Экономичные процессоры Intel Atom. Процессор Atom N450: характеристики, фото и отзывы. Результаты тестов и сравнение с аналогами Современные портативные компьютеры - КПК, UMPC, MID

За последний год во вселенной процессоров Intel Atom произошел ряд буквально галактических катаклизмов, как разрушительного, так и созидательного порядка. В их результате она была, можно сказать, полностью перестроена. В этом посте мы вспомним историю Intel Atom, поговорим о последних событиях, с ними связанными, а в заключении познакомимся с новыми моделями из этого семейства, похожими скорее на Intel Xeon.

Intel Atom были задуманы компанией Intel как бюджетное решение с минимальным энергопотреблением для различного рода мобильных устройств. Первый Atom появился в 2008 году, он был выполнен по технологии 45 нм, со временем техпроцесс сократился до 14 нм. Успех процессоров Atom сильно отличался в зависимости от области их применения. Так, некоторая их часть определенно появилась в нужное время и получила широкое распространение в новомодных тогда «нетбуках» («ноутбуках для работы в сети»). Работали такие нетбуки по сравнению с ноутбуками на процессорах Core небыстро, зато были дешевы, компактны, не имели кулера (и сопутствующих ему проблем), и хорошо продавались. Вспомним хотя бы суперпопулярный ASUS Eee PC 901 , и отметим, что нетбуки выпускали такие солидные производители как HP, Lenovo, Dell и Sony.

ASUS Eee PC 901

Гораздо менее успешно сложилась судьба Intel Atom как x86-конкурента ARM-процессоров для смартфонов и планшетов. Хотя и тут есть очень заметный результат - выход в 2015 году Microsoft Surface 3 с процессором Intel Atom x7-Z8700.

Надо отметить, что сделано Intel в этом ключевом направлении было очень много - мобильные Атомы последнего поколения, появившегося в 2013-2014 году, по производительности далеко ушли от своих первых прародителей, а по возможностям приблизились к Intel Core: в них было полностью обновлено графическое ядро - Intel HD Graphics, микроархитектура изменена на неупорядоченное (out of order) исполнение, добавлены векторные инструкции SSE4. Тем не менее, интерес к Атомам со стороны производителей был умеренным: несмотря на приличные показатели энергоэффективности (что констатировали весьма уважаемые ресурсы), эксплуатационные преимущества не были столь весомыми, чтобы затевать масштабную движуху по смене платформы. Не последнюю роль тут сыграл и финансовый вопрос: Intel Atom были все-таки дороже своих ARM-соперников.

К 2013 году было анонсировано около десятка моделей смартфонов на Atom , часть из которых так и не вышла в серию. В нашей стране продавался брендированный Мегафоном смартфон Orange San Diego под маркой Mint .

Мегафон Mint

Intel активно продвигала платформу Android x86 среди разработчиков: создавала средства разработки, публиковала обучающие материалы, проводила мероприятия. Более того, был создан уникальный бинарный транслятор, работавший на всех мобильных устройствах c Android на базе Atom, и на лету переводивший ARM код в x86 инструкции почти без потери производительности.

Однако, как уже было сказано выше, устройств на основе Atom было выпущено немного (по сравнению с количеством ARM-устройств на рынке), что приводило к порочному кругу - независимые разработчики не спешили выпускать новые эксклюзивные x86 приложения для данных малочисленных устройств, а производители устройств, в свою очередь, не спешили выпускать новые модели из за отсутствия уникальных приложений. Кроме того, не сработало теоретическое конкуретное преимущество Atom - возможность запуска десктопных приложений на мобильных устройствах одной архитектуры. Во-первых, портировать приложения все равно приходилось просто из за несовпадения настольных и мобильных ОС (Windows или MacOS -> Android) и форм-факторов, причем, обычно это оказывалось даже труднее, чем возможный переход от x86 к ARM; а во-вторых, за время безраздельного господства ARM на мобильном рынке, все компании, желавшие создать мобильные версии своих настольных продуктов, уже сделали это для ARM-устройств, так что появление x86 только добавило им хлопот - необходимость создавать и поддерживать версии приложения для разных CPU.
Как бы то ни было, при глобальной реорганизации 2016 года направление Atom для мобильных устройств было срублено под корень.

Однако труд создателей процессоров даром не пропал. В Intel появилось новое направление, которое постепенно стало одним из ключевых: «интернет вещей». Именно совокупность компонентов «интернета вещей» является оптимальным потребителем процессоров семейства Atom с их низким энергопотреблением и широким диапазоном характеристик. Так мы незаметно приблизились к нашему времени.

К настоящему моменту Intel выпустил огромное количество моделей Intel Atom, однако актуальных из них не так и много. Это прежде всего свежеанонсированная серия Е3900 (ее сравнительную таблицу вы видите выше). Серия призвана закрыть потребность в высокопроизводительных хабах «интернета вещей» (запросы поскромнее призваны удовлетворять платформы Intel Galileo, Edison и Curie).

Однако это еще не предел «прокачки» Атома. Тут мы подходим к новому анонсу. На смену «серверной» линейки Atom C2000 образца далекого 2013 года приходит серия С3000 , которая призвана поднять производительность Intel Atom на новую высоту. Флагманом серии станет 16-ядерная модель - столько ядер в Atom еще не было никогда. При этом все «фирменные» особенности - энергоэффективность и доступная для серверных моделей цена - остаются неизменными. Пока что доступна информация об одном из младших моделей серии - процессоре C3338 . Анонсы остальных ждем во втором полугодии 2017 года.

