Содержание
- Введение
- Преимущества компании Intel
- Энергоэффективность и технологический процесс
- Графические ядра в мобильных системах
- Платформа Medfield
- Улучшенное вычислительное ядро
- Видеоядро и обработка видеоданных
- Поддержка камер и обработка изображений
- Модели Atom для ультрамобильных устройств
- Референсный дизайн смартфона на Atom Z2460
- Совместимость ПО и двоичная трансляция
- Производительность и потребление энергии
- Выводы
Введение
Общеизвестно, что в компьютерной индустрии всё очень быстро меняется. Один технологический лидер сменяет другого, и такие процессы проходят порой столь стремительно, что люди даже не успевают заметить и запомнить надолго всё произошедшее. Например, кто сейчас, кроме редких активных пользователей смартфонов с Windows Mobile, хоть иногда вспоминает эту операционную систему? А на чьих чипах была основана основная масса КПК, появившихся в начале этого века?
Конечно, заядлые энтузиасты помнят эти решения и знают ответ, но рынок ушёл дальше, и теперь Windows Phone не является доминирующей мобильной операционной системой, да о ARM ядрах от Marvell теперь мало кто знает (хотя они до сих пор применяются, к примеру, в телефонах BlackBerry). Суть в том, что любой из рынков через пару-тройку лет может выглядеть уже совершенно иначе, чем сейчас, с другими лидерами и аутсайдерами, совсем недавно бывшими среди первых. В качестве ещё одного примера можно обратить внимание на рынок смартфонов, где не так давно лидером была компания Nokia, но теперь она уступает сразу нескольким компаниям.
Вот и на рынке систем-на-чипе для мобильных устройств всё может измениться столь же быстро. Например, сейчас ведущим поставщиком таких решений является компания Qualcomm, да и многие другие известные компании там весьма активны, а вот Intel на нём практически не представлена. Но всем известно, что эта компания может добиться очень многого на любом рынке, если всерьёз примется за него, так как у них есть и ресурсы и (что ещё важнее) технологические возможности, отсутствующие у других поставщиков.
До недавнего времени x86-процессоры было трудно назвать достаточно энергоэффективными для таких ультрамобильных устройств, как смартфоны. Да, у Intel были попытки выхода на этот рынок, оказавшиеся неудачными. Но главное, что мобильные системы-на-чипе (SoC) будут оставаться одним из наиболее важных и привлекательных рынков в ближайшие несколько лет, и Intel сделает всё, чтобы стать значимым игроком на нём. А возможно и его лидером, хотя сейчас в это пока что не слишком верится.
На рынке систем-на-чипе для смартфонов и планшетов сейчас представлены: Tegra от NVIDIA, OMAP от Texas Instruments, Snapdragon от Qualcomm, Exynos от Samsung и SoC от Apple. Последние недоступны для сторонних производителей, но весьма широко распространёны в собственных изделиях этой компании. Большинство современные мобильных SoC схожи по составу. Чаще всего производители покупают лицензию на ARM-ядро вроде Cortex-A9, а также их же графическое ядро Mali или аналог от PowerVR, объединяют ARM-ядро с графическим, добавляя блоки обработки изображений, кодирования и декодирования видео, интерфейсы ввода-вывода и т.д. — вот и всё.
Но не все SoC спроектированы из готовых «кирпичиков». Ведь ARM — это лишь набор инструкций, и совершенно необязательно делать ядро точно таким же, что и у всех, можно усовершенствовать его или вовсе сделать своё, но использующее систему команд ARM. Например, компания Qualcomm в новой архитектуре Krait сделала вычислительные ядра на основе собственной архитектуры, не используя наработок компании ARM. И NVIDIA вскоре также сделает то же самое в своём Project Denver – ARM-совместимом процессоре собственной архитектуры. А ещё в SoC есть видеоядро — их на рынке предлагается много, и все они имеют разные характеристики. Но чаще всего видеоядро компании сами не проектируют, этим занимается разве что NVIDIA в своих Tegra, да у Qualcomm есть свой Adreno.
Сейчас трудно предсказать, какая компания лучше выполнит свою работу на рынке мобильных систем-на-чипе в течение следующих нескольких лет. Однако мы можем предположить, что преимущество будет иметь команда разработчиков, у которой есть наибольший опыт по проектированию различных чипов и преимущества для их производства. Например, у Intel есть и то и другое, и очень сильные команды разработчиков и собственные заводы по производству чипов. Да и с ресурсами у них всё в порядке, и опыта достаточно. Так почему бы им не попробовать стать лидерами мобильного рынка?
Преимущества компании Intel
Естественно, что в конкуренции с системами на базе ARM у Intel есть свои преимущества. На мобильном рынке Intel идёт встречным курсом по отношению к компаниям, проектирующим ARM-процессоры. У них разные задачи, Intel нужно снизить энергопотребление их высокопроизводительных CPU, а производителям ARM-систем необходимо повысить производительность их вычислительных ядер, отличающихся весьма низким потреблением энергии.
