Весной 2008-го года Intel представляет новую линейку процессоров Intel Atom - абсолютно новую архитектуру процессоров для компактных и портативных устройств. 2008-й год – это время развития портативных устройств на архитектуре x86: UMPC – прародителей современных планшетов, и нетбуков – максимально недорогих ноутбуков рассчитанных на потребление интернет-контента. Эти устройства стояли на ступеньку ниже ноутбуков в плане производительности, но зато от них ожидали более высокой компактности и автономности. И как раз для решения этой задачи – создания максимально компактных и энергоэффективных устройств и создавалось новое семейство процессоров названное - Intel Atom.
Сердцем первого поколения UMPC и нетбуков было уже устаревшее ядро Pentium M - Dothan выполненный на 90 нм техпроцессе, и для уменьшения энергопотребления работающий на низкой частоте около 600-900 МГц. Его производительности с трудом хватало даже для выполнения простых задач, кроме того его размеры и энергопотребление были препятствием для по-настоящему мобильных устройств типа КПК, где правили бал процессоры на архитектуре ARM. Как раз для игры на этом рынке и был разработана с чистого листа архитектура Intel Atom, без оглядки на существующие в это время архитектуры Intel Core, или, тем более, NetBurst. Но сказать, что в Atom совсем нет ничего от предыдущих архитектур Intel, будет неправильно – его ближайший «родственник» - процессор Intel Pentium родом из первой половины 90-х! Да, это архитектура пятого поколения с ее ключевыми особенностями в виде двух исполнительных конвейеров без технологии внеочередного исполнения.
Система кэширования состоит из кэша второго уровня объемом в 512 Кб, и несимметричного кэша первого уровня с разным размером – 32 Кб кэш инструкций и 24 Кб кэш данных. Такое решение, скорее всего, было продиктовано необходимостью сохранить минимальный размер кристалла, одновременно с изменением схемотехники кэша первого уровня для возможности работы на пониженном напряжении. Кэши обладают механизмами предварительной загрузки данных – Prefetch. Для связи с внешним миром процессор использует привычную шину Quad Pumped Bus.
Но сказать, что Intel Atom это просто Pentium MMX с кэшем второго уровня и выпущенный на тонком техпроцессе будет не правильно. Несмотря на кардинальное упрощение архитектуры и возврат к принципам 15-летней давности, Intel Atom обладает и целым рядом современных решений и технологий, направленных на увеличение производительности. Например, технология внеочередного исполнения была заменена на виртуальную многоядерность Hyper-Threading. Фактически обе эти технологии направлены на более полную загрузку исполнительного конвейера, но по-разному подходят к этой задаче. Процессоры с внеочередным исполнением, при невозможности отправить на исполнительный конвейер очередную команду берут другую из станции-резервуара, а процессор оснащенный технологией Hyper-Threading – отправляет команду другого виртуального процессора. Недостатком второго подхода является то, что для получения максимальной выгоды – нужна оптимизация программного обеспечения. Но во время разработки и выпуска Intel Atom проблемы с этим уже не было. Процессор оснащен поддержкой всех доступных в свое время наборов команд, начиная от MMX до SSSE3. Также поддерживается 64-х битные инструкции EM64T и технология аппаратной защиты от некоторых вирусов Execute Disable Bit. Опционально (для некоторых моделей) даже поддерживается технология аппаратной виртуализации Intel Virtualization Technology (VT). Поэтому, несмотря на архитектурную простоту, новые процессоры поддерживают все доступные технологии и полностью совместимы со всем парком ПО для архитектуры x86.
Также стоит упомянуть, что, так как процессоры Intel Atom предназначались в первую очередь для мобильного применения, процессор поддерживает гибкое управление энергопотреблением названное Enhanced Intel SpeedStep. Добавились новые состояния процессора, вплоть до практически полного выключения, когда содержимое кэшей сливается в оперативную память, процессор отключается от шины и обесточиваются все модули процессора кроме модуля SpeedStep, который в случае необходимости «разбудит» процессор и вернет его в рабочее состояние в течение 0,1 миллисекунды.
