Чипсет Intel 2700G — трехмерный ускоритель в кармане


Развитие компьютерной техники прошло несколько этапов. Вслед за военными и промышленными машинами появились персональные компьютеры, рассчитанные на одного пользователя. Небольшие по размерам, они позволили внести максимум автоматизации в рабочий процесс отдельного сотрудника, а дома создать новый класс развлечений: музыка и видео, Интернет, компьютерные игры.

Наращивание вычислительной мощности давно обеспечило достаточную производительность настольных компьютеров для большинства задач. Обработка документов, информации и комфортная работа в Интернет возможна на машинах 3-5 летней давности. Локомотивом гонки гигагерцев и гигабайтов стали несколько специфических областей компьютерных технологий.

Одна из них — кодирование и декодирование видео всевозможных форматов. Вслед за широким распространением цифровых фотоаппаратов, видеокамер и вытеснением аналоговых фото и видео в сектор профессиональных устройств возникла необходимость в соответствующих аппаратных мощностях обычных десктопов. В процессоры пятого поколения Intel Pentium был внесен дополнительный набор инструкций MMX, о чем гордо сообщалось на каждом стикере "Intel inside" и системном блоке тех времен. Набор инструкций предназначался именно для ускорения работы с мультимедиа данными. К слову, в процессорах Intel XScale PXA27x реализован его мобильный аналог — Wireless MMX. В дальнейшем в процессоры были добавлены другие наборы команд SSE, 3DNow! и т.д. Потребности в вычислительных ресурсах росли вместе с характеристиками обрабатываемой информации. Кодирование/декодирование цифровой музыки в формате mp3 стало возможно на самых быстрых Intel 486DX4 100 Mhz, просмотр DVD на Pentium от 200 МГц, фильмов DivX-mp4 на процессорах Pentium II. В настоящий момент в домашних условиях можно создавать видеофильмы полупрофессионального качества и работать с любым форматом видео и аудио. Эволюция в сфере цифровой обработки медиа -информации продолжается. На пороге такие технологии, как HDTV, Blu-ray, HD-DVD. При работе с ними потребуются сотни и тысячи гигабайт дискового пространства и самые мощные процессоры.

Второй кит массовой компьютерной индустрии — трехмерные игры. Именно трехмерные, так как спрайтовая анимация и псевдотрехмерность остались только в простеньких игрушках и в большинстве своем ушли в прошлое. Конечно, еще встречаются качественные продукты на платформе ПК, но это либо проекты энтузиастов, либо римейки былых шедевров. Безусловно, качественная реализация всех трехмерных технологий в современных играх создает очень реалистичную картинку, но также требует большого количества вычислительных ресурсов. Центральный процессор давно не занимается обработкой трехмерных сцен, вся сопутствующая работа возложена на графический контроллер — устройство само по себе достаточно сложное. Время жизни одного поколения графических ускорителей составляет в среднем полгода, по истечении которых им на смену приходит новый лидер. Планка производительности повышается быстрыми темпами вместе с ценой на видеокарты.

До недавнего времени данная ситуация никак не сказывалась на рынке мобильных устройств и карманных компьютеров в частности. Отдельной строкой необходимо выделить переносные игровые консоли — устройства, изначально предназначенные для запуска игр и практически ничем другим не занимающиеся. Некоторый прогресс был достигнут с появлением таких устройств, как Nokia N-Gage (телефон — игровая консоль, так и не получивший признания у покупателей) и Sony PlayStation Portable (игровая консоль с поддержкой воспроизведения музыки, фильмов и работы в сети). Сравнивать их функциональность с аналогичной у КПК некорректно, но для игр в дороге они подходят гораздо лучше.

С выходом графического контроллера Intel 2700G на рынок карманных компьютеров и коммуникаторов появилась возможность добавить в эти устройства качественную поддержку трехмерных приложений и видео большого разрешения. Кроме того, новый контроллер обладает несколькими специфическими функциями, например, обеспечивает поддержку вывода информации на дополнительный монитор. А также позволяет снизить суммарное энергопотребление системы и, соответственно, увеличить время автономной работы компьютера. Чипсет был представлен 12 апреля 2004 года на IDF (Taipei, Taiwan) и является совместной разработкой компаний Intel и Intrinsyc; кодовое название контроллера — Marathon. В настоящий момент он представлен в трех вариантах: 2700G3, G5 и G7. Разница между моделями в количестве интегрированной памяти. Основные характеристики представлены ниже.