Вполне вероятно, что повысить энергоэффективность уже имеющихся высокопроизводительных ядер x86-архитектуры будет несколько проще, чем повысить скорость вычислений в небольших ARM-ядрах. Ведь в процессе усложнения процессорных архитектур, компаниям, проектирующим CPU ядра на базе ARM, ещё только предстоит пройти тот же путь, который для Intel уже остался позади.
В следующем поколении ARM-процессоров от Qualcomm и ARM их вычислительные ядра должны значительно усложниться, для лучшего параллелизма исполнения и увеличения эффективности использования ресурсов CPU. Положение ARM тут проще, так как эта компания уже имеет опыт проектирования ядра Cortex-A9 с полностью внеочередным исполнением команд (OoO — out-of-order). Но даже при том, что вычислительное ядро Intel Atom не менялось несколько лет, при прочих равных условиях этот процессор с in-order архитектурой всё равно оказывается производительнее любых конкурентов на базе ARM. А требования к производительности мобильных систем растут, и многолетний опыт Intel по повышению производительности и эффективности x86-архитектуры может быть реализован в будущих модификациях Atom.
А вот компаниям ARM, Qualcomm и другим в ближайшие годы придётся вкладывать значительные ресурсы в дело увеличения производительности CPU. Процессоры архитектуры x86 прошли аналогичный путь ещё несколько лет назад, и если временно не затрагивать вопрос энергопотребления, уже сейчас нет никаких сомнений в том, что Intel может предложить более производительные процессоры, по сравнению с CPU на базе архитектуры ARM.
Это же касается и пропускной способности и задержек доступа к памяти. Почти все современные SoC на базе ARM имеют посредственную пропускную способность. И лишь в следующих решениях от компании ARM, TI и Qualcomm предполагается использование высокопроизводительных шин памяти. А вот та же линейка Tegra от компании NVIDIA не имеет достаточно быстрой шины памяти и в том числе поэтому порой уступает конкурентам по производительности, имея отличные вычислительные возможности. Intel всегда уделяла достаточно внимания повышению производительности в целом, в том числе и подсистемы памяти, что прекрасно видно при сравнении производительности подсистемы памяти Atom и мобильных SoC в некоторых синтетических тестах — ПСП и задержки доступа у решения Intel гораздо лучше. Им сейчас нужно заниматься снижением энергопотребления, а не наращиванием производительности, с которой и так всё в порядке.
Итак, с производительностью более-менее понятно, тут у Intel и опыт и ресурсы есть. Что касается поддержки беспроводных сетей, то у них пока нет опыта работы в сетях 3G/LTE, зато с WiFi всё теоретически должно быть в порядке, так как беспроводными сетями по этой технологии они занимаются давно. Ну а для мобильных сетей они приобрели Infineon Wireless, получив опытный коллектив с разработками оборудования для сетей 3G и LTE. Кроме этого, у них теперь есть и Silicon Hive, занимающаяся решениями по обработке цифровых сигналов, а также производитель антивирусного ПО McAfee, да и в целом — преимущество Intel по «программной» части (компиляторам и библиотекам) оспорить трудно.
И пусть в беспроводных технологиях до этого времени пока что лидировала компания Qualcomm, то в случае сетей LTE её преимущество уже не столь заметно. Кроме Intel и Qualcomm, достаточно сильным игроком теперь стала компания NVIDIA, которая приобрела компанию Icera – производителя чипсетов мобильной связи. Так что сейчас Intel выходит на рынок гораздо лучше подготовленной, чем это было раньше.
Энергоэффективность и технологический процесс
И тут мы подходим к вопросу, который мы временно отложили из рассмотрения. Это вопрос энергоэффективности и низкого потребления энергии, обязательных для ультрамобильных устройств вроде смартфонов. И пока что системы-на-чипе на базе ARM тут оставляли Intel Atom далеко позади. И это — главная причина, по которой ARM сейчас доминирует на рынке мобильных процессоров.
До недавних пор Intel не могла предоставить рынку достаточно энергоэффективную систему-на-чипе. Ведь одной производительности мало, мобильное устройство должно уметь проработать достаточно времени, чтобы оставаться полезным его владельцу. Поэтому мобильная SoC должна потреблять мало энергии в режиме ожидания, да и при работе с вычислительной нагрузкой аппетит не должен быть слишком нескромным.
Первая информация о Moorestown — системе на чипе от Intel, ориентированной на мобильные устройства, появилась в 2007 году. В следующие годы Intel показывала на IDF прототипы устройств на Moorestown, а в 2009-2010 даже были анонсированы готовые решения от некоторых производителей. К сожалению, тогда дальше этого дело не пошло и наверняка во многом из-за слишком высокого потребления энергии той системой.