В случае с процессорами Atom, Intel по настоящему «разгулялась» с различными модификациями и сегментированием практически одинакового продукта для разных сегментов рынка. Присваивание разных имен для различных модификаций одного ядра сильно затрудняет изучение истории и хронологии. Как и в случае с процессорами Core 2 Duo, Intel применила сегментирование процессоров, но теперь основным критерием была не потребляемая мощность, а платформа, для которой создавался процессор. Это были – неттопы – новый класс ПК, предложенный Intel вместе с платформой Atom. Своего рода нетбуки среди десктопов – компактные компьютеры в корпусе размером немного больше книги, обладающие слабой начинкой, достаточной для типичной офисной работы с документами, интернета и мультимедиа задач. Для неттопов предназначалась серия процессоров D (но самые первые процессоры для неттопов выпускались без буквенной маркировки). Для использования в платформах нетбуков выпускалась серия N, а процессоры для смартфонов и прочей носимой электроники, которая была выведена в отдельный новый класс устройств названный - «Мобильное интернет устройство» (Mobile Internet Device - MID), получили серию Z. Кроме вышеперечисленных направлений, были выпущены процессоры для смарт-устройств, для различных контроллеров, вплоть до серверных процессоров. Но их мы рассматривать не будем, ограничившись типичными сферами применения процессоров с архитектурой x86. Также для упрощения, будем разделять поколения согласно классификации самой Intel, а не по названию ядра (что уже даже с Core 2 Duo было трудно делать).
Bonnell
Первые процессоры из семейства Atom, архитектура которых получила наименование Bonnell, были представлены 2 апреля 2008-го года, линейкой Z для мобильных устройств. Были выпущены 5 процессоров с частотами от 800 до 1860 МГц получившие номера от Z500 до Z540. Модель с частотой 800 МГц обладала энергопотреблением в 0,65 Вт, остальные-же процессоры потребляли 2-2,4 Вт. Младшие модели работали с шиной 400 МГц и были лишены поддержки Hyper-Threading. Также все процессоры не поддерживали 64-х разрядные вычисления. Для 2008-го года это было действительно лишним для карманных устройств. Процессоры получили ядро, названное Silverthorne, и выпускались с применением новейшего в то время техпроцесса 45 нм.
Для работы с этими процессорами была выпущена линейка чипсетов с одночиповой конфигурацией и пониженным энергопотреблением немного большим 2 Вт. Вместе с процессором Silverthorne платформа получила свое наименование – Intel Centrino Atom. Правда это наименование не просуществовало и полугода – Intel делала упор на использовании новой платформы в карманных компьютерах наподобие КПК, но работающих под управлением операционных систем Windows или Linux, а марка Centrino закрепилась за ноутбуками. Вскоре из логотипа исчезло упоминание Centrino, и он приобрел привычный бело-синий цвет.
3-го июня 2008-го года были выпущены процессоры Atom 230 для неттопов и Atom N270 для нетбуков. Процессоры, получившие имя Diamondville, работали на частоте 1,6 ГГц, с частотой системной шины 533 МГц, отличаясь уровнем энергопотребления – 2,5 Вт для нетбуков и 4 Вт для неттопов, а также отсутствием поддержки 64-х битных вычислений в процессоре линейки N, предназначенном для нетбуков.
С точки зрения производительности, получившиеся процессоры, под однопоточной нагрузкой обеспечивали уровень производительности приблизительно соответствующий процессору Pentium M с частотой в два раза меньше. В случае многопоточной нагрузки производительность Intel Atom была немного выше (но все равно ощутимо медленнее, чем у равночастотного Pentium M).
О том, что эти процессоры не были такими уж простыми, косвенно может свидетельствовать тот факт, что ядро процессоров Silverthorne и Diamondville состояло из 47 миллионов транзисторов – это почти как у Pentium 4 Northwood, и однозначно больше чем у Willamette, и тем более у процессоров поколения Pentium !!!.Все процессоры Intel Atom выпускались в BGA упаковке – то есть предназначались для распаивания на плате, и не допускали замены в домашних условиях. При этом процессоры Silverthorne обладали уменьшенными размерами корпуса.
