Dnešním trendem je miniaturizace a snižování spotřeby. A protože výrobci VIA s platformou Epia dochází dech a AMD se svým Geode prosadilo jen v průmyslových zařízeních, snaží se dnes Intel prosadit nové úsporné platformy a značku ultraúsporných procesorů Atom.
Existuje spousta využití počítačů, při kterých je co nejvyšší výkon k nezaplacení, logicky se tedy i výrobci snaží vyvíjet stále rychlejší hardware. Ale z pohledu běžného uživatele už počítače nějaký čas výrazně překračují požadavky běžných činností, jako je přehrávání hudby, filmů, práce s textovými editory nebo internetem.
Pokud od svého stolního PC nic víc nežádáte, můžete si s klidným svědomím pořídit microATX desku, osadit ji nejlevnějším kompatibilním procesorem a zobrazování nechat na integrované grafice. Existuje ještě kompaktnější formát
miniITX
, který vám umožní realizovat PC jako opravdu malou krabičku, v které bude půlku objemu zabírat DVD mechanika a pevný disk.
Intel nabízel a stále nabízí v tomto segmentu
Little Valley
– miniITX desku s integrovaným procesorem Celeron, a to zpočátku typem 215 založeným na mobilním jádře Yonah a později 220 s jádrem Conroe–L používaným jinak v desktopových Celeronech 4×× (s vyšší frekvencí a rychlostí FSB). Ale při TDP 27 W, respektive 19 W, byla spotřeba těchto procesorů pořád vyšší, než by mohla být při zachování dostatečného výpočetního výkonu.
A tak Intel na jarní akci Intel Developers Forum oficiálně představil značku
Atom
a
Centrino Atom
– nové koně na poli ultraúsporných procesorů. Intel dokonce vymyslel (spíše by se slušelo řící znovupojmenoval) nové platformy, pro které s Atomem počítá – tzv.
MID
(Mobile Internet Device) má být v podstatě obdoba dnešních UMPC (ultra mobile PC), ale v ještě menším povedení, ale zase ne tak malém jako PDA. Namísto profesionálního použití jsou cílovou skupinou běžní uživatelé.
Další platformou je
nettop
– levný stolní počítač, aneb miniITX v bleděmodrém s tím, že pevný disk bude nahrazen SSD (solid–state drive) pamětí. Posledním termínem je
netbook
– tedy levný miniaturní notebook. Ale ty jsme znali i dříve (např.
). Člověk se v těch pojmech začíná pomalu ztrácet.
Blokové schéma architektury Nettop
Výkon v harmonii se spotřebou
Ke statusu nejmenšího a nejúspornějšího čipu, jaký kdy společnost Intel vyrobila, Atomu pomáhá jednak moderní
45nm high–k výrobní proces
, používaný už u novějších verzí Core 2 procesorů, ale také samotný návrh čipu, jenž je optimalizován výhradně na nízkou
spotřebu
. Po léta Intel při vývoji čipů prosazoval pravidlo, že pokud změna v návrhu přidá 1 % výkonu, může být vykoupena maximálně 2 % zvýšením spotřeby. Na rty se mi teď derou pojmy Pentium 4 a NetBurst. Pro Atom byla pravidla nastavena „férověji“ – 1 % spotřeby navíc musí zlepšit výkon minimálně zase o 1 %.
Původně byl Atom vyvíjen pro maximální úspornost kvůli nasazení do mnohojádrových čipů, z toho ale později sešlo. Nakonec tedy vznikl samostatný procesor určený zejména do ultrapřenosných zařízení, netbooků a miniITX, kde mu jeho energetická střídmost také přijde vhod. Stejně tak přijde vhod i použití instrukční sady x86. Specializované procesory v PDA nebo multifunkčních mobilních telefonech nejsou s platformou x86 kompatibilní. Používají zcela jiné operační systémy a aplikace, než jaké se vyskytují v klasických PC. Kompatibilita s x86 platformou dovolí jednodušší, rychlejší a hlavně levnější vývoj software. I když rozšíření Atomu do takto malých zařízení stojí v cestě jeden problém, o kterém si povíme později.
