Очередной мой переводной материал. На этот раз героем является процессор Intel Atom C3958, тестирование которого провел интернет-ресурс servethehome. Но не спешите закрывать страницу, т. к. речь пойдет не о хилом, немощном нечто, мало пригодном для обычного использования, а о сравнительно недавно анонсированной 3000-й серии этих процессоров (а, по сути, SoC), ориентированных на применение в хранилищах данных, встраиваемых решениях, серверах. Итак, Intel Atom C3958 – обзор и результаты тестирования топового процессора в этом семействе.

Описание и характеристики

В 3-е поколение семейства процессоров Atom, имеющих кодовое имя "Denverton", входит довольно большое количество моделей. Самый младший процессор имеет всего 2 ядра, ну а старшенький (о котором сейчас и идет речь), может похвастаться аж 16-ю ядрами.

В определенной степени можно сказать, что имеется как минимум 2 топовые модели, это C3958 и ее близкий родственник - C3955. Приведу основные характеристик обеих моделей.

Собственно, различия не сказать, чтобы сильно бросались в глаза. Причем C3955 имеет поддержку Turbo Boost, а вот старший Atom подобного «турбонаддува» лишен. Казалось бы, не ему быть топовой моделью, но все же главное его отличие от C3955 – это поддержка технологии Intel® QuickAssist.

Кратко о том, что такое QuickAssist, или сокращенно – QAT. Это набор программно-аппаратных средств для ускорения шифрования и сжатия данных. Очень помогает QuickAssist в случаях, когда необходимо производить сжатие данных «на лету», шифровать потоки данных, обеспечить работу криптографии и т. п. В общем, все, что связано с защитой данных, аутентификацией, обеспечением безопасности. QAT существенно ускоряет работу приложений, причем весьма существенно.

Надо заметить, что эта полезная функция входит в состав не каждой модели. Вот и C3955 ее лишен, хотя имеет свои достоинства. QuickAssist использовался и процессорами Atom серии C2xxx, но в новом поколении использование технологии вышло на более высокий уровень. Так, в отличие от Atom C2xxx, для C3xxx не требуется специальный драйвер. В тестировании функция QAT была активирована, хотя в представленных ниже тестах она не использовалась.

Собственно, наличие QAT – едва ли не единственный аргумент в пользу именно C3958, а не C3955, хотя повод весьма веский. Если же выполняемые задачи не подразумевают использование шифрования, сжатия данных, в общем того, для чего нужна эта технология, то смысла в выборе именно C3958 нет.

О том, что это именно серверный продукт, говорят характеристики процессора. Здесь и поддержка большого объема памяти, и наличие 16-мегабайтного кэша L2 (по 1 МБ на каждое ядро), причем ECC, 4-х 10-гигабитных интерфейсов, 16-ти SATA устройств, технологий виртуализации VT-x, VT-d и т. п. Кстати, этот процессор не поставляется покупателям как отдельный компонент, а только в составе как минимум материнской платы.

Для тех, кому интересно, приводим результат выполнения линуксовой команды lscpu, выводящей подробную информацию о процессоре и всех его особенностях.

Тестовый стенд

Для проведения испытания была собрана следующая конфигурация:

• Материнская плата: Gigabyte MA10-ST0 с распаянным на нем процессором Intel Atom C3958.
• Память: 4x 16GB DDR4-2400 RDIMMs (Micron).
• SSD: Intel DC S3710 400GB.
• Загрузочное устройство: Intel DC S3700 200GB.

Немного подробнее про системную плату. Она весьма интересна для построения хранилищ данных. «На борту» у нее 4 слота для установки памяти, флеш-память eMMC объемом 32 ГБ производства Kingston, 2 10-гигабитных порта SFP и столько же гигабитных сетевых портов. При этом имеется разъем PCIe x8, а также 4 разъема SFF8087 для подключения 16 SATA накопителей.

Подробный обзор данной материнской платы скоро будет, но сейчас можно сказать, что максимальное потребление с двумя 10Gb SFP+ подключениями и двумя подключенными гигабитными интерфейсам составило 61 Вт.

Результаты тестов

Мы использовали наши старые, проверенные Linux-Bench скрипты. У нас есть более свежая подборка скриптов, но в данном случае она показалась не столь нужной, т. к. основное предназначение данной платформы – это встроенные приложения. При использовании подобной конфигурации в хранилищах данных или в сетевых устройствах встроенные приложения не имеют высокой нагрузки, и использование расширенных наборов команд AVX2 и AVX-512 видится излишним.

В своих прошлых проверках мы убедились, что лучшими ОС для процессоров Intel Atom серии C2000 являются Linux и FreeBSD. Windows мало распространена на таких платформах, и мы не советуем использовать данную платформу в качестве обычного компьютера. Для этого найдется масса других, более выигрышных вариантов.

Python Linux 4.4.2 Kernel Compile Benchmark

Этот тест мы используем часто. Используется стандартный конфигурационный файл, ядро Linux 4.4.2, взятое с kernel.org, и стандартно генерируемая конфигурация нагружает каждый поток в системе. Результаты показывают количество компиляций в час.