Также Intel продавала процессоры Atom только в комплекте с чипсетом - производители пожелавшие выпустить неттопы на безе сторонних чипсетов, вынуждены были в любом случае купить комплектный i945, а потом делать с ним что угодно. Что, как можно догадаться, банально удорожало стоимость готового продукта.
В третьем квартале 2008-го года выходит второй процессор для неттопов, названный Atom 330, и представляющий из себя два ядра Diamondville на одной подложке – фактически это такое же конструктивное решение, которое было впервые применено в процессорах Pentium D на ядре Presler.
Размещение двух ядер удвоило энергопотребление, но также и повысило производительность, пусть и не в два раза. Процессор, благодаря технологии Hyper-Threading теперь поддерживал четыре потока, потребляя под нагрузкой до 8 Вт.
В линейке для нетбуков обновление было 6 февраля 2009-го года, когда был выпущен второй процессор, названный Atom N280, с частотой 1,66 ГГц. Он отличался от выпущенного ранее N270, только увеличенной до 667 МГц частотой системной шины.
Наиболее активно развивалась линейка Z для MID устройств – весной 2009-го года была выпущена модели Atom Z550 с частотой 2 ГГц. А спустя год процессоры на ядре Silverthorne достигли своей максимальной частоты в 2,13 ГГц.
В линейке для нетбуков обновление было 6 февраля 2009-го года, когда был выпущен второй процессор, названный Atom N280, с частотой 1,66 ГГц. Он отличался от выпущенного ранее N270, только увеличенной до 667 МГц частотой системной шины.
Наиболее активно развивалась линейка Z для MID устройств – весной 2009-го года была выпущена модели Atom Z550 с частотой 2 ГГц. А спустя год процессоры на ядре Silverthorne достигли своей максимальной частоты в 2,13 ГГц.
Pine Trail
21 декабря 2009-го года, было представлено первое обновление платформы Atom названное Pine Trail. Эта платформа представляла из себя работу над ошибками оригинальных Atom Diamondville. Архитектура вычислительного ядра не изменилась, но часть функций чипсета перекочевала в процессор. Теперь процессор содержит встроенный контроллер памяти и графический ускоритель, который был немного обновлен. Встроенный контроллер памяти поддерживает только одноканальный режим работы, но эксперименты с установкой прошлого поколения Atom на платы с двухканальной памятью показали минимальный прирост скорости. Вот собственно и вся новая платформа. В плане производительности – различия также были минимальны. Из-за интеграции контроллера памяти в один кристалл с процессором уменьшились задержки, и выросла скорость работы с оперативной памятью. Но Атому хватало и прежнего контроллера памяти в чипсете – поэтому это не никак не сказалось на реальном быстродействии. Из однозначно позитивных моментов было уменьшение общего энергопотребления платформы. Ради чего все и затевалось.
В рамках жизненного цикла в линейке D, 21 июня 2010-го года, была выпущена еще одна пара (одно и двухъядерного) процессоров с частотой 1,83 ГГц. В процессорах линейки N для нетбуков были выпущены как одноядерные модели с частотами от 1,33 с энергопотреблением 5 Вт, до 1,83 и энергопотреблением 6,5 Вт, так и два двухъядерных процессора с частотами 1,5 ГГц (23 августа 2010-го года) и 1,67 ГГц (1 марта 2011-го года) обладающие энергопотреблением 8,5 Вт. Эти процессоры уже могли работать как с памятью DDR2, так и с DDR3.
4 мая 2010-го года были выпущены процессоры из линейки Z с частотами от 1 до 1,9 ГГц. Они также отличались от своих предшественников интегрированным контролером памяти и графическим ядром, но, несмотря на это существенно отличались от чипов Pineview. Отличались они как раз контроллером памяти, который поддерживал память типа DDR и DDR2, а также другим графическим ускорителем, который поддерживал декодирование HD видео. Процессоры содержали одно ядро, которое получило название Lincroft и состояло из 140 миллионов транзисторов.
Так как концепция MID, как и ранее UMPC, «не взлетела» то процессоры линейки Z разделились на две группы – процессоры для смартфонов, которые мы не будем рассматривать ввиду большой специфичности данного сегмента, и процессоры для набирающих популярность с начала 10-х годов планшетов.