Основные характеристики процессоров Intel 2700G:

  • Техпроцесс 0,13 мкм.
  • Рабочие частоты: 75 МГц ядро; 100 МГц память (могут изменяться), разрядность 32 бита.
  • Напряжения питания: 1,2 В ядро; 1,8 В контроллер памяти.
  • Потребляемая мощность — максимум 50 мВт.
  • Интегрированный буфер кадра с поддержкой VGA разрешения и глубиной цвета 16 бит.
  • 704 КБ интегрированной on-die памяти (для 2700G5-G7, 384 КБ для 2700G3).
  • 16 МБ SDRAM памяти (только у 2700G7).
Функции аппаратной поддержки воспроизведения видео:
  • Формата MPEG2, разрешение 720х480.
  • Формата MPEG4, разрешение 640х480.
  • Формата WMV, разрешение 640х480.
  • Для всех форматов воспроизведения частота кадров не менее 30 в секунду.
  • Inverse Discrete Cosine Transforms (IDCT, обратное косинусное преобразование)
  • Motion compensation (компенсация движения).
  • Color space conversion (преобразование цветового пространства).
  • Scaling (масштабирование).
  • Поддержка аппаратного ускорения вывода 2D и 3D графики.
  • 150 миллионов пикселей в секунду.
  • 900 тысяч треугольников в секунду.
  • Количество устройств, использующих Intel 2700G, остается небольшим, и вызвано это общим спадом на рынке карманных компьютеров и инертностью разработчиков новых устройств. Проблема с поддержкой функций контроллера программным обеспечением в последнее время стала исправляться, не в последнюю очередь благодаря Windows Mobile 5.0. Единственный выпускаемый серийно на данный момент КПК, оборудованный контроллером Intel 2700G5, — Dell Axim X51v (наследник Dell Axim X50v) — является одним из лучших устройств в своем классе. Некоторое количество информации, схем и данных о процессоре были получены из официальной документации по Intel 2700G с сайта компании.

    Общее описание архитектуры процессора

    Обмен данными между процессором Intel 2700G и остальными компонентами КПК осуществляется через следующие интерфейсы:

    • С центральным процессором через системную шину.
    • С графическим контроллером центрального процессора через LCD интерфейс.
    • С локальной графической памятью через интерфейс локальной памяти (в процессоре Intel 2700G7).
    • Два графических LCD выхода на первичный и вторичный экраны.

    Системная шина процессора Intel XScale PXA 27x работает на частоте 100 МГц, что при разрядности 32 бита позволяет осуществлять обмен данными на скорости до 400 МБ/сек. Рабочие напряжения шины 1,8 В и 2,5 В. Из всех многочисленных протоколов, работающих с системной шиной, для обмена графической информацией предназначены два: SRAM — для записи и VLIO для записи/чтения. SRAM обеспечивает наибольшую скорость записи по сравнению с VLIO. Оба используются контроллером 2700G.

    Дополнительная off-die локальная память появилась в процессоре 2700G7, предыдущие модели обходились одним буфером кадров. Встроенный в кристалл, он используется для хранения информации выводимой на дисплей. При этом значительно увеличивается производительность и снижается энергопотребление по сравнению с внешней памятью. Тем не менее, память на кристалле имеет свои ограничения: размер в 704КБ обеспечивает работу с разрешением только в 640х480 и глубиной цвета до 16 бит. При работе с б ольшими разрешениями процессору приходится задействовать внешнюю память. В 2700G3-5 это общая операционная память КПК, в 2700G7 это локальная память графического процессора. Помимо хранения буфера кадра, локальная память используется в многочисленных операциях, связанных с декодированием видео, работой с 3D приложениями и т.д. Её параметры таковы:

    • Частота, изменяемая от 13 МГц до 100 МГц.
    • Тип LP-SDRAM.
    • Напряжение питания 1,8 В.
    • Разрядность 32 бита (два интерфейса по 16 бит каждый).
    • Несколько режимов частоты/питания памяти, в том числе: переход на пониженные частоты и энергопотребление, и полное отключение от питания.