Полученные результаты показали очень неплохую производительность, которая соизмерима с результатами 8-ядерного процессора Xeon D. Модель C3955 показала немного лучшие результаты. Это неудивительно, все же различия в микроархитектуре должны проявляться в работе процессоров.

c-ray 1.1

Еще один постоянно используемый нами тест трассировки лучей, весьма популярный и показывающий разницу работы в многопоточных системах.

Показанная производительность и тут хороша. Ожидаемо более «шустрый», да еще турбированный C3955 показал более высокие результаты. Что интересно, Intel Xeon E3 продемонстрировал схожую производительность, но у него нет многих функций, которые есть у Atom, да еще и потребляемая мощность у него выше.

7-zip Compression

Очень популярное и часто используемое кроссплатформенное приложение для архивации/разархивации данных.

Полученные результаты очень неплохи. Конечно, 16 ядер Atom это не 16 ядер Xeon D, и тягаться с последним не получится. В данном случае не используется QAT, а это могло бы заметно изменить результаты, и в этом мы скоро убедимся. Если же говорить о производительности, то по скорости сжатия Intel Atom C3958 можно расположить где-то между 6-ю и 8-ядерными Xeon D. Скорость разархивации находится на где-то между 8-ю и 12-ядерными Xeon D.

Sysbench CPU test

Очередной популярный тест на платформе Linux. Мы использовали именно тест CPU, а не OLTP, который применяется при проверке накопителей.

Пришлось убрать результаты процессоров C2358 и D525 из-за низких значений, что сделало бы график сложночитаемым. Тест хорошо масштабируется и отлично нагружает все имеющиеся ядра процессора. Неудивительно, что 16 ядер пришлись очень «ко двору».

OpenSSL

Криптографический пакет, используемый для шифрования обмена между серверами. Мы получили следующий результат.

При повторной проверке получилось следующее (мы отсортировали результаты в том же порядке, что и в первом прогоне тестов, чтобы было удобнее).

Как мы видим, Intel Atom C3958 соперничает со сходным по цене Xeon Silver 4108, который предназначен для более мощных серверов. Но более интересным в данном случае является сравнение с предыдущим 2000-м поколением процессоров Atom. Топовый C2758 с включенным QAT оказался в 4 раза медленнее C3958, в котором не использовалась данная функция. Это важно, т. к. OpenSSL часто используется именно в сетевых устройствах и системах хранения данных.

UnixBench Dhrystone 2 и Whetstone Benchmarks

Тесты старые, но пока мы продолжаем использовать их по многочисленным просьбам. Результаты UnixBench Dhrystone 2.

Результаты Whetstone Benchmarks.

В данном случае видим явную пользу от многоядерности, т. к. в данном случае это компенсирует те компромиссы в микроархитектуре, на которые пришлось пойти для снижения энергопотребления. В данном случае вариант, когда «числом, а не уменьем».

Заключение

Это совсем не тот «Атом», который сразу приходит на ум при упоминании этого семейства процессоров. Базовая частота Atom C3958 не так велика по нашим временам, нет поддержки технологии «Turbo Boost», нет кэш-памяти третьего уровня, нет поддержки набора команд AVX2/ AVX-512, но 16 ядер, по 1 МБ кэша L2 на каждое ядро, существенные улучшения в IPC (Inter Process Communications) позволяют ему соперничать в производительности с Xeon D и Xeon Bronze/Silver.

Естественно, последние более подходят для виртуализации и обычного применения, но в сетевых устройствах и устройствах хранения данных «атомные» процессоры весьма хороши.

Сейчас много говорят об AMD EPYC, но у AMD нет своих решений, способных конкурировать в данном сегменте по совокупности характеристик. Так, EPYC 7251 имеет TDP в 120 Вт (сравните с Atom), имея 8 ядер, 16 потоков, правда, поддерживая увеличение частоты до 2.9 ГГц. Правда, и целей занять свою нишу именно в этом сегменте у AMD нет, по крайней мере, с EPYC.

Активность проявляла компания ARM, но сочетание производительности и использование технологий ускорения функций криптографии и компрессии данных, которое есть в 3000-й серии процессоров Atom, позволяют Intel уверенно чувствовать себя в ближайшем будущем.

Если рассматривать топовые решения с поддержкой QAT, то можно увидеть существенный прогресс, по сравнению с предыдущим поколением (Atom C2758). Единственное, что снизилось - это тактовая частота (примерно на 17 %). В остальном – сплошные улучшения. Судите сами, количество ядер удвоилось (с 8 до 16), объем кэша и максимального объема памяти увеличился вчетверо (до 16 МБ и 256 ГБ соответственно), PCIe обновила поколение, появилась поддержка 10-гигабитной сети. Вот только за существенно возросшую производительность пришлось заплатить возросшим TDP.

К сожалению, увеличились, и существенно, цены. Правда, широкая линейка моделей позволяет подобрать вариант (например, Atom C3758), который дешевле, и может с успехом заменить предыдущий топовый процессор в соответствующих областях применения.

Благостную картину существенно возросшей производительности только портит цена, т. к. при стоимости в 449 $ Atom C3958 конкурирует с Intel Xeon Silver 4108 и Xeon D lines, а это, как ни крути, птицы несколько другого полета.

