillametteに対応していない。開発コードネームはウィラメット川からとられた。

発売当初はSocket 423を採用していたが、後にSocket 478を採用し、これが主流となる。
ソケット423版
Pentium 4 1.50GHz (Socket423)

最高動作周波数（供給クロックx内部逓倍数）コア数FSB周波数2次キャッシュメモリ容量TDP （ステップ＝プロセス・ルール改訂番号）
2.00GHz (100MHz x20)1400MHz256KB71.8W
1.90GHz (100MHz x19)69.2W
1.80GHz (100MHz x18)66.7W
1.70GHz (100MHz x17)64W
1.60GHz (100MHz x16)61W
1.50GHz (100MHz x15)54.7W(B2/C1) 57.8W(D0)
1.40GHz (100MHz x14)51.8W(B2) 54.7W(C1)
1.30GHz (100MHz x13)48.9W(B2) 51.6W(C1)

ソケット478版
Pentium 4 1.80GHz (Socket478)ソケット423版に比してインテグレーテッド ヒート スプレッダ(IHS)が大型化され、インターポーザ（サブストレート）のほぼ全面を覆うようになり、以後LGA775版（コアを問わず）を含めこの形状が主流となる。

最高動作周波数（供給クロックx内部逓倍数）コア数FSB周波数2次キャッシュメモリ容量TDP （ステップ＝プロセス・ルール改訂番号）
2.00GHz (100MHz x20)1400MHz256KB75.3W
1.90GHz (100MHz x19)72.8W
1.80GHz (100MHz x18)66.1W
1.70GHz (100MHz x17)63.5W(C1/D0/E0) 67.7W(SL62Z)
1.60GHz (100MHz x16)57.9W(C1) 60.8W(D0/E0)
1.50GHz (100MHz x15)57.9W(C1/D0/E0) 62.9W(DP)
1.40GHz (100MHz x14)55.3W

Northwood（ノースウッド）

2002年1月8日にリリースされた第二世代のPentium 4。Willametteのルビーをそのまま130nmプロセスルールで製造した製品。製造プロセスの微細化による消費電力低減とL2キャッシュメモリの倍増（256KBから512KB）による多少の性能向上を実現している。最大動作周波数は2004年2月販売開始品にて3.4GHzを達成した。2002年11月にはXeonプロセッサに引き続きハイパースレッディング・テクノロジー（HT:Hyper-Threading Technology、同時マルチスレッディング）が利用可能なPentium 4がリリースされた。このHTに対応したチップセットとしてIntel 865/875シリーズが開発された。後継製品のPrescottと比較してTDPと処理能力のバランスが良いとされ日本の自作パソコンユーザーにはPrescott登場後も根強い人気があったが、2005年3月をもって製造を終了した。Pentium 4 1.8AGHz (Socket478)インテグレーテッド ヒート スプレッダを外したPentium 4 2.4GHz(FSB 533MHz Socket478)。
大きさ比較用の硬貨はユーロ 2c、直径 18.75 mm, 0.74 in

最高動作周波数（供給クロックx内部逓倍数）コア数FSB周波数2次キャッシュメモリ容量HT対応TDP （ステップ＝プロセス・ルール改訂番号）
3.40GHz (200MHz x17)1800MHz512KB○89W 82W(D1)
3.20GHz (200MHz x16)○ / ×(SL792)82W
3.06GHz (133MHz x23)533MHz○81.8W
3.00GHz (200MHz x15)800MHz○ / ×(SL78Z)81.9W(D1) 82W(M0)
3.00GHz (100MHz x30)400MHz×80W
2.80GHz (200MHz x14)800MHz○69.7W(D1) 75.1W(M0)
2.80GHz (133MHz x21)533MHz×68.4W
2.80GHz (100MHz x28)400MHz
2.66GHz (133MHz x20)533MHz66.1W
2.60GHz (200MHz x13)800MHz○69W
2.60GHz (100MHz x26)400MHz×62.6W
2.53GHz (133MHz x19)533MHz59.3W(B0) 61.5W(C1/D1)
2.50GHz (100MHz x25)400MHz61W
2.40GHz (200MHz x12)800MHz○ / ×(SL6WR)66.2W(D1) 75.1W(M0)
2.40GHz (133MHz x18)533MHz×57.8W(B0) 59.8W(C1/D1/M0)
2.40GHz (100MHz x24)400MHz57.8W(B0) 59.8W(C1/D1)
2.26GHz (133MHz x17)533MHz56W(B0) 58W(C1/D1/M0)
2.20GHz (100MHz x22)400MHz55.1W(B0) 57.1W(C1/D1)
2.00GHz (100MHz x20)52.4W(B0) 54.3W(C1/D1) 43.7W(SL62Q) 75.3W(SL6SP)
1.80GHz (100MHz x18)49.6W(B0) 66.1W(C1/D1) 40.9W(SL62R) 68.4W(SL6QL)
1.60GHz (100MHz x16)38W(SL62S) 46.8W(SL668)

Prescott（プレスコット）

2004年1月1日にリリースされた90nmプロセスで製造される第三世代のPentium 4。L1データキャッシュを16KBに増量し、L2キャッシュメモリを1MBに増量し、さらなる高クロック化を想定してキャッシュアクセスのレイテンシとパイプライン段数を増加している。

パイプライン段数の増加による性能低下を抑えるため、間接分岐予測ユニット追加及び、トレースキャッシュBTBエントリー数の増量による分岐予測精度の向上、ストア ? ロード・フォワーディングの強化、ハードウェアプリフェッチの強化などを行っている。このような改良を行ったものの、パイプラインの段数増加によって、1サイクルあたりの平均処理命令数は低下するため、同じ最大動作周波数のNorthwoodと比べると僅かながら性能は劣る。SSE2の拡張版にあたる「ストリーミングSIMD拡張命令3 (SSE3)」の他、一部製品ではバッファオーバーランを利用した攻撃プログラムの実行を防止する「エグゼキュート・ディスエーブル・ビット（XDビット）」や、AMD64互換の64ビット拡張である「Extended Memory 64bit Technology（EM64T、のちのIntel 64）」といった機能が追加されている。