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.

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.

Введение

Уже несколько месяцев на слуху находится новый процессор Intel, предназначенный для MID (Mobile Internet Devices, мобильные интернет-устройства) и призванный конкурировать с процессорами ARM. Изначально известные под названиями "Silverthorne" и "Diamondville", новые процессоры был названы "Atom". И сюрпризов у них немало.

Интересный выбор

Процессоры Atom удивительны хотя бы тем, что в них современные функции (EM64T, SSSE3 и т.д.) интегрированы в старую архитектуру. Atom - первый процессор x86 с очередным выполнением команд после Pentium. При разработке процессора Intel тщательно следила за энергопотреблением и стоимостью производства, пусть даже за счёт снижения производительности. Поэтому от Atom не стоит ожидать новых конкурентов Core 2 Duo. Но что предлагают процессоры Atom на самом деле? Давайте посмотрим.

Ещё во времена 80386 Intel предлагала версии с пониженным энергопотреблением, нацеленные на мобильную сферу. У 80386EX, например, некоторые функции чипсета были интегрированы в процессор, система потребляла существенно меньше энергии, чем стандартные 386. Затем появились версии 486, Pentium и Pentium II (Dixon, с 256 кбайт встроенного кэша) с пониженным энергопотреблением. Но, в любом случае, они использовали схожую, если не идентичную, архитектуру со своими настольными "собратьями". На практике процессоры работали эффективно, но различия между стандартной версией CPU и процессором для мобильных ПК были невелики.

Pentium M

Выпущенный в 2003 году, процессор Pentium M стал революцией в том плане, что использовал отличную от Pentium 4 архитектуру и потреблял существенно меньше энергии, вместе с тем обеспечивая высокую производительность. Да, процессор можно было назвать производной от Pentium III, с теми же недостатками, но последующие улучшения Pentium M, которые привели к процессорам Core 2, только увеличивали энергопотребление. Intel попыталась выпустить маломощные процессоры (A1x0, например), но они представляли собой варианты Pentium M со сниженными частотами.

Atom всё изменил

Процессор Atom построен на другой архитектуре, он изначально был разработан для минимизации энергопотребления, поэтому дизайн процессора полностью новый. Это не адаптация старой архитектуры. Сегодня Intel может предложить процессоры, которые потребляют очень мало энергии: high-end версии Atom потребляют меньше энергии, чем обычно медленные ULV-версии процессоров стандартных архитектур.

Atom Z500 и SCH (Poulsbo)

Первое поколение процессоров Atom, ранее известных как "Silverthorne", получило модельные номера Z5x0. Процессоры Atom Z500 нацелены на MID (знаменитые Mobile Internet Devices, мобильные интернет-устройства) и работают в паре с новым чипсетом Poulsbo SCH (System Controller Hub).

Поскольку ориентация объявлена на MID, то конкурент Intel очевиден - процессоры ARM. Это очень популярная архитектура (её использует подавляющее большинство телефонов, КПК и GPS-навигаторов), поддерживаемая процессорами многих производителей (ARM лицензирует набор инструкций), она даёт хорошую производительность при весьма низком энергопотреблении. В портативной сфере, за исключением некоторых редких устройств на архитектуре MIPS (карманная игровая приставка PSP, например), процессоры ARM составляют большинство. Intel, что интересно, тоже производила процессоры ARM для различных устройств (XScale, затем подразделение было продано Marvell), да и сегодня предлагает такие продукты, как, например, процессоры для RAID-контроллеров (тот же IOP333). На практике переход с архитектуры ARM на x86 проблем не составляет - Linux поддерживает обе, как и Windows CE (используется во многих GPS-навигаторах) и Windows Mobile (по крайней мере, старые версии). Кроме того, на x86 могут работать самые последние версии Windows, да и архитектура выигрывает от более широкой программной (и технической) поддержки по сравнению с процессорами ARM.

Перед тем, как мы перейдём к анализу архитектуры Atom, давайте взглянем на линейку Z500. Эти процессоры крохотные, размер упаковки составляет всего 13 x 14 мм. Процессоры состоят, примерно, из 47 млн. транзисторов (более, чем в оригинальном Pentium 4), снабжены 56 кбайт кэша L1 (24 кбайт для данных и 32 кбайт для инструкций), а также 512-кбайт кэшем L2. Процессоры работают на стандартной шине Intel, которая знакома нам ещё по процессорам Pentium 4. Частота шины составляет 400 МГц (QDR) или 533 МГц (QDR). Есть также поддержка инструкций SIMD, от MMX до SSSE3, EIST и Hyper-Threading (вернулся!). Обратите внимание, что последняя функция доступна только на некоторых моделях (с 533-МГц (QDR) шиной).

Чип SCH (System Controller Hub) является "одночиповым чипсетом", то есть сочетает на одном кристалле северный и южный мосты. Чипсет предназначен для процессоров Atom, причём, только он совместим с такими новыми функциями, как использование шины в режиме CMOS (мы поговорим об этом чуть позже). SCH функционально насыщенный - он содержит встроенное графическое ядро GMA (на основе архитектуры PowerVR), звук HD Audio (упрощённый, с поддержкой всего двух каналов), контроллер PATA (Ultra DMA 5, 100 Мбайт/с), а также поддерживает две линии PCI Express (для карты Wi-Fi, например). Есть три контроллера SDIO/MMC и поддержка восьми портов USB с возможностью использовать один в клиентском режиме. Выбор интерфейса PATA вполне логичен: контроллеры флэш-карт памяти обычно используют этот формат, например, Compact Flash. Три контроллера SD могут показаться странным выбором, но некоторая память использует именно такой интерфейс (OneNAND, например). Контроллер DDR2 в чипе SCH поддерживает память с напряжением 1,5 В вместо 1,8 В по спецификациям JEDEC. Эта небольшая деталь тоже помогает снизить энергопотребление.