    Таким образом, локальная графическая память в Intel 2700G7 позволяет полностью отказаться от использования оперативной памяти компьютера. А по своим характеристикам ничуть ей не уступает в быстродействии.

    Работа с двумя дисплеями

    Одним из основных преимуществ процессора Intel 2700G, о котором часто забывают, является поддержка работы с двумя дисплеями. Фактически карманный компьютер, оборудованный этим процессором, обладает двумя графическими ядрами. Первое из них встроено в центральный процессор, а второе — в графический. При их использовании могут быть реализованы различные схемы подключения дисплеев и вывода графической информации. Их реализация, в конечном счете, зависит от разработчиков конкретного устройства и программы, сам графический процессор поддерживает различный вывод информации и не обладает какими-либо ограничениями.

    Информация, подающаяся на графические устройства, может быть различной по содержанию. Кроме того, она может обладать различными параметрами: по разрешению, цветности, частоте обновления. Графический процессор 2700G обладает двумя LCD выводами: основным и дополнительным. Каждый из них может управляться как графическим контролером центрального процессора, так и графическим ядром процессора 2700G.

    Подключение и перенаправление потоков осуществляется через программируемое устройство — LCD switch. Может реализовываться несколько схем. Первая, достаточно простая, когда пользователь работает с КПК в обычном режиме, просматривая информацию со встроенного дисплея устройства. Предпочтительным и наиболее естественным будет в данном случае использовать графическое ядро процессора 2700G для обеспечения дисплея информацией. В данном случае пользователь может использовать все преимущества графического процессора. Впрочем, можно использовать и графическое ядро центрального процессора для получения информации по своему желанию. Вторая ситуация, когда карманное устройство оборудовано двумя LCD дисплеями, причем один из них обладает худшими характеристиками. Такая ситуация может встретиться, например, в коммуникаторах-раскладушках, где второй дисплей находится на откидной крышке и информирует пользователя о текущем времени, звонках и других событиях. Естественным, но опять же необязательным, будет следующий способ вывода графической информации: графическое ядро Intel 2700G обеспечивает основной качественный дисплей устройства информацией, а вторичный дисплей обслуживается графическим ядром центрального процессора. Наконец, третий возможный вариант работы связки графических ядер устройств и переключателя экранов. В нем на дополнительный выход должна подаваться графическая информация лучшего качества, чем на основной. Графический процессор 2700G может обеспечивать выходное разрешение вплоть до XGA 1024х748. В качестве устройства приемника, подключенного к КПК, может выступать ЖК экран, телевизор, цифровой проектор. Пока ядро графического процессора будет обеспечивать информацией это устройство, основным дисплеем компьютера может управлять графическое ядро центрального процессора. Следует отметить, что на оба выхода может подаваться как одинаковая информация, так и различная. Переключение выводов осуществляется через регистр устройства и сопровождается кратковременным гашением дисплеев.

    Работа с двухмерной графикой

    Несмотря на бурное развитие трехмерной графики на настольных компьютерах (вплоть до создания интерфейсов операционных систем), в карманных устройствах пользователи большую часть времени (если не всё) работают с двумерной графикой. Максимальное, на данный момент, VGA разрешение экрана наладонника не требует для работы больших вычислительных ресурсов и замедление прорисовки экрана не наблюдается вплоть до минимальных рабочих частот процессора. Гораздо важнее для портативных устройств время автономной работы, и именно на этом поле есть смысл играть с рабочими частотами процессора/памяти и милливаттами потребляемой мощности.