Разработкой семейства процессоров Atom фирма Intel расширяет свое присутствие на активно развивающемся рынке компонентов для портативных компьютеров и мобильных интернет-планшетов (англ. MID - Mobile Internet Devices). Какие же бывают процессоры Atom? Чем они отличаются друг от друга и какие у них конкуренты? Об этом, собственно, мы сейчас и поговорим.

Отдельные модели процессоров Atom предназначены для использования в сверхэкономичных бюджетных ноутбуках и настольных компьютерах. Такие компьютеры, обладая очень малым энергопотреблением и уменьшенными размерами при оптимальной стоимости, могут использоваться для просмотра видеофильмов и фотографий, общения в интернет, работы с электронной почтой, просмотра сайтов и в процессе обучения. Чтобы отличать такие устройства от традиционных настольных ПК и ноутбуков, называет их и nettops .

Архитектура процессора Atom

Семейство процессоров Intel Atom разработано на основе архитектуры х86, используемой во всех процессорах для IBM PC совместимых компьютеров. Однако новые процессоры Intel не являются дальнейшим развитием существующих серий. Процессоры Atom разработаны на основе технологии RISC (англ. Reduced Instruction Set Command), предполагающей использование сокращенного набора исполняемых команд (инструкций), в отличие от традиционных CISC-процессоров (англ. Сomplex Instruction Set Command), работающих с полным набором команд.

Совершенствование технологий производства и оптимизация внутренней структуры процессоров в рамках существующей архитектуры х86 позволили достичь впечатляющего уровня производительности даже для систем бюджетного уровня. Одно из направлений совершенствования процессоров - усложнение внутренней структуры, для возможности выполнения сложных действий в рамках одной команды. Однако для декодирования таких команд требуются значительные аппаратные ресурсы, возрастает число тактов, необходимое для их отработки, увеличивается энергопотребление.

С другой стороны такие команды в исполняемом коде встречаются не часто и далеко не в каждой программе. Идея RISC-технологии основана на использовании ограниченного набора команд с коротким циклом исполнения (в идеале за один такт синхронизации). Аппаратная реализация такой архитектуры позволяет выполнять программный код с минимальными временными затратами, в идеальном случае одну команду - за один такт синхронизации. В конечном результате сокращается энергопотребление, появляется возможность снижать рабочие частоты, уменьшать размеры процессоров.

Вместе с тем сохранена совместимость с программами для CISC-процессоров. Отсутствующие в наборе процессоров команды исполняются после предварительного программного перекодирования их в поддерживаемые RISC команды. Что вполне оправдано при незначительном присутствии сложных команд в исполняемом программном коде.

Возможности Atom

Итак, в основе идеологии разработки Atom лежит использование сокращенного набора команд, что позволило, отказавшись от размещения на кристалле чипа ряда регистров и других узлов, существенно сократить общее количество используемых транзисторов, значительно снизить энергопотребление. Процессор Atom в настоящее время является самым компактным и экономичным процессором компании Intel, производится на основе 45-нанометровой технологии под сокеты BGA и FCBGA. А в следующем году по заявлению руководителей компании процессор Intel Atom станет первым чипом, производимым с использованием техпроцесса в 32 нанометра.

В настоящее время Intel производит две серии процессоров Atom. Первая, основанная на ядре Silverthorne , называется Z (процессоры Z500-Z540) и предназначена для использования в мобильных устройствах с возможностью подключения к интернет (MID). Для совместного использования с этими процессорами разработаны чипсеты: UL11L, US15L, US15W.

Вторая серия на ядре Diamondville включает модели: Atom N270, Atom 230 и Atom 330, используется для разработки экономичных настольных систем (так называемых Nettop) и сверх экономичных бюджетных ноутбуков (Netbook). Большая часть процессоров (за исключением модели Atom 330) пока являются одноядерными.

В таблице представлены основные характеристики процессоров Intel Atom, все Atom имеют кэш-память L1 объемом 56 кбайт, из которых 32 кбайт отведено под кэш инструкций, а 24 кбайт для данных. Все процессоры Atom исполняют 32-битный код и поддерживают дополнительные наборы инструкций MMX, SSE, SSE2, SSE3 и SSSE3, а также технологию Hyper-Threading, позволяющую исполнять два параллельных потока команд.

Процессоры на ядре Diamondville , являясь 64-разрядными, поддерживают и 32-битный, и 64-битный код. Наиболее производительный на сегодня Atom 330 работает на частоте 1,6 ГГц (при частоте FSB - 533 МГц), на каждое из ядер приходится по 512 кбайт кэш-памяти L2. С целью снижения энергопотребления и увеличения времени автономной работы в процессорах использованы технологии Enhanced Deeper Sleep и Enhanced Intel SpeedStep. При отсутствии активности процессора Enhanced Deeper Sleep позволяет перемещать данные из кэш-памяти в системную.

Усовершенствованная технология Enhanced Intel SpeedStep использует несколько изменяемых значений тактовой частоты и напряжения питания ядра процессора. Таким образом, обеспечивается гибкость оптимизации энергопотребления и производительности. Процессоры Atom настолько экономичны, что большая часть общего энергопотребления компьютеров приходится на долю чипсета и прочих периферийных устройств. Поэтому оптимизация энергопотребления этих компонентов предстоящая задача для разработчиков Intel.