Для графики мы получили новый контроллер GMA 500. Он использует унифицированную архитектуру и поддерживает шейдеры 3.0+. Что интересно, графический контроллер обладает аппаратной поддержкой для декодирования форматов H.264, MPEG2, MPEG4, VC1 и WMV9. Частота GMA 500 составляет 200 или 100 МГц, в зависимости от версии чипсета, поддерживается и DirectX 10 (вряд ли это важно, но упомянуть стоит), хотя драйверы поддерживают только DirectX 9. Обратите внимание, что графическое ядро происхождения не Intel. В отличие от других GMA, оно построено на технологии PowerVR.

Интересный TDP

У процессоров Atom Z500 тепловой пакет (TDP) меняется от 0,85 Вт (для 800-МГц версии без Hyper-Threading) до 2,64 Вт (для 1,86-ГГц модели с поддержкой "Hyper-Threading"). SCH потребляет примерно 2,3 Вт в самой совершенной версии, что даёт для связки SCH + CPU меньше 5 Вт. Если сравнивать с существующими решениями, прогресс очевиден: Via Nano, например, заявлен на 25 Вт для 1,8-ГГц версии, а Celeron-M ULV - 5 Вт на 900 МГц.

Atom N200 и i945

Для Atom, нацеленных на стандартные компьютеры, Intel предлагает другую линейку (Diamondville). Процессоры Atom линеек N200 и 200 как раз нацелены на стандартные компьютеры, но больше, конечно, на дешёвые портативные ПК, такие, как Eee PC и конкурирующие решения .

Процессоры Atom N200 аналогичны Atom Z500, единственным отличием является поддержка 64-битных расширений EMT64, которая присутствует в N200 и 200, а также отсутствие поддержки EIST. Таким образом, процессоры Atom 200 не могут изменять частоту "на лету". Цены весьма привлекательные: Atom N270, с частотой 1,6 ГГц (шина 533 МГц) и 2-Вт TDP стоит всего $44. А версия 230, с 4-Вт TDP, обойдётся всего в $29 (на той же частоте).

Чипсет-ветеран: i945

Основная проблема процессора Atom N200 связана с чипсетом: Intel предлагает только варианты i945. Этот чипсет, мало того что устарел (он выпущен в 2005 году), отличается крупным недостатком: он потребляет немало энергии (22 Вт в версии GC). Чипсет i945 поддерживает современные технологии: SATA (2), PCI-Express (1 линия через ICH7), HD Audio и т.д. Вполне понятно, что он работает с памятью DDR2 (два канала) и использует встроенное графическое ядро GMA 950. Как вы можете догадаться, использовать старый чипсет (от платформы Napa) с TDP, который в 10 раз превышает тепловой пакет процессора, идея не лучшая. Но ничего более интересного пока не предложено. Портативные ПК используют чипсет i945GSE, который потребляет всего 5,5 Вт (4 Вт северный мост и 1,5 Вт южный мост). Понятно, что его производительность далеко не такая же - особенно в 3D-графике, поскольку Intel снизила частоту GMA (с 400 до 133 МГц).

Теперь позвольте сказать пару слов по поводу GMA 950, интегрированного графического ядра в чипсете Intel i945. Оно обладает поддержкой DirectX 9 и способно работать с интерфейсом Aero, а также широко распространено в ноутбуках с процессором Core Duo. Производительность слабая, аппаратной поддержки декодирования HD-форматов нет. Более того, графическое ядро очень чувствительно к пропускной способности памяти, а драйверы не оптимизированы. Наконец, Intel использует для графического ядра несколько частот - от 400 МГц для версии i945G (настольные ПК), до 250 МГц для ноутбуков и 166 МГц для ультрапортативных моделей (с пропорциональной потерей производительности). Версия, используемая процессорами Atom (i945GSE), ограничена 133 МГц, хотя у чипсета i945GC графическое ядро работает на 400 МГц.

Архитектура Atom: очередное исполнение и "Hyper-Threading"

Процессоры Atom используют новую архитектуру, хотя и со старыми технологиями. Это первый процессор x86 от Intel с очередным (вместо внеочередного, out of order execution) выполнением команд со времён Pentium, который появился ещё в 1993 году. Все другие процессоры Intel, начиная с P6, используют внеочередное выполнение.

Чтобы не вдаваться в детали, представьте процессор как устройство, которое получает инструкции друг за другом и размещает их на конвейере. В очередной архитектуре инструкции выполняются в том порядке, в котором они поступили. А во внеочередной архитектуре порядок инструкций, выдаваемых на конвейер, можно менять, чтобы они выполнялись максимально эффективно. Преимущество внеочередной архитектуры в том, что можно снизить число ожиданий. Например, если у вас есть инструкция простого вычисления, инструкция обращения к памяти и ещё одна инструкция простого вычисления, то в очередной архитектуре они будут выполнены друг за другом, а во внеочередной архитектуре процессор может выполнить два расчёта параллельно с длительным доступом к памяти, что экономит время. Но весьма удивительно то, что обычно очередная архитектура отличается коротким конвейером, а у Atom она насчитывает 16 ступеней, что в ряде случаев приводит к недостаткам.