    Поддерживаемые Intel 2700G функции работы с двумерной графикой следующие:

    • Растровые операции ROP 2,3,4.
    • PerPixel Alpha Blending, Alpha test.
    • Colorkey.
    • Full-screen antialiasing.
    • Функции работы с блоками данных BitBLT, StretchBLT, CSCBLT.
    • Аппаратное удвоение и умножение пикселей.

    Графическое ядро с частотой 75 МГц и разрядностью 32 бита обеспечивает скорость закраски в 150 млн. пикселей в секунду при глубине цвета в 16, 18 и 24 бита. Преимущества использования Antialiasing описывать не нужно. Для тех, кто незнаком с терминологией: данная технология используется для удаления таких артефактов, как эффект лестницы на границах полигонов и наклонных линиях, а также муара. Аппаратное ускорение операций двумерного отсечения (2D Clipping) — нарезки выводимой сцены на прямоугольники позволяет сократить энергопотребление и увеличить производительность. При её использовании информация продолжает обновляться в небольшом пространстве экрана, за пределами которой пиксели остаются неизменными. Alpha Blending используется для создания эффекта прозрачности объектов с помощью четвертой характеристики пикселя, помимо RGB — альфа параметра. Он хранит информацию о прозрачности отдельного пикселя, сравнивая которую можно определить конечный цвет точки экрана. Функции BitBLT предназначены для управления перемещением блока пикселей. Каждый раз, когда пользователь двигает окно в операционной системе, он перемещает определенный блок пикселей. Аппаратное ускорение этих функции значительно увеличивает визуальную производительность компьютера.

    Работа с трехмерной графикой

    Именно в качестве трехмерного графического ускорителя Intel 2700G привнес в мир карманных компьютеров качественную трехмерную графику приемлемой производительности. Ни один другой чип для КПК до него не обладал таким функционалом, достаточно взглянуть на внушительный список поддерживаемых на аппаратном уровне функций. До недавнего времени сдерживающим фактором оставался устаревший GAPI интерфейс трехмерных приложений в карманных устройствах. Как уже было сказано, с выходом Windows Mobile 5.0 в устройствах на её базе используется набор функций DirectX, в который входят DirectDraw для работы с 2D графикой и Direct3D для трехмерных приложений. Унификация графического API с настольным аналогом позволит программистом быстрее переносить и разрабатывать трехмерные приложения и использовать функционал таких чипов, как Intel 2700G. Среди поддерживаемых API присутствует также OpenGL-ES.

    Некоторые поддерживаемые Intel 2700G функции работы с трехмерной графикой:

    • разбиение сцены на тайлы.
    • плоское (flat shading) и затенение Гуро
    • перспективная коррекция текстурирования
    • вертексное создание тумана
    • точечная, билинейная, трилинейная и анизотропная фильтрации
    • dot3 Bump Mapping.
    • full-screen AA (supersampling)
    • perPixel Alpha Blending

    Графическое ядро с частотой 75 МГц и разрядностью 32 бита обрабатывает до 900 тыс. треугольников в секунду. Процессор работает с 32 битным буфером глубины, поддерживает внутренний ARGB рендеринг и аппаратное преобразование целых чисел в числа с плавающей запятой.

    Процессор Intel 2700G — тайловый графический ускоритель. Основой послужила технология PowerVR от компании Imagination Technologies известная по видеокартам марки KYRO. Принципиальное отличие от обычных графических ускорителей, которые обрабатывают всю сцену целиком, тайловые графические контроллеры делят всю сцену на некоторые области фиксированного размера — тайлы. Все операции по рендерингу и обработке изображения производятся над этими областями, из которых затем строится конечное изображение. Преимущество данной технологии заключается в низкой нагрузке на шину памяти и соответственно сниженном энергопотреблении. Недостаток заключается в невозможности процессора приступить к обработке следующего кадра до тех пор, пока на экран не выведен полностью предыдущий. Об особенностях тайловой архитектуры можно узнать здесь, на них основываются некоторые функции Intel 2700G.