Intel, первой предложившая платформенный подход, предполагающий разработку полного комплекта компонентов для ноутбуков, придерживается этого принципа и для процессоров Atom. Серия процессоров для ноутбуков продвигается в рамках бренда Centrino . А существующий на сегодня набор компонентов для разработки MID и других портативных устройств объединен в платформе Menlow.

Конкуренты Atom

В настоящее время вполне успешными конкурентами для процессоров Atom могут быть чипы сразу от трех производителей. В сегменте бюджетных и энергоэкономичных ноутбуков достойным конкурентом выглядит процессор Isaya от корейской фирмы VIA . В июне 2008 года известнейший производитель графических процессоров фирма представила свой процессор для мобильных систем под названием Tegra . Процессор предназначен для использования в составе КПК, мобильных телефонов, игровых и GPS систем, заявленное энергопотребление Tegra ниже, чем у Atom.

Основной конкурент Intel - компания успешно развивает свою мобильную платформу на основе процессора Geode , оптимизированного для использования в экономичных бюджетных ноутбуках, ультрамобильных портативных компьютерах (UPMC).

Перспективы Atom

В начале следующего появится линейка процессоров Atom c улучшенными показателями. Еще более упрочить позиции Intel в соперничестве с конкурентами должна новая мобильная платформа под называнием Moorestown, в рамках которой уже в следующем году появится очередное поколение процессоров с целым рядом серьезных, усовершенствований. В состав процессора будет интегрировано графическое ядро и одноканальный контроллер памяти DDR2. На основе таких чипов можно будет создавать однокристальную компьютерную систему SOC (англ. system-on-chip).

Объединение функций сразу нескольких микросхем в одной позволит еще более снизить потребляемую мощность, которая станет на порядок меньше аналогичного параметра для платформы Intel Atom.

Сердцем любого компьютера справедливо принято считать центральный процессор (англ. CPU - Central Processor Unit). Именно от типа используемого CPU во многом зависят возможности персонального компьютера, ноутбука, КПК или смартфона.

Один из основных параметров процессора - тактовая частота. Ее повышение для новых поколений процессоров и « разгон» старых CPU - самый прямой путь к увеличению производительности настольных компьютеров.

Задача, однако, усложняется, когда речь заходит о мобильных системах. Ведь увеличение тактовой частоты и повышение производительности приводит и к росту энергопотребления, что ограничивает время автономной работы мобильного компьютера. Для охлаждения такого процессора требуются объемные системы, увеличивающие размеры и вес всего устройства.

Именно поэтому для разработки ноутбуков не годятся CPU обычных настольных ПК. А в нетбуках неэффективны процессоры для ноутбуков. Для КПК и других портативных систем зачастую используют совершенно другие типы более экономичных процессоров на основе ARM-архитектуры.

Большая часть современных ноутбуков и нетбуков оснащена процессорами фирмы Intel на основе архитектуры х86. А первым специализированным процессором для ноутбуков стал представленный Intel в 2003 году Pentium M. В таблице представлены наиболее характерные CPU из этого семейства. Модели с индексом ULV отличаются сверхнизким энергопотреблением.

Процессоры линейки Pentium M стали одними из наиболее удачных CPU Intel и долгое время успешно использовались в ноутбуках всех классов, а затем стали основой для разработки новой архитектуры Core.

Следующее поколение мобильных процессоров Intel дебютировало в 2006 году в одноядерном варианте (Core Solo) и двухъядерном (Core Duo). Эти процессоры совершили прорыв в плане производительности. Все процессоры в сравнении с Pentium M работают на повышенной частоте FSB.

Двухъядерная архитектура значительно увеличила производительность и мультимедийные возможности ноутбуков. А использование в этих CPU новых технологий энергосбережения позволило оставить на прежнем уровне энергопотребление и тепловыделение (TDP).

В настоящее время наиболее мощные ноутбуки построены на основе процессоров Сore 2 Duo. Так, с появлением этих эффективных процессоров фирма Apple, долгое время применявшая в своих ноутбуках и десктопах ARM-процессоры Power PC, производимые IBM, перевела компьютеры на платформу Intel. Одним из наиболее экономичных и производительных ноутбуков сегодня можно признать Apple Mac Book на основе CPU Intel Core 2 Duo.

Современные портативные компьютеры - КПК, UMPC, MID

Недорогой альтернативой ноутбукам могли бы стать, по замыслу Intel, ультрамобильные портативные компьютеры - UMPC. Этого, впрочем, не случилось в силу того, что недорогими они стали лишь относительно наиболее дорогих моделей ноутбуков.

Развитие игровой индустрии, технологий видеозаписи высокого качества и мобильных сетей связи способствовали появлению портативных планшетных компьютеров, известных также, как мобильные интернет-устройства (англ. MID-Mobile Internet Device).

Один из основных недостатков ноутбуков - малое время автономной работы - отчетливо проявился в MID и UMPC. Имеющиеся в распоряжении разработчиков процессоры не оптимальны для использования в сверхпортативных системах с точки зрения энергопотребления, размеров и стоимости.

Достойной заменой традиционным процессорам в КПК и MID-устройствах могут стать ARM-процессоры. Однако, сегодняшние КПК и смартфоны на их основе работают только под управлением Windows Mobile, Windows CE и Linux.