"Hyper-Threading"

Технология "Hyper-Threading" появилась ещё с процессором Pentium 4. Она позволяет выполнять два потока одновременно, оптимизируя загрузку конвейера. Конечно, это не так эффективно, как два физических ядра, но технология заставляет ОС считать, что процессор может обрабатывать два потока одновременно, и это может повысить производительность компьютера. На процессоре Atom с длинным конвейером и старой очередной архитектурой "Hyper-Threading" работает весьма эффективно, технология позволяет существенно повысить производительность без ощутимого влияния на TDP. Intel заявляет о повышении энергопотребления всего на 10%.

Во всём остальном Atom оснащён двумя ALU (блоки выполнения целочисленных вычислений) и двумя FPU (блоки выполнения вычислений с числами с плавающей запятой). Первый блок ALU выполняет операции сдвига, а второй - переходов. Все операции умножения и сложения, даже с целыми числами, выполняются на блоках FPU. Первый блок FPU очень простой и ограничен операциями сложения, а второй отвечает за операции SIMD и умножения/деления. Для 128-битных расчётов первая ветка используется в паре со второй (обе ветки 64-битные).

Если вы посмотрите на число тактов, которые требуются для выполнения инструкции, то обнаружите кое-что интересное. Некоторые инструкции быстрые, другие - (очень) медленные. Инструкции "mov" или "add", например, выполняются за один такт, как и на Core 2 Duo, а инструкции умножения (imul) занимают пять тактов в отличие от всего трёх у микроархитектуры Core. Что ещё хуже, 32-битное деление с плавающей запятой, например, занимает 31 такт по сравнению со всего 17 (или почти половиной) у Core 2 Duo. На практике - и Intel это подтверждает - Atom оптимизирован для быстрого выполнения основных инструкций, то есть процессор резко снижает производительность на сложных инструкциях. Это можно проверить, просто запустив Everest (для примера), у которого есть инструмент для измерения времени выполнения инструкций.

Кэш и FSB

Intel выбрала весьма необычную организацию Atom, но без ущерба производительности, что немаловажно для процессора с очередной архитектурой.

24 + 32 кбайт: асимметричный кэш

Кэш первого уровня Atom составляет 56 кбайт: 24 кбайт для данных и 32 кбайт для инструкций. Подобная асимметрия, весьма удивительная для Intel, является следствием структуры кэша. Intel использует восемь транзисторов для хранения одного бита в отличие от шести транзисторов в стандартном кэше. Данная технология позволяет снизить напряжение, прилагаемое к кэшу для сохранения информации. Похоже, подобный переход на ячейки с восемью транзисторами был сделан в самом конце, когда дизайн процессора уже был близок к завершению, поэтому для того, чтобы уместить кэш в прежние границы, его размер был уменьшен - это и объясняет 24 кбайт для данных.

Кэш L2 512 кбайт, уменьшаемый

Ёмкость кэша L2 составляет 512 кбайт, он работает на той же частоте, что и процессор. Кэш 8-way классический и довольно близок по производительности к тому, что использовался в Core 2 Duo (его задержка составляет 16 тактов по сравнению с 14 у Core 2). Одна из новых функций заключается в том, что части кэша могут автоматически отключаться, если программе не требуется много кэш-памяти. На практике кэш переходит из режима 8-way в 2-way, то есть с доступного объёма 512 до 128 кбайт. Подобная техника позволяет сэкономить ещё несколько драгоценных милливатт.

FSB: два режима работы

Процессор Atom использует ту же шину FSB, что и другие процессоры Intel со времён Pentium 4. Она работает в режиме с учетверённой передачей данных (Quad Pumped, QDR) и сигнальной технологией GTL. Интересно: Atom использует другую сигнальную технологию - режим CMOS. GTL работает эффективно (шина может достигать частоты 1 600 МГц QDR), но потребляет немало энергии, а CMOS позволяет снизить напряжение шины. Технически GTL использует резисторы для улучшения качества сигнала, но они вряд ли так необходимы, за исключением высоких частот. С процессором Atom и шиной, ограниченной 533 МГц (QDR), можно перейти в режим CMOS - резисторы будут отключены, а напряжение шины снизится в два раза. На данный момент только чипсет SCH поддерживает режим CMOS у FSB.

Энергопотребление: тесты и теория

Энергопотребление для данной платформы Intel критически важно, поэтому было сделано много шагов в сторону его снижения. Кроме чипсета, который потребляет много энергии по сравнению с процессором, сам Atom обзавёлся многими интересными функциями.

Шина и кэш

Как мы уже говорили, Intel немало поработала над шиной и кэшем. Был разработан другой режим для шины (CMOS), а кэш может автоматически отключать свои участки в зависимости от нагрузки. Подобные функции позволяют снизить энергопотребление, как и очередная архитектура и ячейки 8T SRAM кэша L1.

Состояние "C6"

Помимо снижения напряжения процессора до 1,05 В, у Atom появился новый режим ожидания "C6". Напомним, что режимы "C" (от 0 до 6) являются состояниями с низким энергопотреблением, и чем больше цифра, тем меньше энергии потребляет CPU. В режиме "C6" весь процессор практически полностью выключен. Остаётся активной только кэш-память объёмом несколько килобайт (10,5), чтобы сохранять состояние регистров. В данном режиме кэш L2 опустошается и отключается, напряжение питания падает всего до 0,3 В, и только небольшая часть процессора остаётся активной, чтобы обеспечить пробуждение. Процессор переходит в режиме "C6" примерно за 100 микросекунд, то есть быстро. На практике, как заявляет Intel, режим "C6" активен на протяжении 90% всего времени, что снижает общее энергопотребление (вполне понятно, что если вы запустите программу, которая нагружает процессор, или даже будете смотреть видеоролик на Flash, то процессор в этот режим не перейдёт).