    Deffered Texturing — для каждого пикселя тайла производится сравнения Z-буфера до его текстурирования. В начале определяется, какой из треугольников пикселя будет виден и для данного треугольника подбирается соответствующая текстура. Эта технология предотвращает вторичное текстурирование пикселей, за исключением прозрачных. Small Object Culling — данная технология отсекает те треугольники, которые по размерам оказались меньше пикселя экрана и не пересекаются с ним. Неиспользуемые треугольники удаляются, и графическое ядро не обрабатывает их. Off-screen, Backface Culling — еще две технологии удаляющие неиспользуемые пикселы. Первая за пределами экрана, вторая за пределами области видимости пользователя.

    Следующие технологии используются при работе с текстурами и текстурировании. Компрессия текстур сокращает объемы передаваемой информации через память. Процессор поддерживает формат сжатия текстур, совместимый с OpenGL-ES. Mipmapping — для каждой точки объекта, находящейся на различном расстоянии от точки зрения, при наложении используются различные версии текстуры с соответствующим разрешением. Графическое ядро выберет наиболее подходящую объекту текстуру в зависимости необходимого её разрешения. Texture mapping и фильтрация — комплекс операций по наложению текстур на объекты и дальнейшая текстурная фильтрация. Графическим ядром процессора Intel 2700G обеспечиваются 12 уровней детализаций (мип-уровней) с размерами от 2048х2048 до 1х1 текселя. Поддерживаются следующие типы фильтраций: Point Sampling, Bilinear Filtering, Point Mipmapping, Bilinear Mipmapping, Point Mipmapping Linear, Trilinear Mipmapping, Anisotropic Filtering. Более подробно каждой из этих технологий можно ознакомиться здесь. Для создания атмосферных эффектов (тумана, дыма и т.п.) используется технология Per Vertex Fogging. При прорисовке пикселей учитывается определенная константа — цвет тумана. При этом обработка может проводиться по нескольким методам, в общем случае функция плотности тумана зависит от дальности объекта прорисовки. Чем дальше объект, тем более плотный туман. Кроме придания дополнительной реалистичности туман может использоваться для скрытия удаленных объектов, либо их прорисовки с меньшим количеством деталей, что положительно сказывается на производительности.

    Работа с видео

    Широкое распространение цифрового видео в последние несколько лет не могло не сказаться на рынке карманных компьютеров. Более-менее комфортный просмотр видео стал возможен на КПК трехлетней давности, в последних моделях стали доступными высокие разрешения. Естественной платой за большую производительность всегда было высокое энергопотребление. А декодирование видео высокого разрешения всегда было ресурсоемкой задачей. Те же самые наладонники позволяли просматривать фильмы со средним качеством в течение часа — полутора, что выдающимся результатом назвать сложно.

    Графический процессор Intel 2700G обладает полной аппаратной поддержкой декодирования видеоданных в форматах MPEG2/4 и WMV. Для первого типа аппаратно поддерживаются функции Inverse Zig-Zag, Inverse Cosine Transform и Motion Compensation. Процессор Intel 2700G выполняет эти операции на достаточном уровне для декодирования видео DVD качества с разрешением 720х480 и частотой кадров более 30 в секунду. Кроме того, нагрузка на системную шину сокращается на 95%.

    Основываясь на особенностях видеосигналов, к ним могут применяться большие величины степеней сжатия без серьезной потери качества получаемой картинки. Малая цветовая насыщенность сцены, при которой большинство пикселей имеют схожий или одинаковый цвета, и избыточность сцены позволяют качественно сжимать видео. Каждый кадр делится на области размером 8х8 пикселов, к которым затем применяется прямое косинусное преобразование (discrete cosine transform). Полученные данные преобразовываются в zig-zag формат. Обратные к ним процессы носят названия Inverse. При движении объектов вместо всего объекта в кадре может сохраняться только вектор его движения. Процесс обратного восстановления движущегося объекта по его вектору называется компенсированием движения (Motion Compensation).

    Софт и игры

    В данном разделе представлены некоторые приложения, в которых реализована полная поддержка функционала процессора Intel 2700G.

    Две программы для воспроизведения видео, одна из которых - это известный The Core Pocket Media Player, а другая — плеер PocketTV classic. Они оба бесплатны и обладают схожим функционалом, которого будет достаточно любому пользователю КПК.