Intel производила подобные процессоры под брэндом xScale, но в 2007 году этот бизнес был продан фирме Marvell. А Intel сосредоточилась на продвижении семейства Atom, ориентированного на использование как в нетбуках, так и в смартфонах.

Экономичные процессоры Intel Atom

Представленное в 2008 году семейство Atom позволило Intel сталь безусловным лидером перспективного рынка процессоров для мобильных компьютеров. Причем, экономичными новые CPU стали не только по энергопотреблению. Если сравнить стоимость процессоров Atom c другими CPU Intel, разница видна, что называется, невооруженным взглядом ().

Сегодня семейство CPU Atom основано на двух процессорных ядрах и развивается по нескольким направлениям.

На наиболее экономичном ядре Silverthorne производятся Z-процессоры (Z500-Z550), ориентированные на MID-устройства и смартфоны.

Из таблицы видно, что они отличаются минимальным энергопотреблением. Atom Z500 имеет TDP лишь 0,65 Вт. А самым скоростным следует признать Z550 с тактовой частотой 2 ГГц.

Основным достоинством Atom Z-серии можно считать высокую производительность. А главным недостатком - повышенное энергопотребление, в сравнении с ARM-процессорами.

Для нетбуков предназначены процессоры N-серии на ядре Diamondville, наиболее производительные из них сегодня - Atom N270 и Atom N280.

Есть еще Atom 230 и Atom 330, используемые в недорогих и почти бесшумных настольных ПК, так называемых неттопах, по классификации Intel.

В семействе пока имеется только один двухъядерный CPU - Atom 330, но очевидно, что вскоре появятся и новые модели. Именно двухъядерные процессоры смогут, сохранив экономичность мобильных систем, приблизить их производительность к уровню мультимедийных ноутбуков.

В начале нынешнего года фирма Asus представила свой нетбук Eee PC 1000HE на основе Intel Atom N280. Такой нетбук с 10-дюймовым экраном и поддержкой видео высокого разрешения может работать, по заявлению производителя, в автономном режиме до 9,5 часов, а стоит около 17000 рублей.

Значительным подспорьем CPU при работе с HD-видео стал новый чипсет GN40, имеющий встроенный видеодекодер HD-класса. Такое решение экономит энергию и освобождает процессор для решения других задач, что для одноядерного CPU очень важно.

Энергопотребление нетбучных процессоров удалось вывести на новый уровень, а вот производительность оставляет желать лучшего даже в сравнении с процессорами Pentium M, работающими на частоте 1,6 ГГц.

Ближайшие перспективы развития Intel Atom

Производимые сегодня CPU Atom и чипсеты для них входят в состав платформы Intel Menlow. Упрочить позиции Intel на рынке экономичных процессоров призвана грядущая линейка процессоров Atom.

В конце нынешнего года ожидается появление Intel Atom N450, подобного Atom N280 по основным характеристикам, но выполненного на совершенно другом ядре - Pine Trail. На одном кристалле с CPU будут размещены контроллер модулей памяти DDR2 и графическое ядро с поддержкой DirectX 9. Подобные процессоры могут быть основой однокристальной компьютерной системы (англ. system-on-chip - SOC). В данном случае для построения минимального нетбука требуется лишь соединяемый с CPU аналог южного моста - чип NM10 Express с кодовым названием Tiger Point-M и обладающий поддержкой SATA, USB 2.0 и PCI-Express, а также с интегрированным кодеком Intel HD Audio.

В 2010 году будет представлена мобильная платформа Moorestown, в состав которой войдут процессоры на базе ядра Lincroft, усовершенствованной версии Pine Trail. В составе Lincroft будет также видеодекодер для аппаратной обработки потоков видео высокого разрешения.

Объединение в одном чипе функций нескольких микросхем снизит общую потребляемую мощность, которая, как обещают, станет вдвое меньше аналогичного параметра для сегодняшней платформы Intel Menlow! Для связи CPU с внешней периферией, дисковыми и сетевыми устройствами будет разработан новый чип - Langwall.

Платформа Moorestown будет поддерживать широкий диапазон беспроводных технологий, включая WiMAX, Wi-Fi и Bluetooth. Нетбуки, КПК и MID на базе платформы Moorestown будут оснащаться модулями с поддержкой сетей мобильной связи третьего поколения (3G) и возможностью просмотра мобильного телевидения. Нетбуки и MID устройства смогут выполнять функции GPS навигаторов с большим экраном высокого разрешения.

Однако, не все согласны с таким развитием событий. Впечатляющие мультимедийные возможности обещают воплотить разработчики NVIDIA в процессорах Tegra для смартфонов и MID на основе архитектуры ARM. Достойными конкурентами могут стать новые модели процессоров VIA Nano для нетбуков. Есть шансы увидеть в ближайшее время и давно обещанную компанией AMD платформу Fusion.

Обострение в этом случае конкуренции и расширение сфер использования процессоров может стать толчком к оптимизации цен, а также мотивирующей причиной для появления новых идей и технологий создания еще более экономичных и производительных процессоров для мобильных систем.