На этих процессорах начали появляться планшетные компьютеры с дисплеями диагональю 8-10 дюймов, под управлением операционной системы Windows 7 которые обеспечивают до 6 часов работы на одном заряде батареи, обладая полностью пассивной системой охлаждения. Но так как вычислительное ядро было родом из 2008-го года, то их производительность в современных приложениях была удручающе низкой, и особой популярности они не получили.
Saltwell
В то время как десктопные процессоры Intel были переведены на 32 нм техпроцесс еще в 2010-м году, чипы Atom продолжали выпускаться с использованием старого 45 нм техпроцесса. Архитектура Intel Atom выполненная на 32 нм техпроцессе получила название Saltwell, и включала в себя две платформы - Cedar Trail для нетбуков и десктопов, и Clover Trail для планшетов. Фактически, кроме смены техпроцесса никаких существенных изменений архитектура Saltwell не принесла.В последних числах 2011-го года, Intel представляет свою последнюю платформу семейства Atom, предназначенную для теряющих популярность нетбуков и неттопов, названную Cedar Trail. Новым в этой платформе был лишь сам процессор, получивший имя Cedarview. Да и тот называть «новым» не будет правильно – он является всего лишь эволюционным переводом предыдущего поколения Atom на 32 нм техпроцесс. Также был немного доработан контроллер памяти, который теперь поддерживает память только стандарта DDR3, и видео-ядро, за основу которого была взята более производительная архитектура видео-ядра линейки Z.
Процессоры получили новые наименования, состоящие из четырех цифр. В рамках платформы было выпущено четыре модели для неттопов с частотами от 1,87 (D2500) до 2,13 (D2700) ГГц с уровнем энергопотребления 10 Ватт. На частоте 1,87 ГГц работали два процессора, один из которых не поддерживал технологию Hyper-Threading. Все-же остальные процессоры при своих двух ядрах обеспечивали обработку четырех потоков. Для нетбуков было выпущено всего два процессора с частотами 1,6 (N2600) и 1,87 (N2800) ГГц (3,5 и 6,5 Вт).
В 2012-м году нетбуки окончательно ушли с прилавков магазинов, не выдержав конкуренции с планшетами. Для неттопов появились альтернативы в виде более производительных процессоров на архитектуре Sandy Bridge, потребляемую мощность которых можно было снизить до 10 Вт, при несоизмеримо более высоком быстродействии. Таким образом, Intel прекращает развитие линеек процессоров Atom D и N.
Результатом перевода мобильной линейки процессоров Atom Z на новый техпроцесс 32 нм стало представление в сентябре 2012-го года платформы Clover Trail предназначенной для применения в планшетах под управлением только что вышедшей Windows 8. Вместе с платформой Clover Trail был представлен и обновлённый логотип процессора.
Благодаря наличию второго ядра процессоры Cloverview показывали более высокую производительность чем их одноядерные предшественники. Интерфейс Windows 8 также был изначально оптимизирован именно для сенсорных экранов – все это сделало свой вклад в популярность платформы. Но низкая производительность ядра пятилетней давности, лишенного внеочередного выполнения команд, давала о себе знать.
Silvermont
Первое настоящее обновление архитектуры оригинального Intel Atom, представленного еще в 2008-м году появилось только в сентябре 2013-го года, когда было представлено новое поколение архитектуры под названием Silvermont.
К этому времени стало понятно, что производительности процессоров, ядра которых были построены на архитектуре Bonnell показывавшей минимально-достаточный уровень производительности еще в момент своего появления, уже катастрофически не хватает. И именно удручающе низкая скорость процессоров ставит крест на всей платформе Windows-планшетов. Поэтому основным направлением усовершенствования было именно увеличение быстродействия новых процессоров. Но благодаря тому, что вместе с новой архитектурой произошел и переход на новый техпроцесс – про энергоеффективность тоже не забыли. Intel озвучивала цифры трехкратного роста производительности вместе с пятикратным увеличением энергоэффективности! Правда важно понимать, что в данном случае нужно выбирать или экономию, или скорость. Но цифры все равно впечатляют! Посмотрим, за счет чего Intel удалось добиться таких показателей.
