VŠB Technická univerzita Ostrava Fakulta Elektrotechniky a informatiky Představení a vývoj architektury Intel Atom Ostrava 2009 Jan Gerža 1
Úvod Díky stále se zlepšujícím a modernějším technologiím používaným při výrobě mobilních zařízení, jako jsou např. telefony, notebooky a také mobilní zařízení PDA či MIDs, růstu jejich mobility a efektivity užití z pohledu výkonnosti, dosažitelnosti či výdrže baterie, a v neposlední řadě ceny, získávají tato mobilní zařízení stále větší váhu a uplatnění v každodenním životě. A to ať u uživatelů laiků, kteří využívají tato zařízení k běžnému užití, tj. komunikaci a zábavě nestarajíce se o jakoukoli hlubší stránku věci či reálně technické možnosti užití takovéhoto přístroje, tak u uživatelů profesionálů, kteří toho od těchto hraček žádají mnohem více. Tato zařízení nabízejí různorodé nástroje v kompaktní formě. Díky přístupnosti internetu skrze tato zařízení a z toho plynoucí možnosti stažení téměř čehokoli, kdekoli a kdykoli, je možnost výběru a užití těchto nástrojů téměř neomezená. Z těchto důvodů se staly dnes již téměř nepostradatelnými společníky v soukromém, obchodním a profesním prostředí. Intel Atom 1 Z důvodů výše zmíněných a z nich vyplývajícího trendu poslední doby, kdy se do popředí dostává miniaturizace, výdrž baterie a z toho plynoucí mobilita, se firmy zabírající se vývojem těchto zařízení snaží dosáhnout těchto kritérií v co nejvyšší možné míře. Intel představil architekturu Intel Atom (nesoucí krycí název Diamondville) na jaře roku 2008. Jednalo se o zcela nový typ úsporného mikroprocesoru, do té doby nejmenšího, jaký kdy společnost Intel vyrobila, který bude disponovat uspokojujícím početním výkonem dostačujícím pro běžnou kancelářskou práci, poslech hudby či přehrávání videí, na druhou stranu ale velmi nízkou spotřebou a z toho plynoucí vysokou výdrží baterie. Současně společně s architekturou procesoru Atom, určenou pro platformy nettopů a netbooků, společnost Intel představila architekturu procesoru Intel Centrino Atom (nesoucí krycí název Silverthorne). Tato architektura se zaměřuje na platformu MID (Mobile Internet Device, viz níže), která je, dá se říci následníkem UMPC (ultra mobile PC). 1 Veškerá loga zde použitá (Intel Atom, Intel Centrino Atom) náleží společnosti Intel, byla zde využita pouze pro informativní účely. 2
Obrázek 1: Představení Intel Atom, Intel Centrino Atom (vypůjčeno ze zdroje [6]) Architektura procesoru Jedná se o procesor vyráběný 45nm technologií, který můžeme sledovat i u procesorů Intel Core 2. Socket procesorů je 441 pro Intel Atom, a 437 pro Intel Centrino Atom. První záměry s touto technologií směrovaly k nasazení do víceprocesorových čipů, nakonec bylo od tohoto záměru upuštěno. Celý čip je přepracován a optimalizován pro základní kritéria jeho vývoje, kterými jsou miniaturizace a hlavně nízká spotřeba. Obrázek 2: Porovnání velikosti 50 eurocentů, procesoru Intel Atom a procesoru Intel Core 2 Quad (vypůjčeno ze zdroje [6]) 3
Ruku v ruce s touto optimalizací musely přijít i změny ve zpracování instrukcí. Zatímco u procesorů vyšších tříd (P4, Core 2 Duo atp.) instrukce obstarává scheduler (časovač), určuje, které mají vyšší prioritu a podle toho může měnit jejich pořadí, u Intel Atom se instrukce zpracovávají v tzv. In-order pořadí. To je dáno díky úspoře počtu tranzistorů v procesoru. In-order zpracování znamená, že která instrukce přijde dříve, bude zpracována jako první nehledě na její prioritu. Nicméně má toto řešení jednu velkou slabost. A to nemožnost zpracovat dříve např. důležitou systémovou instrukci, která dorazila