Часть 1: Предыстория, Теория, Ядро, Сила

До Атома

Компания Intel давно стала обращать пристальное внимание на мобильный потребительский сектор и выпускать ориентированные на него продукты. Поначалу это были процессоры, подобранные по малому энергопотреблению при прочих равных параметрах (разве что частоты пониже, да корпус поменьше). Затем стали выпускать ЦП, специально доработанные для подобных применений. Историю можно начать с чипа i80386SL, у которого впервые появился SMM (System Management Mode - режим управления системой), динамическое ядро было заменено на статическое (т. е. для сохранения энергии частота может падать до нуля), и добавлены контроллеры кэша, памяти и шин ISA и PI (Peripheral Interface). Все эти изменения увеличили число транзисторов аж втрое (с 275 000 у обычного 386SX/DX до 855 000), но инженеры посчитали, что такой бюджет оправдан. Помимо этого также были версии i386CX и i386EX без встроенной периферии с тремя режимами энергосбережения.

Много воды утекло, каждый следующий ЦП (кроме серверных) выпускался как в обычном, так и в мобильном (иногда ещё и во встроенном) варианте, но все манипуляции в основном заключались в добавлении к ядру энергосберегающих режимов и отборе чипов, способных работать на пониженном напряжении при пониженных частотах. Между тем, конкуренция со стороны архитектур, разработанных специально для мобильных устройств, усилилась: 1990-е принесли появление PDA (начиная с Apple Newton MessagePad), а 2000-е дали коммуникаторы, интернет-планшеты (полузабытая аббревиатура MID) и ультрамобильные ПК (UMPC). В довесок ко всему оказалось, что основные задачи для пользователя таких устройств имеют небольшие вычислительные потребности, так что почти любой ЦП, выпущенный после 2000 г., уже обладал нужной мощностью для мобильного применения, кроме, разве что, современных игр (для которых как раз тогда появились мобильные консоли с 3D-графикой).

Назрела необходимость сделать специальную архитектуру для компактного мобильного устройства, где главное - не скорость, а энергоэффективность. В Intel такую задачу взяло на себя израильское отделение компании, создавшее до этого весьма удачное семейство мобильных процессоров Pentium M (ядра Banias и Dothan). В этих ЦП энергосберегающие принципы были поставлены во главу угла с самого начала разработки, так что динамическое отключение блоков в зависимости от их загрузки и плавное изменение напряжения и частоты стало залогом экономности серии. Особенно ярко Pentium M смотрелись на фоне выпускаемых тогда же Pentium 4, которые в сравнении с ними казались раскалёнными сковородками. Причём, работая на одной частоте, Pentium M выигрывали у «четвёрок» по производительности, что вообще впервые случилось в практике процессоростроения - обычно мобильный компьютер расплачивается за свою компактность всеми остальными характеристиками. Впрочем, и сами-то Pentium 4 были, скажем так, не очень хороши в роли универсального ЦП…

Успех платформы показал, что такая высокая скорость нужна не всем, а вот сэкономить ещё энергии было бы неплохо. На тот момент (середина 2007 г.) Intel выпустила «папу» наших сегодняшних героев - процессоры A100 и A110 (ядро Stealey). Это 1-ядерные 90-нанометровые Pentium M с четвертью кэша L2 (всего 512 КБ), сильно заниженными частотами (600 и 800 МГц) и потреблением 0,4–3 Вт. Для сравнения - стандартные Dothan при частотах 1400–2266 МГц имеют энергорасход 7,5–21 Вт, низковольтные (подсерия LV) - 1400–1600 МГц и 7,5–10 Вт, а впервые введённые ультранизковольтные (ULV) - 1000–1300 МГц и 3–5 Вт. Резонно полагая, что современный компьютер большую часть времени проводит в ожидании очередного нажатия клавиши или сдвига мыши ещё на один пиксель, главным отличием A100/A110 от подсерии ULV Intel сделала умение очень глубоко засыпать, когда считать не надо совсем, благодаря чему потребление при простое падает на порядок. А сильно сокращённый кэш (большой L2 на таких частотах не очень-то и нужен) помог уменьшить размер кристалла, что сделало его дешевле. Размер корпуса процессора уменьшился впятеро, а суммарная площадь ЦП и чипсета - втрое. Как мы увидим далее, такие приёмы были использованы и в серии Atom.

Несмотря на в принципе верное целеполагание, A100/A110 остались мало востребованы рынком. То ли 600–800 МГц оказалось всё же маловато даже для простенького интернет-планшета, то ли всего два чипа (что даже модельным рядом назвать трудно) с самого начала были экспериментальным продуктом для обкатки технологии, то ли процессор просто не раскрутили маркетологи, зная, что ему на смену идёт кое-что куда более продвинутое… Менее чем через полгода после выпуска A100/A110 26 октября 2007 г. Intel объявила о близком выпуске новых мобильных ЦП с кодовыми именами Silverthorne и Diamondville и ядром Bonnell - будущих Атомов. Кстати, название Bonnell произошло от имени холмика высотой 240 м в окрестностях г. Остин (штат Техас), где в местном центре разработки Intel располагалась малочисленная группа разработчиков Атома. «Как вы яхту назовёте, так она и поплывёт.» ©Капитан Врунгель