Для начала был ликвидирован один из основных атавизмов процессоров Atom – наконец-то процессор получил технологию внеочередного исполнения команд. Правда при этом процессор лишился технологии Hyper-Threading, но благодаря двухъядерной компоновке (об этом ниже) – потеря была не велика.
Исполнительных конвейеров осталось также два, но они были существенно доработаны – теперь команды могут «перескакивать» некоторые ступени конвейера, если они не являются необходимыми. Был существенно расширен список условий разрешающих параллельную работу обоих конвейеров – теперь процессор может намного полнее загружать работой свои исполнительные устройства. Которые также были значительно переработаны и теперь затрачивают на выполнение команд меньше времени. Также была добавлена поддержка набора инструкций SSE4.
Изменился и подход к организации самого ядра. Если Bonnell был одноядерный, и двухъядерные процессоры получали, просто соединяя два одинарных ядра на одном куске кремния, то в основе Silvermont лежит двухъядерный процессор с общей (разделяемой) кэш-памятью второго уровня объемом в 1 Мб. Кэш-память первого уровня остался без изменений – 24 и 32 Кб. Архитектура позволяет использовать до четырех таких модулей в одном процессоре.
Также в процессор получил полностью новое графическое ядро - Intel HD, технологически идентичное тому, которое применяется в десктопных процессорах IvyBridge, и отличающееся только уменьшенным до 4-х количеством графических конвейеров. Оно умеет, как аппаратно ускорят HD-видео, так и играть в 3D игры не первой свежести. У меня дома есть два устройства на процессоре Atom этого поколения (неттоп и планшет), и они абсолютно справляются как с воспроизведением видео высокого разрешения, так и с играми вплоть до Doom3 и Need for Speed: Most Wanted (естественно на низких настройках графики) оставаясь при этом абсолютно бесшумными.
Встроенный в процессор контроллер памяти работал исключительно с памятью типа DDR3, и мог быть как двухканальным, так и одноканальным. При этом менялся и максимальный объем оперативной памяти – 4 или 2 Гб.
Также была существенно переработана система управления энергопотреблением. Теперь процессор может не только уменьшать свою частоту при простое, но и использовать функции динамического разгона Turbo Boost, как в десктопных моделях, при необходимости получить больше производительности и наличии резерва по температуре и энергопотреблению.
Еще важным было то, что Silvermont относился к так называемым Системам на Кристалле (System-on-a-Chip, SoC). Это значит, что весь функционал, необходимый процессору для работы был реализован средствами одного чипа. Теперь и южный мост «переехал» в процессорное ядро. Это позволило как создавать более компактные, так и более энергоэффективные системы.
На архитектуре Silvermont были выпущены как процессоры для планшетов, так и для неттопов и компактных ноутбуков. Правда в последнем случае, Intel решила не использовать торговую марку Atom, а назвать эти процессоры торговыми марками Pentium и Celeron (линейки J и N), внеся еще больше неразберихи для покупателей – ведь ноутбук на процессоре Pentium может быть основан как на упрощенном варианте десктопного процессора, так и на переименованном Atom. Различались они количеством ядер – 4 у Pentium, и 2 у процессоров Celeron. Но мы в рамках этой статьи не будем их рассматривать, поэтому возвращаемся к линейке процессоров Atom Z, предназначенной для планшетных компьютеров (но также никто не запрещал выпускать на этих процессорах неттопы или ноутбуки, что многочисленные производители и делали).
Первыми, в сентябре 2013-го года были представлены модели с частотами от 1,33 до 1,5 ГГц, в основе которых лежало ядро получившее название Bay Trail. Они потребляли около 2-х Вт, и в режиме динамического разгона увеличивали свою частоту до 1,86–2,41 ГГц. Все процессоры, которые получили наименование Z3xxx, были c четырьмя ядрами (кроме двух младших двухъядерных моделей, выпуск которых был анонсирован, но больше никаких упоминаний о них найти нельзя Atom Z3680 и Atom Z3680D).