Следует отметить, что оба чипсета Intel, которые можно использовать с процессорами Atom N200, потребляют немало энергии: Atom 230 использует i945GC, который потребляет 22 Вт (4 Вт для CPU), а Atom N270 поставляется с i945GSE, который "сжигает" 5,5 Вт (2,4 Вт для CPU).

На практике

Так ли мало потребляет процессор Atom на практике? Что касается процессора, то да. Что касается платформы, нацеленной на дешёвые настольные компьютеры (NetTop), то ответ тоже положительный, но... Почему "но"? Потому что чипсет потребляет немало энергии, а для процессора заявлен TDP 4 Вт или 2,4 Вт у мобильной версии. Наша тестовая материнская плата потребляла 59 Вт в режиме ожидания, мы получили 62 Вт при максимальной нагрузке (с процессором, 1-Гбайт памятью DDR2 и 3,5" жёстким диском). Вполне понятно, что приведённые числа относятся к полной платформе (без монитора), а не к одной материнской плате, а также включают и потери на блоке питания (у нашей модели КПД составлял примерно 80%). Энергопотребление можно назвать и маленьким, и большим - немного для настольного компьютера, но немало по абсолютным значениям. Мы должны упомянуть, что недавно протестированная материнская плата с 1,5-ГГц процессором Via C7 с той же конфигурацией потребляла меньше энергии: 49 Вт в режиме бездействия и 59 Вт под нагрузкой.

Тесты 1: Atom против Pentium E и Sempron

Для наших тестов мы взяли материнскую плату Mini-ITX от Gigabyte, оснащённую процессором Atom 230 и чипсетом i945GC. На плате есть один слот DIMM (DDR2) и один слот PCI - то есть современную видеокарту вы не получите. Что интересно, чипсет, который, напомним, потребляет 22 Вт, охлаждается активно, а для процессора достаточно простого алюминиевого радиатора.

Поскольку данная материнская плата предназначена для компьютеров начального уровня, мы взяли для сравнения два решения: Pentium E2160 (1,8 ГГц), двуядерный процессор начального уровня на основе микроархитектуры Core, а также Sempron 3400+ (в данном случае Socket 754). Два процессора во время наших тестов были выставлены на такую же тактовую частоту, что и Atom (1,6 ГГц). Для Pentium E2160 была взята материнская плата GA-GM945-S2. Она имеет то преимущество, что построена на том же (почти) чипсете, что и материнская плата Atom, - i945G. Для Sempron мы взяли материнскую плату на nForce4.

Три материнские платы тестировались на одинаковой ОС - Windows XP Service Pack 2 со всеми обновлёнными драйверами. Мы использовали память DDR2-667 (1 Гбайт) на платформе Intel, а также 1-Гбайт DDR400 DIMM на платформе Sempron. Наконец, в качестве тестового мы взяли 74-Гбайт жёсткий диск Western Digital Raptor.

Мы решили сравнить три платформы на равных частотах, проведя несколько реальных и синтетических тестов.

В Cinebench R10 процессор Sempron расположился между Atom и Pentium E, а комбинация Atom с технологией "Hyper-Threading" доказала свою эффективность (с "Hyper-Threading" производительность увеличивается в 1,53 раза). Обратите внимание, что прирост на Pentium E, оснащённым двумя физическими ядрами, не особо выше: 1,86 раза.

В Sandra, синтетическом тесте, разница между тремя процессорами впечатляет. Pentium E оказался ощутимо быстрее. Обратите внимание, что разница между Atom и Sempron может показаться невелика, но тесты многопоточные, и у Sempron только одно ядро, в то время как у Pentium E два ядра, а Atom поддерживает "Hyper-Threading", что даёт существенный прирост.

В тестах 3DMark 06 и PCMark 06 CPU процессор Pentium E вполне уверенно лидирует, а Sempron, как обычно, располагается по производительности между Atom и Pentium E.

В этом тесте, который так любят оверклокеры, хотя его код старый и не оптимизированный, процессор Atom намного уступает конкурентам.

Наконец, мы провели тест, который состоит из сжатия в WinRAR файлов объёмом около 1 Гбайт. Поскольку Sempron использует другую подсистему памяти (DDR) и дискретную видеокарту, мы его в этот тест не включили. На практике разница между платформами оказалась меньше, чем в синтетическим тестах, но Pentium E всё равно примерно в два раза быстрее.

Тесты 2: Atom против C7-M и Celeron

Мы решили сравнить нашу платформу Atom с двумя другими системами, способными конкурировать с тестовой платформой Mini-ITX. Первая система - материнская плата Via PC3500G с процессором C7; вторая - процессор начального уровня, часто встречающийся в ультрапортативных компьютерах, - Celeron-M (Dothan).

Материнская плата Via PC3500G имеет форм-фактор micro-ATX, она содержит чипсет CN896 в паре с процессором C7 на 1,5 ГГц. Для нашего теста мы опустили частоту Atom до такого же уровня, что и у C7 (12 x 125 МГц, или 1,5 ГГц). Память, жёсткий диск и ОС были одинаковыми.