В 2004 г. эта группа, после отмены ведомого ею проекта Tejas (наследника Pentium 4), получила прямо противоположное задание - проект Snocone по разработке крайне малопотребляющего x86-ядра, десятки которых объединит в себе суперпроизводительный чип с потреблением 100–150 Вт (будущий Larrabee, недавно переведённый в статус «демонстрационного прототипа»). В группе оказалось несколько микроэлектронных архитекторов из других компаний, включая и «заклятого друга» AMD, а её глава Belli Kuttanna работал в Sun и Motorola. Инженеры быстро обнаружили, что различные варианты имеющихся архитектур не подходят их нуждам, а пока думали дальше, в конце года CEO Intel Пол Отеллини сообщил им, что этот же ЦП также будет и 1-2-ядерным для мобильных устройств. Тогда было тяжело предположить, как именно и с какими требованиями такой процессор будет применяться через отведённые на разработку 3 года - руководство с большой долей риска указало на наладонники и 0,5 Вт мощности. История показала, что почти всё было предсказано верно.

Устройство CE4100

Интересно, что уже вслед за Атомом летом 2008 г. был выпущен EP80579 (Tolapai) для встраиваемых применений с ядром Pentium М, 256 КБ L2, 64-битным каналом памяти, полным набором контроллеров периферии, частотами 600–1200 МГц и потреблением 11–21 Вт. А почти сразу после него - модель Media Processor CE3100 (Canmore) для цифрового дома и развлечений: архитектура Pentium М, частота 800 МГц, 256 КБ L2, три 32-битных канала контроллера памяти, 250 МГц RISC-видеосопроцессор и два 340 МГц ядра DSP (цифровой сигнальный процессор) для аудио. Как покупались эти штуки - не ясно, т. к. после анонса о них не было слышно ничего в т. ч. и от Intel. Видимо, не очень… Уже после расцвета Атома, в сентябре 2009-го, Intel повторила попытку и выпустила CE4100, CE4130 и CE4150 (Sodaville) уже на «атомном» ядре частотой 1200 МГц, двумя 32-битными каналами DDR3, обновлённой периферией и технормой 45 нм. И вновь с тех пор об этих высокоинтегрированных системах-на-чипе (SOC) мало слышно. Может быть, рынок не готов встретить героя?
Слева CE4100, справа - CE3100

Теория Атома

Для начала рассмотрим основные характеристики процессора с точки зрения потребителя. Их три: скорость, энергоэффективность, цена. (Правда, энергоэффективность - не очень-то «потребительская» характеристика, но, тем не менее, именно по ней проще всего судить о некоторых важных параметрах конечного устройства.) Далее вспомним, что у идеальной КМОП-микросхемы (по этой технологии изготавливаются все современные цифровые чипы) потребление энергии пропорционально частоте и квадрату напряжения питания, а пиковая частота линейно зависит от напряжения. В результате, уполовинив частоту, мы можем уполовинить напряжение, что в теории уменьшит потребление энергии в 8 раз (на практике - в 4–5 раз). Таким образом, мобильный процессор должен быть низкочастотным и низковольтным. Как же тогда он окажется быстрым? Для этого надо, чтобы за каждый такт он выполнял как можно больше команд, что чаще всего означает увеличение числа конвейеров (степени суперскалярности) и/или числа ядер. Но это ведёт к резкому росту транзисторного бюджета, что увеличивает площадь чипа, а значит и его стоимость.

Таким образом, выиграть по всем трём пунктам не получится даже теоретически (чем и объясняется присутствие на рынке такого разнообразия процессорных архитектур). Поэтому где-то придётся сдать позиции. Исторический экскурс говорит, что сдать надо в скорости, что даст возможность сделать ядро ЦП максимально простым. Именно по этому пути и пошли инженеры из Остина. Обдумав варианты, они решили вернуться к архитектуре 15-летней давности, первый и последний раз (среди процессоров Intel) использовавшейся в первых Pentium. А именно: процессор остаётся суперскалярным (т. е. 2 команды за такт у нас будет - но не 3–4, как в современниках Атома), лишается механизма перетасовки команд перед исполнением (OoO), но приобретает то, чего у Pentium не было - технологию гиперпоточности (HyperThreading, HT), позволяющую на базе одного физического ядра эмулировать для ОС и ПО наличие двух логических. Чтобы объяснить, почему был сделан именно такой выбор, читателю рекомендуется сначала вспомнить все возможные способы увеличения производительности ЦП . А теперь оценим их с позиции потребления энергии и транзисторных затрат.

Использование многопроцессорной конфигурации в карманном или наколенном устройстве недопустимо, а вот многоядерность - вполне, если не хватает скорости одного ядра. Поначалу Intel сделала это тем же способом, что и в первых 2-ядерных Pentium 4 - поставив пару одинаковых 1-ядерных чипов на общую подложку и общую шину до чипсета. Из других разделяемых ресурсов есть лишь питающее напряжение, которое выбирается из максимума двух запросов. Т. е. ядра могут отдельно изменять свои частоты, но засыпают и пробуждаются синхронно. В декабре 2009 г. Intel выпустила первые интегрированные версии Атомов, где на одном кристалле есть 1–2 ядра и северный мост. На плате остался южный мост, соединённый с ЦП шиной DMI, что чуть быстрее и экономней предыдущей комбинации. Больше двух ядер нам скоро не предложат, так что основной скоростной упор сделан на их внутренности.

