Прорыв Moorestown
Но вернёмся к обсуждению новинки. Moorestown - мобильная платформа, состоящая из трёх ключевых компонентов.
Lincroft: известный сегодня как процессор Atom Processor Z6xx, представляет собой 45-нм "систему на чипе" SoC, в которую интегрировано вычислительное ядро, контроллеры памяти и дисплея, графический движок и движок видео. Почему 45 нанометров в эпоху, когда линейка Core уже переходит на 32-нм техпроцесс, и когда кристалл можно сделать ещё меньше? Просто по той причине, что Moorestown уже был в разработке, когда 32-нм процесс начал применяться. Другими словами, время выхода на рынок с 45-нм техпроцессом было меньше, и компания при этом всё равно смогла достичь поставленных целей.
Langwell: чипсет Intel Platform Controller Hub MP20, который производится по 65-нм техпроцессу. Сегодня, когда большая часть функций вчерашних чипсетов перешла в CPU, на долю PCH остались, в основном, операции ввода/вывода, хотя нас ждут несколько сюрпризов.
Briertown: отдельная микросхема Mixed Signal IC (MSIC), предназначенная для управления энергопотреблением всей материнской платы. Она также называется Power Management IC или PMIC. Чип Briertown критически важен для функций энергосбережения Moorestown, но на самом деле этот чип производится сторонними компаниями, в числе которых Freescale, Maxim и NEC.
Четвёртый компонент, который вероятно будет приписываться к платформе Moorestown - чип беспроводной связи, но пока слишком много переменных, чтобы легко его описать. Как и в случае Briertown, Intel работала с многочисленными производителями компонентов, которые бы смогли соответствовать потребностям Moorestown. На момент старта платформы можно предполагать поддержку сетей 3G через чип M340 обработки данных и голоса от ST-Ericsson, а также Marvell 8688 для 802.11a/b/g Wi-Fi и Infineon Hammerhead 2 для GPS. Более впечатляет чип Intel Wireless Multiconnection 3200 под кодовым названием Evans Peak, который будет сочетать "4-в-1" WiMAX, 802.11a/g/n, Bluetooth и GPS в одном контроллере.
Мы подробно рассмотрим все компоненты новой платформы на страницах нашей статьи. При чтении помните, что Intel преследовала четыре цели для Moorestown, лучше всего показанные следующим слайдом.
Среди всех целей, которых Intel планировала достичь с выходом новой платформы, одну можно назвать основной: решение проблем энергопотребления Atom для ультра-мобильного сегмента. Время проигрывания аудио составляет около двух дней, а время в режиме ожидания превышает 10 дней, так что Intel сегодня может конкурировать с другими платформами для телефонов, в частности, с ARM. Кроме всего прочего, устройства Intel будут меньше, чем раньше, они будут обеспечивать превосходную совместимость и давать производительность (в частность, в сфере мультимедиа), которая "заткнёт за пояс" все другие продукты на рынке.
Конечно, на первый взгляд всё это кажется слишком смелым, так что давайте углубимся в детали.
Платформа и техпроцесс
Помните, что в линейке процессоров Atom присутствует множество семейств и архитектур. В данной статье мы сфокусируем внимание на платформе Moorestown и линейке Z, которые нацелены на "наладонники" и "таблетки". Не забывайте о линейке N для нетбуков, линейке CE для телевизоров, линейке D для десктопов начального уровня, линейке для встраиваемых систем, а также о будущей линейке "для гаджетов", для которой Intel пока даже не объявила кодовое название. Данные линейки отличаются друг от друга, по большей части, профилями энергопотребления и ожидаемой производительностью. То есть, мы уже прошли тот момент, когда Atom можно было назвать единой архитектурой, подобной Core 2 или Core i3/5/7. Возможно, уже навсегда.
В случае Menlow у нас имеется архитектура платформы, значительно напоминающая классический дизайн ПК: отдельный CPU сверху, интегрированный чипсет снизу, который можно назвать старыми добрыми северным и южным мостами, скомбинированными в одном Platform Controller Hub (PCH). Чипсет Poulsbo имел в себе большое количество компонентов, при этом он изготавливался по относительно устаревшему 130-нм техпроцессу.
Архитектурная разница при переходе на Moorestown впечатляет. Всё, что осталось в чипсете - подсистема ввода/вывода. Контроллеры памяти, видео и графики перешли в CPU, причём не просто в упаковку, а непосредственно на сам кристалл. Чипсет Langwell производится по 65-нм техпроцессу. Lincroft, похоже, соответствует 45-нм техпроцессу Silverthorne, но Intel всегда аккуратно упоминает, что Lincroft производится по техпроцессу "45 нм SoC". То есть это не тот же самый техпроцесс, что раньше, и даже не доработка старого техпроцесса. Детали здесь становятся туманными.
Intel считает, что остальная индустрия по-прежнему использует 65 нм, при этом Lincroft сохраняет шаг техпроцесса 45 нм, который был у Silverthorne. Помните, что 45-нм техпроцесс Intel выделялся использованием диэлектрика из гафния high-k, что привлекло немало внимания во время дебюта техпроцесса при объявлении микро-архитектуры Nehalem. Гафний high-k, по информации Intel, может снизить утечки на уровне затвора транзисторов в 100 раз по сравнению с предыдущим диэлектриком из диоксида кремния, который использовался в 65-нм техпроцессе. Конечно, в техпроцессе Intel "LP SoC" используется не только гафний, но инженеры хранят молчание по этому поводу. Но они всё же намекнули, что в случае Lincroft появилась "опция множества транзисторов" по сравнению с тем, что у Silverthorne были "одиночные транзисторы, расположенные друг за другом". Но неодобрительные взгляды со стороны PR-представителей Intel не позволили инженерам компании прояснить, что они подразумевали под своей фразой. Сегодня всё это находится в секрете.