В Cinebench R10, как можно заметить, процессор Atom был быстрее C7, но ненамного - по крайней мере, с одним потоком. С другой стороны, поддержка "Hyper-Threading" у Atom привела к существенному отрыву.

В PCMark 05 можно видеть, что платформа Atom, даже на идентичной частоте, оказалась быстрее платформы C7. На то есть несколько причин. PCMark 05 - многопоточный тест, как и многие современные программы, поэтому Atom с "Hyper-Threading" имеет преимущество. Кроме того, чипсет Intel существенно быстрее (или не такой медленный, если быть точнее), чем Via.

Наконец, мы измерили энергопотребление обеих платформ. Сюрприз: благодаря экономичному чипсету платформа Via потребляла меньше энергии, чем платформа Intel. В режиме бездействия система на PC3500G потребляла 49 Вт, а GA-GC230D требовалось 59 Вт. Однако при повышении нагрузки Atom стал потреблять всего на 3 Вт больше, а платформа Via увеличила энергопотребление на 10 Вт, оставаясь, впрочем, всё ещё ниже уровня Intel. Все измерения проводились от электрической розетки, то есть на результат влияли потери на блоке питания (КПД 80%).

Для сравнении с Celeron M мы взяли ноутбук с данным процессором на ядре Dothan. Мы не стали проводить тесты PCMark, поскольку "железо" двух конфигураций сильно различается, и результаты сравнивать некорректно. Как и в случае с C7, мы снизили частоту Atom до уровня Celeron M (в данном случае 1,3 ГГц).

В таком синтетическом тесте, как Cinebench R10, можно видеть, что Celeron примерно в два раза быстрее на идентичных частотах. В любом случае, технология "Hyper-Threading" добавила Atom несколько баллов.

Как показывают тесты, Atom находится между C7 и Celeron M при идентичных частотах. Учитывая, что оба процессора используются в дешёвых ПК (Netbook), C7 с частотами, близкими к Atom, а Celeron M на меньших частотах, можно утверждать, что производительность компьютеров на Atom будет более или менее идентична современным системам. С другой стороны, у современных ноутбуков Celeron M работает на высоких частотах 1,6 ГГц и 1,86 ГГц, поэтому и превосходство над Atom будет ощутимо.

Разгон и 3D

Наконец, мы провели тесты в двух областях, которые вряд ли будут актуальны для платформы Atom, но для нас и читателей они весьма интересны.

Поскольку на нашей материнской плате не было слотов PCI Express или AGP (а видеокарты PCI найти всё сложнее), мы ограничили тесты GMA 950. Для сравнения мы взяли материнскую плату Gigabyte, основанную на тому же чипсете с процессором Pentium E 2160 на частоте 1,6 ГГц, равной Atom. Оба компьютера используют одинаковое интегрированное графическое ядро GMA 950 на 400 МГц, а процессоры работают на одинаковой частоте 1,6 ГГц. Оба компьютера оснащены одним DIMM DDR2-667.

Как можно видеть, производительность 3DMark 06 в разрешении 640 x 480 без фильтров очень низкая. Кроме того, Pentium E оказался существенно быстрее Atom.

Но следует помнить, что в портативных ПК Atom будет использоваться в паре с чипсетом i945GSE, а GMA 950 в данном варианте будет работать всего на 133 МГц.

Материнская плата Gigabyte Mini-ITX предоставляет немного опций для разгона: можно изменять только частоту FSB, зато от 100 до 700 МГц. На нашей модели CPU множитель заблокирован на 12, а частота FSB составляет 133 МГц. Мы смогли достичь стабильной работы на 1,8 ГГц (12 x 150) без подъёма напряжения, а также и на 1,86 ГГц (шина 153 МГц), подняв напряжение FSB в BIOS материнской платы (+0,3 В для шины). Производительность увеличивалась линейно, как и энергопотребление: с 62 до 65 Вт для 1,6 и 1,8 ГГц, соответственно. А после разгона Atom до 1,86 ГГц энергопотребление платформы составило 67 Вт. Разницу можно объяснить подъёмом напряжения шины. Следует помнить, что энергопотребление увеличивается не только из-за CPU, но и из-за разгона чипсета.

Почему нет теста HD?

Почему мы не проводили тесты воспроизведения HD-видео? Первая причина в том, что процессоры Atom для этого не предназначены. Intel нацеливает их на дешёвые компьютеры NetTop, предназначенные для просмотра Интернета, а не для воспроизведения дисков Blu-ray. Впрочем, ради интереса мы попытались посмотреть HD-DVD, но плеер Power DVD отказался запускаться без современной видеокарты, способной взять на себя часть декодирования видео. Мы попробовали воспроизвести ролики HD, скачанные из Интернета, но и здесь нас ждали разочарования. На результат влиял тип используемого плеера, а качество видео не соответствовало коммерческим HD-дискам. Декомпрессия потока DivX 720p в несколько мегабит/с - это одно, а видео в формате H.264 с потоком 36 мегабит/с - это другое.

Заключение

Каково будет наше заключение по поводу платформы Atom? Впечатление смешанное. Сам процессор можно признать успешным - он недорогой, потребляет очень мало энергии, и хотя его производительность невысока, её вполне достаточно для целевого рынка (недорогие ПК, предназначенные, в первую очередь, для работы в Интернете). Кроме того, поддержка "Hyper-Threading" приятно радует. Но чипсет в паре с процессором разочаровывает. Intel предлагает только два варианта, и их можно критиковать. SCH Poulsbo кажется эффективным, но его вряд ли имеет смысл устанавливать в стандартные ПК из-за ориентации на MID (нет порта SATA, например), а чипсеты i945GC и i945GSE подходят для ПК, но у них тоже есть недостатки - малый набор функций, очень низкая производительность интегрированного графического ядра в 3D (а всё больше приложений его используют), да и чипсет потребляет ощутимо больше энергии, чем сам процессор.