Вопрос повышения частотного потолка инженеров Intel на этом этапе тоже не очень волновал, хотя отказываться от принципа конвейерности и декодирования команд х86 во внутренние микрооперации (мопы) никто не собирался - это был бы слишком радикальный шаг назад. А вот предсказатели переходов, предзагрузчики данных и прочие вспомогательные системы заполнения конвейера стали очень важны, т. к. простаивающий конвейер, не умеющий исполнять другие команды в обход застрявшей, означает выкинутые насмарку драгоценные ватты - и у Атома все необходимые «подпорки» сделаны ненамного хуже, чем у Pentium M и более современных ему Core 2, разве что размеры буферов поменьше (опять же ради экономии). В итоге, основная битва разыгрывается вокруг производительности за такт.

Новый процессор Intel Atom X5 Z8350 имеет четыре ядра как для устройств, работающих с операционной системой Андроид, так и для устройств, работающих с операционной системой Windows.

Обзор Intel Atom X5 Z8350

Продукт был выпущен не так давно — в начале 2016 года, приблизительно в феврале месяце. Тактовая частота изделия составляет 1.44 и может достигать 1.92 гигагерц. Процесс представляет собой часть платформы Cherry Trail. В составе устройства также находится графический ускоритель GPU который поддерживается Direct X11.2, а также контроллер памяти LPDDR 3.

Основой чипа является Airmont. Это известная архитектура, обеспечивающая всем процессорам увеличенную общую производительность, по сравнению с предыдущей версией Silvermont. К тому же у этой архитектуры была улучшена энергоэффективность.

Если же говорить об отличиях версий Intel Atom X5 Z8350 и Atom X5-Z8500, то первая версия работает приблизительно на 10-12% медленнее. Причиной этому является пониженная тактовая частота. Скорее, эта SoC может равняться на такие процессоры, как Qualcomm Snapdragon 801, или на свою предшественницу Х5-Z8300.

Характеристики Intel Atom X5 Z8350

• Название модели — Intel Atom x5;
• Кодовое название — Cherry Trail;
• Тактовая частота — 1440 х 1920 мегагерц;
• Кэш 2-го уровня — 2048 килобайт;
• Число ядер и потоков — 4/4;
• Техпроцесс — 14 нм;
• Максимальная рабочая температура — 90 градусов по Цельсию;
• Дополнительно — Intel HD Graphics (Cherry Trail, 200 — 500 MHz), Wireless Display, AES-NI, max. 2 GB Single-Channel DDR3L-RS-1600 (12,8 GB/s), USB 3.0, 1x PCIe 2.0;
• GPU — Intel HD Graphics (Cherry Trail) (200 — 500 MГц);
• 64 Bit — присутствует;
• Дата выхода — 08.02.2016.

Intel Atom X5 Z8350 является относительно свежим процессором , который был выпущен в начале прошлого (2016) года. актовая частота изделия составляет 1.44 и может достигать 1.92 гигагерц. Процесс представляет собой часть платформы Cherry Trail. В составе устройства также находится графический ускоритель GPU который поддерживается Direct X11.2, а также контроллер памяти LPDDR 3. Airmont является основой чипа.

Тест процессора на планшетовских играх Skyrim, Fallout и Oblivion

Играя в «Обливион», настройки следует выставить ниже средних. Причем самым высоким параметром нужно оставить лишь дальность обзора, потому что в противном случае игра, конечно же, меньше тормозит, но при этом предметы, которые находятся даже на небольшом расстоянии, пропадают. Играть становится сложнее.

• Разрешение — 1280 х 720;
• Яркость — средняя;
• Прорисовка персонажей — ниже средней;
• Плавность появления деревьев — ниже средней;
• Плавность появления героев — почти низкая;
• Плавность появления предметов — почти низкая;
• Плавность появления объектов (интерактивных) — почти низкая;
• Уровень растительности — самый низкий.

С такими настройками встреча с врагами обещает нам небольшие и незначительные подвисания. Тем не менее, сражаться с ними можно. Картинка практически не тормозит. Если включить максимальное разрешение, то можно увидеть настоящий дым во время взрывов или сражений. Одним словом, во время игры на низких настройках ресурсы процессора не испытывают сильной нагрузки.

Тест процессора на игре Fallout III

Настройки игры выставлены почти такие же, как и в предыдущей игре. Причем даже с такими настройками скорость кадров в секунду не превышает 35-37. Конечно, если включить настройки хотя бы выше средних, то прорисовка деталей окружающего мира была бы намного красивее и плавнее.

Когда происходит активное событие (встреча с врагами), герой отстреливает их из своего пистолета. Виден огонь, вырывающийся из его дула, враги падают достаточно плавно и в некоторых моментах можно даже увидеть разлетающиеся кусочки тела и крови.

Если попробовать уменьшить разрешение с 720 точек до 640, то по сути почти ничего не меняется, разве что движения главного героя становятся более плавными. Окружающий мир перестает дергаться и также плавно проносится перед глазами. Капли крови, которые попадают на экран, становятся более расплывчатыми и занимают больше пространства. Скорость кадров в секунду возрастает до 40+.