Если посмотреть на размеры архитектуры Moorestown, то мы получаем 30% уменьшение площади кристалла, 40% уменьшение размера упаковки и 50% уменьшение размера материнской платы, что приводит к более высокой степени интеграции всей платформы. Спецификации упаковки CPU Moorestown составляют 13,8 x 13,8 мм (у Silverthorne была площадь 25 мм²), но на самом деле размеры кристалла - всего 7,34 мм x 8,89 мм. У одного старого дизайна Menlow для телефонов размеры материнской платы составляли 75 x 148 мм. Эквивалентная материнская плата Moorestown, которую нам продемонстрировали, имеет размер 69 x 130 мм, при этом более трети от площади материнской платы оставлено свободным, чтобы было место для размещения аккумулятора.
Intel любит называть Lincroft вычислительным ядром с ультра-низким энергопотреблением (ultra-low-power, ULP). Мы не будем здесь погружаться в микро-архитектуру Atom или в отличия её работы по сравнению с high-end процессорами Intel. Мы уже неоднократно это описывали в предыдущих статьях. Пока что достаточно просто отметить, что Lincroft - это одноядерный процессор, который использует Hyper-Threading для создания двух логических процессоров для операционной системы. Чип поддерживает 64-битные вычисления и использует ту же самую технологию виртуализации Intel Virtualization Technology (VT), что и Core 2 Duo. Lincroft поддерживает кэш данных 24 кбайт и кэш инструкций 32 кбайт первого уровня (L1). Есть также 512 кбайт кэша второго уровня L2, но кэш третьего уровня L3 отсутствует. В данной статье мы будем обсуждать энергопотребление и производительность 1,9-ГГц процессора Lincroft. Насколько мы можем судить сегодня, этот процессор будет топовым в грядущей линейке Z6xx.
Теперь важно добавить, что частота 1,9 ГГц соответствует "режиму форсажа" (burst mode), который следует пояснить подробнее. Всего у Lincroft используется четыре состояния энергопотребления: режим со сверхнизкой частотой (Ultra-Low-Frequency Mode, ULFM), режим с низкой частотой (Low-Frequency Mode, LFM), режим с высокой частотой (High-Frequency Mode, HFM) и режим форсажа (Burst Mode). Так, процессор Lincroft с указанной пиковой частотой 1,9 ГГц, будет проводить большую часть времени в режиме со сверхнизкой частотой ULFM 200 МГц.
Технология форсажа Intel Burst Performance Technology (BPT) очень похожа на технологию Turbo Boost, которая реализована на настольных ПК, поскольку она обеспечивает прирост производительности тогда, когда это требуется, а также при условии, что профиль энергопотребления будет оставаться в заданных рамках. На графике Intel ниже можно заметить надпись "sustained thermal limit" (тепловой предел при продолжительной работе) в случае режима с высокой частотой HFM, который как раз соответствует тепловому пакету TDP. При этом платформа никогда не может превзойти предельные ограничения температуры CPU (thermal junction, Tjskin), которые измеряются датчиками. Если температурный порог будет превышен, то платформа будет выполнять троттлинг до точек восстановления (recovery points на графике) режимов LFM или ULFM для охлаждения, после чего будет оставаться в пределах теплового пакета HFM, пока не появится достаточно возможности для ещё одного перехода в режим форсажа. Конечно, все эти переходы выполняются за доли секунды.
В случае Turbo Boost есть определённая гарантированная частота и выставлены определённые ограничения. Когда X число ядер переходят в режим бездействия, вы знаете, что оставшиеся ядра поднимут частоту до уровня Y, и BIOS может и не знать, какая это будет частота. В случае же Burst Mode частоты управляются через BIOS. Фактически, как указывает Intel "частоты Burst Mode могут рассматриваться как P-состояния" в BIOS, причём можно определять множество политик Burst Mode.
Ещё одна особенность режима Burst Mode заключается в том, что он поддерживает профили энергопотребления для максимально быстрого выполнения задания, за которые отвечает подсистема ОС Operating System Power Management (OSPM). Профили энергопотребления используют тот же принцип максимального быстрого выполнения задания, как и в случае серверных окружений: работа должна быть выполнена максимально быстро, чтобы процессор быстрее перешёл в состояние бездействия с низким энергопотреблением. Хотя режим форсажа потребляет максимальную мощность, интенсивная вычислительная нагрузка выполняется значительно быстрее, чем в случае её выполнения с "нормальной" скоростью при стандартном уровне энергопотребления - отсюда мы получаем экономию суммарной затраченной энергии. Работа OSPM осуществляется посредством драйверов, при этом сегодня поддерживаются разные режимы со сниженным энергопотреблением при сохранении активности устройства.
OSPM работает вместе с аппаратным управлением энергопотреблением, выполняя своего рода роль консультанта. Программное обеспечение выставляет политики энергопотребления и ограничения, после чего аппаратная часть отвечает за тонкое управление энергопотреблением. Как и можно было предполагать, уровни энергопотребления и производительности будут меняться в зависимости от используемых приложений, и OSPM подразумевает использование middleware-профилей, основанных на распространённых программных и аппаратных активностях. В частых ситуациях многозадачности, когда одновременно могут действовать разные профили нагрузки, последнее слово остаётся за аппаратным обеспечением.
Комментарии (0)