Чувство такое, что Atom является пробной попыткой - он успешен с одной точки зрения и провальный с другой. Встанут ли компьютерные производители и обычные потребители на сторону Atom? Вне сомнения, и по двум причинам: цены и маркетинг. Платформа позволит собирать компьютеры по очень низким ценам, да и Atom уже стал заметной торговой маркой. Мнение рядового покупателя о возможной конфигурации может быть следующим.

"Eee PC 900 за $450 (хорошо) с процессором Celeron (плохо) на частоте 900 МГц (плохо)".

Или таким.

"Eee PC 901 за $450 (хорошо) с процессором Atom (хорошо) на частоте 1,6 ГГц (хорошо)".

Другими словами, процессоры Atom приглянутся публике больше, даже если практическая разница будет невелика.

Платформа получилась действительно парадоксальной: успешный процессор (пусть даже производительность по абсолютным значениям невелика) и просто недостойный его чипсет. В целом, разница между старыми платформами невелика, поэтому будем надеяться, что Intel предложит новые чипсеты, лучше ориентированные на будущее.

Преимущества .

• Цена $29 за Atom 230;
• низкое энергопотребление процессора;
• "Hyper-Threading" показывает себя с лучшей стороны.

Недостатки .

• Слабая общая производительность;
• неудачный чипсет;
• очень низкая 3D-производительность;
• несбалансированная платформа.

В 80ые годы, когда появились первые ноутбуки, они мало отличались от персональных компьютеров - это был большой ящик со встроенной клавиатурой, материнской платой, экраном и ручкой для переноски, даже аккумулятор был не всегда. И это было понятно - не было смысла разрабатывать специальные процессоры для ноутбуков, так как существующие на рынке решения не требовали даже 1 ватта. К концу 90ых процессоры уже требовали как минимум радиаторов для охлаждения, ну а к началу нулевых Intel поняли, что нужно выпускать отдельные процессоры для ноутбуков со сниженным потреблением энергии - так появилась линейка Intel Pentium M: такие процессоры имели теплопакет в 20-25 Ватт, что вполне подходило для их установки в ноутбуки. По сути эти процессоры являются сильно переработанными Intel Pentium III с меньшими частотами:


Однако еще через пару лет, когда Microsoft представила Windows XP Tablet Edition, встал вопрос о еще большем снижении тепловыделения - так родилась линейка Intel Celeron ULV (пра-прадедушка всех современных Intel Core i ULV): эти процессоры представляли еще более урезанные Pentium M - если последние работали на частотах в 1.5-2 ГГц, то частоты Celeron зачастую были меньше гигагерца! В принципе, этого хватало для запуска XP (она требовала процессор с частотой хотя бы 233 МГц), но система работала достаточно задумчиво.

В 2007 году Intel представили «папу» Intel Atom - процессоры A100 и A110, которые представляли собой урезанные одноядерные 90 нм Pentium M с частотами около 600-800 МГц. Пожалуй единственным их плюсом было то, что их тепловыделение не превышало 3 Вт, то есть они могли охлаждаться пассивно. Однако производительность так же была пассивной - даже хуже, чем у Celeron M, поэтому такие процессоры на рынке популярности не сыскали. Intel поняли, что, во-первых, пора переводить процессоры на новый техпроцесс, а во-вторых делать решения с пассивной системой охлаждения еще ох как рано - и в 2008 они представили Intel Atom.

Intel Atom Bonnel

Первое поколение Intel Atom представляло из себя ядро Pentium M на 45 нм техпроцессе с интегрированной графикой от PowerVR, кэшем L2 до 1 Мб и контроллером памяти DDR2. Пожалуй, самым популярным процессором, который стоял в большинстве нетбуков того времени, был Atom N450. Это был одноядерный двухпоточный процессор с частотой около 1.5 ГГц, интегрированная видеокарта называлась Intel GMA 3150, а комплектовался он 1-2 Гб ОЗУ. Его тепловыделение не превышало 6.5 Вт, так что для охлаждения требовался небольшой кулер.

Производительность такого процессора была, конечно, невысокой - в 3Dmark 06 процессор набирал всего 500 очков, а видеокарта 150. К примеру, процессор в оригинальном Macbook Air 2008 года, Intel Core 2 Duo T7500, набирал 1900 очков, а его видеокарта, GMA X3100, 430 очков. В итоге на нетбуке с таким процессором можно было открывать документы, сидеть в интернете, но не более того - тормозило даже 720p c YouTube, а про игры вообще можно было забыть. Но тем не менее нетбуки с такими процессорами пользовались огромной популярностью - во-первых они были очень компактными и легкими (10-11", 1-1.2 кг), во-вторых дешевыми - в основном не дороже 200-300 долларов, и в-третьих долгоживущими - 6 часов при смешанной нагрузке достигались легко, что было редкостью в 2010ом. В итоге такие устройства массово раскупали студенты и школьники, ибо это был идеальный вариант печатной машинки с возможностью выхода в интернет.