do fronty o něco málo později před dejme tomu instrukcí zpracovávající zobrazení hodin na hlavním panelu. Proto byl do architektury přidán tzv. SIR algoritmus (Safe Instruction Recognition), který umožňuje předběhnutí vysoce důležité instrukce a následné zpracování mimo In-order pořadí. Přibyla také technologie HT (Hyper Threading), díky níž běží v jednom jádře dvě vlákna, čímž se jeví procesor jako dvoujádrový (dokáže zpracovat dvě instrukce v jednom taktu). Takt procesoru se pohybuje mezi 800Mhz a 2 GHz s rychlostí sběrnice od 400 do 667 MHz. Procesor obsahuje standardně jedno jádro, u dražších modelů jádra dvě, čímž je možno díky HT technologii získát čtyřjádrový logický procesor (zpracovávající 4 instrukce v jednom taktu). Nicméně i při osazení netbooku či nettopu nejlepším Intel Atom procesorem dosahuje výkon přibližně poloviny výkonu procesoru Centrina M o stejném taktu. Co se týče desktopu, klesá výkon procesoru pod úroveň jedné poloviny výkonu desktopu. Procesor pracuje s instrukční sadou x86, díky čemuž je plně kompatibilní s platformou Windows. Totéž se ovšem nedá říci o PDA či mobilních telefonech osazených úzce specializovanými procesory pracujícími pouze s operačními systémy Symbian, Palm, Windows Mobile, Linux či Android. Nelze opominout také tepelný výkon procesorů, který je vskutku obdivuhodně nízký. Zatímco Intel Atom procesor dosahuje tepelného výkonu v rozmezí 2,5 4 W, Intel Centrino Atom se pohybuje mezi 0,65 2,64 W. Pro srovnání Intel Core 2 Duo E8400 začíná na 65 W. 4
Obrázek 3: Blokové schéma platformy Nettop (vypůjčeno ze zdroje [6]) Typy a využití procesoru Jak již bylo zmíněno, architektura Intel Atom se užívá u dvou typů procesorů. Prvním z nich je Intel Atom, používaný v netboocích a nettopech, druhým je Intel Centrino Atom speciálně navržený pro MIDs. Hlavním znakem těchto zařízení je miniaturizace, vysoká výdrž baterie a s ní spojená mobilita. Tato zařízení (netbooky, MIDs) jsou v podstatě náhradou za poznámkové bloky a diáře, přidávajíc možnost bezdrátového připojení a zábavy. Zařízení určená pro Intel Atom Nettopy: Jsou to malé desktopové stanice. Lze si je představit jako miniaturizované stolní PC, kde většinou polovinu velikosti zabírá optická mechanika, zbytek disk, miniaturizovaný motherboard, paměti a procesor s pasivním chladičem. Netbooky: Zastupují miniaturizované notebooky s absencí optické mechaniky, většinou velikostí displeje v rozmezí 10 12 palců a výdrží baterie 5-8 hodin. 5
MIDs: Jedná se o zařízení menší než netbooky, ovšem větší než PDA. Vyznačují se kompaktními rozměry, nízkou spotřebou, možností bezdrátového spojení. Lze je chápat jako spojovací článek mezi PDA a netbooky. Zařízení obsahující procesory Intel Atom Obrázek 4: Nettop společnosti Acer Obrázek 5: MID společnosti TAINELL 6
Obrázek 6: Netbook společnosti ASUS, model eee 7
Literatura [1] Wikipedia Intel Atom, <http://en.wikipedia.org/wiki/intel_atom> [2] Michal Polák - Architektury pro netbooky aneb jak se Atom dostal na vrchol, <http://www.itbiz.cz/netbook-architektury-cerven09> [3] Gabriel Torres Inside Atom Architecture, <http://www.hardwaresecrets.com/article/615> [4] Intel News Release Intel Announces Intel Atom Brand for New Family of Low-Power Processors, <http://www.intel.com/pressroom/archive/releases/20080302comp.htm> [5] Petr Krčmář Intel představil nové úsporné procesory Intel Atom, <http://www.root.cz/zpravicky/intel-predstavil-nove-usporne-procesory-atom> [6] Jan Zapletal, Jan Černý Intel Atom: obr zplodil trpaslíka, <http://www.svethardware.cz/art_doc- D40FCC727CF84FE9C12574B100601A99.html> 8