Operace ve frontě stojící
Ve jménu miniaturizace a spotřeby Intel pro účely Atomu oprášil
in-order
(tzn. v pořadí) zpracování instrukcí, kterážto architektura je méně náročná na počet tranzistorů a používaly jí naposledy první Pentia. S příchodem Pentia Pro se totiž začalo používat
out-of-order
zpracování umožňující procesoru odhadovat a rozhodnout, jaké operace mají být přednostně prováděny. To je výhodné zejména v případě, kdy určitá operace nemůže být provedena dokud nebudou k dispozici další data z cache nebo systémové paměti. V takové situaci by se u in-order architekury čekalo až stovky procesorových cyklů, čímž by výkon velmi utrpěl.
zleva: Pentium MMX, Penryn Quadcore, Atom (Silverthorne)
Intel tedy do jinak striktně in-order architektury Atomu přidal algoritmus
Safe Instruction Recognition
(SIR), který ve velmi specifických případech dovolí zpracování mimo pořadí. Navíc většina modelů řady Atom disponuje technologií
Hyper-Threading
(HT) známou z dob Pentií 4, kdy se jedno jádro jeví operačnímu systému jako 2 logické procesory a dokáže zpracovávat 2 instrukce zároveň. Obzvláště u in-order architektury HT přinese vysoké výkonové zisky. I tak ale bude výkon Atomu mnohem nižší na stejné frekvenci oproti běžným procesorům. Podle testů odpovídá výkon zhruba mobilnímu Celeronu-M na poloviční frekvenci, proti desktopovému Celeronu architektury Core pak ztrácí ještě o něco víc.
Od prvního Atomu k procesoru
Atom tedy vychází z původního návrhu
Core architektury
, avšak je uzpůsoben pro co nejnižší spotřebu, které padlo za oběť druhé jádro (proto reinkarnace technologie Hyper-Threading) a některé instrukční sady.
Instrukční sady z rodiny SIMD jsou k dispozici tyto:
,
,
SSE2
,
SSE3
a dokonce i
SSSE3
. Některé modely umí
Virtualizaci
a
XD bit
. Díky 45nm výrobnímu procesu a technologii
EIST
(Enhanced Intel Speed Step) nepřesáhne
spotřeba 2 W
, výrobní technologie dimenzuje
až na výkon 4 W.
Srovnání 50 Eurocentu, Atomu a Core 2 Quad
Dvě provedení procesorů, různé čipové sady
K dispozici jsou 2 rozměrová provedení Atomu - větší procesory (kódovým jménem
Diamondville
) o velikosti 22 × 22 mm patří do levných stolních počítačů a netbooků, menší varianta Centrino Atom (kódovým jménem
Silverthorne
) se uplatní v miniaturních přenosných zařízeních, jako je např. zmiňovaný MID. Udávaný tepelný výkon TDP u Diamondville činí 2,5 W (Atom N270) a 4 W (Atom 230). U Silverthorne rozpětí začíná neuvěřitelnou hodnotou 0,65 W u modelu Z500 a končí na 2,64 W u Z540 při použití Hyper-Threadingu.
ukázka základní desky formátu miniITX pro Atom 230
Existuje několik verzí podle segmentu trhu. Čipovou sadou pro nettopová CPU
Diamondville
(zatím z ní byl představen pouze Atom 230) je
Intel 945GC
a pro notebooky
Intel 945GSE
; obě varianty se SouthBridge
ICH7
. Uvedení na trh se u řady 945 datuje do roku 2005. Funkčně nic neschází – čipset nabízí podporu DDR2 pamětí, diskové rozhraní SATA 300, HD Audio a integrované grafické jádro
GMA950
s podporou DirectX 9.0b.
Jejich zásadní nevýhodou je ale vysoká spotřeba - díky 130nm výrobnímu procesu (P35 a zbytek trojkové série už byl vyráběn 90nm technologií) spotřeba čipové sady (cca 10 – 22 W), která závisí na taktu sběrnice a osazené paměti, mnohonásobně převyšuje spotřebu procesoru (1 – 8 W), a proto je pro ty nejúspornější platformy k dispozici
nová čipová sada US15W
(1 – 2,3 W).