Intel Atom Saltwell

Время шло, уже стали появляться процессоры на 32 нм техпроцессе, и Intel разумеется решила обновить линейку Atom. Самая основная проблема была не сколько в слабой видеокарте, где поддежка DX 9 была прикручена на скорую руку, а в процессоре, который категорически отказывался нормально тянуть новую Windows 8, да и отсутствие возможности просмотра хотя бы 720р в 2012 году уже выглядело нелепо.


Поэтому Intel подтянулись и выпустили линейку Atom Z2xxx - чаще всего в планшеты и нетбуки на Windows ставился Z2760, его и рассмотрим. Это двухядерный четырехпоточный процессор с частотой около 1.8 Ггц, построенный по 32 нм техпроцессу, с все той же графикой от PowerVR (правда несколько доработанной), 1 Мб L2 и поддержкой до 2 Гб LPDDR2 памяти. По процессорной производительности это был уже совсем другой уровень - в 3Dmark 06 он набирал уже 1000 очков, а видеокарта - порядка 350. Заодно был снижен теплопакет всего до 2 ватт, то есть процессор отлично охлаждался пассивно. Его производительности уже хватало для достаточно быстрой работы системы, а несколько доработанная графика (они теперь имела 6 вычислительных блоков вместо 2 в первом поколении Atom) уже позволяла худо-бедно, но даже делать простейшую обработку фото в Photoshop. Ну и разумеется никаких проблем с воспроизведением 720р и даже некоторых форматов 1080р не было. Однако за два года, с 2010 до 2012, запросы пользователей выросли ощутимо, и Z2760, который умел нормально тянуть только 768р разрешение, несколько блекнул в сравнении с iPad 4, который наура тянул 2048х1536, так что Intel было куда расти.

Intel Atom Silvermont

В 2013 году Intel наконец-то полностью разобралась с 22 нм техпроцессом, выпустив до сих пор актуальный Haswell, и наконец-то обратила внимание на Atom: Z2760 работал, конечно, сносно, но не более того, и ему нужна была замена. И Intel выпустила третье поколение Atom на 22 нм техпроцессе, Bay Trail.

Надо сказать, Intel сделала просто отличные процессоры: во-первых они смогли «запихнуть» 4 ядра в теплопакет в 2-3 Вт, во-вторых процессоры научились работать с DDR3, и в-третьих теперь они комплектуются полноценной Intel HD Graphics поколения Ivy Bridge, так что теперь есть поддержка DX11, SSE 4 и прочих современных инструкций, что позволяло на такой графике в теории запускать практически любую современную игру. Итоговая производительность процессора в 3Dmark 06 была аж 1800 очков - уровень Intel Core i ULV 2ого поколения, что было просто отличным результатом - Windows запускалась и работала быстро, и при наличии 4 Гб ОЗУ не было никаких проблем с многозадачностью. Планшеты на таком железе без труда переваривали не только 1080р, но и 1440р видео. Результат видеокарты был не хуже - 1900 очков: да, полноценная HD 4000 набирает в 3Dmark 06 около 4000 очков, но там 16 вычислительных блоков с частотой около 1000 МГц, а тут всего 4, с частотой около 600 МГц. Тем не менее, на такой графике сносно шла Civilization 5 - в сравнении с мобильной урезанной Цивилизацией это был прорыв. Это же касается и других игр - аналогов того же Dirt 3 под мобильные ОС до сих пор нет, а ведь она на минимальных настройках бодро бегала на этих Atom.

Intel Atom Cherry Trail

После выпуска третьего поколения Intel расслабились, и это понятно - Bay Trail отлично справлялся с планшетными задачами, запас на будущее был. Единственное, что было не очень хорошо, так это графика - процессор мог вытянуть и более мощное решение. И в итоге только на графике Intel и сконцентрировались, выпустив в 2015 году процессоры линейки Z8xxx (логично было бы назвать их Z4xxx, но у Intel своя логика).

Возьмем, пожалуй, самого популярного представителя новой линейки - Z8300. Этот процессор построен на 14 нм техпроцессе, имеет все те же 4 ядра с частотами около 2 ГГц, однако сильно лучшую видеокарту - теперь она, во-первых, базируется на интегрированной графике нового на тот момент поколения Broadwell, а во-вторых имеет или 12 (как в этом процессоре), или 16 (как в Z8700) вычислительных блоков с частотой около 500 МГц. Казалось бы - прирост графики должен быть 3-4 кратный, однако на деле все уперлось в теплопакет: если Bay Trail 2-3 Вт в принципе хватало, то тут для полноценной работы графики требовалось минимум в 2-3 раза больше. Поэтому в итоге видеокарта стала лишь на 30-50% мощнее, процессор же вообще остался на том же уровне. Так что особого смысла менять планшеты с Z3740 на Z8300 нет - система будет работать так же, программы будет запускаться то же самое время. Единственный прирост наблюдается в играх, но в общем-то если игра не шла на Bay Trail, то и на Cherry она скорее всего будет неиграбельной.

Дальнейшее развитие линейки Intel Atom

На данный момент линейка Intel Atom, как и Core i, является полностью отлаженной, и Intel будет ее обновлять в стиле «+5-10% за поколение» - и, в принципе, большего и не требуется: никто не рассматривает планшеты с Atom как высокопроизводительные устройства, а со своими прямыми обязанностями они справляются неплохо. Для тех, кому нужно не только сидеть в интернете и смотреть фильмы, есть линейка Core M, которая в полтора раза мощнее по процессору и в 3-4 по графике. Ну а тем, кому нужен портативный hi-end, имеет смысла смотреть на линейку процессоров Core i ULV, возможностей которых хватает для большинства пользовательских задач.