    Ниже представлена таблица производительности TCPMP при декодировании видео с использованием процессора Intel 2700G и без.

      Dell X50v (Turbo) Dell X51v (Turbo) Dell X51v (Auto) Dell X51v (Normal) Dell X51v (Low)
    Intel 2700G Decoder, int. memory 278,68 332,21 329,79 322,21 194,50
    Intel 2700G, int. memory 144,29 172,33 168,96 161,33 97,5
    Intel 2700G Decoder, SD card 259,71 335,67 328,79 326,43 191,36
    Raw Framebuffer, int. memory 96,2 105,64 95,11 94,71 50,15
    GDI, int. memory 57,73 66,14 62,95 60,95 37,01

    Некоторые игры, для запуска которых требуется наличие графического процессора. Половина из них является портами аналогов с платформы ПК, другие - самостоятельными разработками.

    Tony Hawk`s Pro Skater 2 — полный аналог ПК версии спортивного симулятора, выпущенный компанией Aspyr, и входящий в набор игр, рекомендуемых к покупке с КПК Dell Axim x50v/x51v.

    Enigmo — трехмерная игра-головоломка от компании Aspyr.

    Stuntcar Extreme — трехмерные гонки в футуристичном стиле. Игра входит в комплект рекомендуемых к КПК Dell Axim игр.

    GeoRally EX — еще одни гонки, выглядящие более реалистично, чем предыдущие.

    Quake 3 Arena — в представлении не нуждается. Полный порт ПК версии знаменитого экшена от первого лица. Более-менее нормальную производительность стал показывать только при использовании графического процессора Intel 2700G. Для установки потребуется 150МБ свободной памяти и файлы ресурсов из оригинальной игры.

    Графический процессор может ускорять работу и других приложений, в которых не заявлена явно его поддержка.

    Общий вывод и заключение

    Не будет большим преувеличением называть графический процессор Intel 2700G полным аналогом настольных графических ускорителей. С его появлением карманные компьютеры получили возможность работы с высококачественным видео и трехмерной графикой, выход на дополнительный дисплей и большее время автономной работы. Богатейший набор функций для работы практически с любым типом видеоинформации.

    К сожалению, устройств, использующих графический контроллер немного. Объяснений может быть несколько: компания Intel опередила время с выпуском своего контроллера, что довольно часто бывает. Кроме того, выход процессора произошел в момент общего спада рынка карманных компьютеров, на смену которым приходят коммуникаторы. Свою роль сыграло и отсутствие должной поддержки со стороны операционной системы, которая появилась только с выходом WM 5.0. Впрочем, даже на таком «узком» рынке присутствуют графические контроллеры от двух главных игроков рынка графических ускорителей — компаний NVIDIA и ATi. Это процессоры GoForce 5500 и Imageon соответственно. Ориентированные в большей степени на рынки телефонов и смартфонов, они могут претендовать в дальнейшем на использование в карманных компьютерах и коммуникаторах. Одна из моделей ATi Imageon встроена в КПК HP iPAQ hx4700.

    Возможно, так и не получив широкого распространения, Intel 2700G останется в истории как первый графический ускоритель для КПК. Ведь на смену ему компания Intel готовит следующее поколение процессоров на основе той же технологии PowerVR с названием 2900G. Новый графический процессор должен работать в связке с новым ЦП от Intel — PXA290. По данным новостных агентств, анонс новых чипов назначен на второй квартал 2006 года, а появление первых устройств на их базе — на начало 2007 года. В любом случае, ждать осталось недолго, а новинки обещают быть очень интересными.






    Дополнительно



    iXBT BRAND 2016

    «iXBT Brand 2016» — Выбор читателей в номинации «Процессоры (CPU)»:
    Подробнее с условиями участия в розыгрыше можно ознакомиться здесь. Текущие результаты опроса доступны тут.

    Нашли ошибку на сайте? Выделите текст и нажмите Shift+Enter

    Код для блога бета

    Выделите HTML-код в поле, скопируйте его в буфер и вставьте в свой блог.