| Poznámka: Hodnoty v závorkách se pohybují od typického příkonu po TDP (Thermal Design Power). |
porovnání velikosti čipu Atom Silverthorne (vlevo) a chipsetu Poulsbo (vpravo)
Centrino Atom (
Silverthorne
) si tedy dopřeje zcela novou čipovou sadu
US15W
(s kódovým značením
Poulsbo
) s integrovaným grafickým jádrem
GMA500
. Vyráběna je sice také 130nm procesem, ale TDP se pohybuje na mnohem rozumnějších hodnotách kolem 2 W. Poulsbo je takzvaný
SCH
(System Controller Hub), integruje funkce NorthBridge i SouthBridge a také obsahuje grafické jádro (po vzoru SiSovských řešení). Jeho 3D část tvoří licencovaný čip
PowerVR SGX
, který se pyšní velmi zajímavými parametry. Podporuje DirectX 10 (zatím v ovladačích pouze DX9), zvládá plnou hardwarovou akceleraci kodeků
H.264
,
MPEG-2
a
VC-1
ve
full HD rozlišení
, přičemž při přehrávání H.264 filmu by spotřeba SCH včetně procesoru neměla překročit 0,12 W.
Omezení představuje maximální výstupní rozlišení, jež činí 1366 x 768, takže full HD z něj nedostanete. Poulsbo podporuje paměti DDR2 400 a 533 MHz (vázáno na FSB procesoru) s maximální kapacitou 1 GB a diskové rozhraní Parallel ATA, které je zde použito kvůli o něco vyšší úspornosti proti SATA. Největší nevýhoda této čipové sady je nasnadě - vzhledem k 130nm výrobnímu procesu je SCH čip mnohem větší než samotný procesor, proto nebude možné, aby s ním Centrino Atom pronikl do opravdu miniaturních zařízení jako jsou např. mobilní telefony.
Alternativním čipsetem pro Diamondville je
SiS 671
se SouthBridge
SiS 968
. Disponuje integrovaným grafickým jádrem Mirage 3 taktéž s podporou DirectX 9.0b. TDP je v tomto případě sympatických 8 W. I netbookový Diamondville (Atom N270) je kombinován s letitým čipsetem – mobilním 945GSE s TDP 6 W, což je vykoupeno např. nižším taktem jádra GMA950.
Rozdělení procesorů Intel Atom | |||
| Atom Z5×× | Atom N270 | Atom 230 |
| Jádro | Silverthorne | Diamondville | Diamondville |
| Platforma | Mobile Internet Device (MID) | Netbook | Nettop |
| Socket | 441 | 437 | 437 |
| L1 Data | 24 KB | 24 KB | 24 KB |
| L1 Inst. | 32 KB | 32 KB | 32 KB |
| L2 | 512 KB | 512 KB | 512 KB |
| FSB | 100 / 133 MHz | 133 MHz | 133 MHz |
| 64 Bit | EMT64T | EMT64T | EMT64T |
| SIMD | MMX, SSE, SSE2, SSE3, SSSE3 | MMX, SSE, SSE2, SSE3, SSSE3 | MMX, SSE, SSE2, SSE3, SSSE3 |
| HT | ano* | ano | ano |
| VT | ano | ne | ne |
| Úspora | C1E, Speedstep | C1E, Speedstep | ne |
| XD bit | ano | ano | ano |
| *kromě některých modelů, viz další tabulka | |||
Jednotlivé modely Intel Atom | |||||||
Model | Frekvence [MHz] | FSB [MHz] | L2 cache [KB] | HT | TDP [W] | Klidová spotřeba [W] | Průměrná spotřeba [W] |
Diamondville (Nettop) | |||||||
230 | 1600 | 533 | 512 | ano | 4 | ? | ? |
330 | 1600 | 533 | 2× 512 | ano | 8 | ? | ? |
Diamondville (Netbook) | |||||||
N270 | 1600 | 533 | 512 | ano | 2,5 | ? | ? |
Silverthorne (MID) | |||||||
Z500 | 800 | 400 | 512 | ne | 0,65 | 0,08 | 0,16 |
Z510 | 1100 | 400 | 512 | ne | 2 | 0,1 | 0,22 |
Z520 | 1330 | 533 | 512 | ano | 2 | 0,1 | 0,22 |
Z530 | 1600 | 533 | 512 | ano | 2,2 | 0,1 | 0,22 |
Z540 | 1860 | 533 | 512 | ano | 2,64 | 0,1 | 0,22 |