На этом поколении процессоров была выпущена масса планшетов (которые могли работать как под управлением одной из ОС – Windows 8/10 или Android, так и быть двухсистемными), неттопов, ультракомпактных ноутбуков, ноутбуков-трансформеров, ТВ-приставок и прочих устройств, как производителями А-эшелона, так и десятками китайских брендов. Популярности новой платформы способствовало также то, что компания Microsoft приняла решение бесплатно лицензировать ОС Windows 8/10 для устройств на платформе Silvermont.
Хоть широкого распространения такие устройства и не получили, но они смогли наглядно показать развитие технологий – в середине 10-х годов стало возможно купить за сумму в полторы сотни долларов почти полноценный компьютер, работающий под управление обычной Windows 8 или 10, совместимый со всем возможным парком ПО написанного под эту платформу, и обладающий размером большой флешки! И это было реально необычно и круто!
Airmont
В марте 2015-го года, Intel обновляет процессоры Atom, выпуская архитектуру Airmont. Но фактически, это был перевод на 14 нм техпроцесс Silvermont. По настоящему новым было только видеоядро – оно было позаимствовано у процессоров Intel Core пятого поколения (Broadwell). Также был немного улучшен контроллер памяти, работающий теперь с памятью DDR3 с частотой 1600 МГц.
Первыми были выпущены два процессора Atom X5 работающих на частоте 1,44 ГГц, и отличающихся кроме максимальной частоты Turbo Boost (1,84 и 2,24 ГГц) наличием только одноканального контроллера памяти у младшей модели. Atom X7 был представлен одной моделью, работающей на базовой частоте 1,6 ГГц (максимальная частота – 2,4 ГГц).
Спустя год, в феврале 2016-го года, были выпущены еще три процессора, единственным отличием которых была немного увеличенная максимальная частота – максимально до 2,56 ГГц у процессора Atom x7-Z8750. Процессоры Intel Atom поколения Airmont легко идентифицировать по процессорным номерам Z8xxx.
На сегодняшний день, Intel не предлагает для планшетных ПК процессоров новее Cherry Trail. Но сама архитектура Intel Atom, несмотря на это продолжает развиваться. В апреле 2016-го года была представлена следующая архитектура Goldmont. Она является серьёзной переработкой Silvermont/Airmont без смены техпроцесса. Процессорные ядра получили третий исполнительный конвейер, улучшенные алгоритмы предсказания ветвлений, усовершенствованные исполнительные устройства. Что позволило Intel заявить прирост производительности на 30% в сравнении с предшественниками. Также обновились графическое ядро (теперь оно соответствовало графике процессоров Intel Core шестого поколения) и контроллер памяти поддерживающий работу с памятью DDR4. Для архитектуры Goldmont планировалась платформа планшетов - Willow Trail. Но ее выпуск был отменен, и развитие линейки Atom Z фактически остановилось.
В самом конце 2019-го года, была представлена последняя на сегодняшний день процессорная архитектура в семействе Atom - Intel Tremont. Это дальнейшее развитие чипов Goldmont Plus, выполненное с применением 10 нм техпроцесса. Кроме более тонкого техпроцесса, эта архитектура может похвастаться также измененной архитектурой кэш-памяти. Наконец-то кэш данных первого уровня избавился от своего давнего ограничения в 24 Кб, и получил такой-же объем в 32 Кб, как и кэш инструкций. Организация кэш-памяти второго уровня также была изменена. Теперь она общая для четырех ядер. Также опционально поддерживается кэш третьего уровня. Для повышения производительности ядра были также доработаны исполнительные устройства, декодеры команд, алгоритмы предсказаний ветвлений и многое другое.
Но эту архитектуру мы, скорее всего, также не увидим в процессорах с названием Intel Atom (если вообще такие процессоры еще будут выпускаться для потребительского рынка). Архитектура Tremont используется в серверных процессорах Atom (которые содержат до 24-х ядер), процессорах для различных контроллеров и сетевых устройств. А также, что интереснее, в гибридных процессорах, состоящих из 4-х ядер Tremont и одного мощного ядра Intel Core для недорогих десктопов (под торговыми марками Pentium и Celeron), и компактных ноутбуков (под названиями Core i3 и Core i5).
Комментариев нет:
Отправить комментарий