Но теперь, с анонсом платформы под кодовым названием Medfield, компания Intel показала, что у неё есть наработки, позволяющие приблизиться по энергоэффективности к существующим решениям на базе ARM. Производители систем на ARM действительно смогли добиться очень низкого энергопотребления от своих систем и до появления Medfield эти компании явно превосходили по этому параметру ранние решения Intel для рынка смартфонов. Но всё же, через несколько лет после появления первых процессоров Atom, компания Intel смогла создать систему-на-чипе, которая вполне способна составить конкуренцию для существующих аналогичных решений на основе ARM.
Но мы не зря подчеркнули слово «существующих». На данный момент, Medfield сравним с ARM решениями разве что нынешнего поколения, уже какое-то время продающегося в виде готовых смартфонов и планшетов на розничном рынке. А для оценки конкурентоспособности Medfield нужно учитывать ещё и следующее поколение таких систем. Которое, скорее всего, будет всё же несколько лучше по энергоэффективности.
Но не стоит снова списывать Intel со счетов. У этой компании в собственности есть, пожалуй, лучшие заводы в отрасли, что позволило ей успешно конкурировать с компанией AMD даже в не самые удачные для себя периоды времени. Системы-на-чипе платформы Medfield сейчас производятся по 32 нм технологическому процессу с использованием high-k, который отличается весьма низкими утечками, и в том числе поэтому Atom смог подобраться, а то и превзойти существующие ARM-решения, производящиеся по 40/45 нм техпроцессам.
Компания Intel разделила свой техпроцесс на процесс низкого потребления (low power) и высокопроизводительный (high performance) несколько лет назад, и Medfield как раз использует «малопотребляющий» 32 нм LP техпроцесс. Intel приводит цифру в 10 раз меньших токов утечек, по сравнению с лучшими из 45 нм производств. По сравнению с предыдущим решением Moorestown, новый Medfield потребляет на 43% меньше энергии или способен работать на 37% большей частоте при том же уровне потребления. С техпроцессами других компаний его сравнить заметно сложнее, но похоже, что 32 нм LP на заводе Intel куда ближе к 28 нм LP, чем к 40 или 45 нм на тех же TSMC или Samsung.
Ну а следующий шаг Intel – переход на 22 нм техпроцесс с использованием так называемых 3D-транзисторов (3D Fin Field Effect Transistor). Этот переход должен дать значительное преимущество при работе чипов на низком напряжении, и 22 нм чипы будут примерно наполовину более энергоэффективными, чем 32 нм. Влияние этого перехода можно будет скоро оценить по процессорам Ivy Bridge для настольных ПК, а для мобильных систем он будет ещё важнее — ведь вопрос энергопотребления для них самый главный.
И если компания Intel продолжит улучшать своё производство такими темпами и дальше, то она будет опережать своих конкурентов по технологиям производства на несколько месяцев, что даст ей значительное преимущество. При большей плотности транзисторов, более совершенный техпроцесс даст Intel дополнительные возможности по снижению энергопотребления и повышению энергоэффективности.
Ведь производители систем-на-чипе на ARM не имеют собственных производств (кроме Samsung, разве что) и соревнуются в том, чтобы обеспечить выпуск SoC на лучшем техпроцессе. Кроме Intel и Samsung, все остальные компании зависят от внешних разработок таких компаний как TSMC и GlobalFoundries. Кстати, Samsung также не прочь предоставить своё производство другим разработчикам микросхем.
Все эти компании отстают от Intel по темпам модернизации своего производства. Так, если Intel поставляет чипы с диэлектриками high-k уже несколько лет, то GlobalFoundries не производила коммерческих поставок чипов с использованием этой технологии вплоть до прошлого года. Да и выход годных чипов, произведённых по этой технологии у них не столь высок, как планировалось. У Intel же есть богатый опыт изготовления чипов с применением диэлектрика high-k: от Penryn до Sandy Bridge, а после перехода всех производителей на 28 нм, Intel уже перейдёт на 22 нм и в очередной раз извлечёт явную выгоду по производительности и энергоэффективности.
Графические ядра в мобильных системах
В последние годы среди решений мобильной графики можно отметить несколько видеоядер: PowerVR, Mali и Adreno от компании Qualcomm. Интересно, что корни PowerVR исходят из очень старых решений прошлого века, разработанных тогда для настольных ПК с архитектурой x86. Imagination Technologies (в то время она называлась VideoLogic) разработала тогда несколько видеочипов для настольных ПК, которые использовали оригинальную систему 3D-рендеринга и выпускались на производстве компании NEC.
PowerVR стали первыми распространенными на рынке видеочипами, использующими технологию отложенного (deferred) текстурирования, когда текстурируются только видимые полигоны, а перекрытые другими полигонами области отбрасываются. В то время использовались в основном классические графические архитектуры, и по сравнению с ними, технология PowerVR позволяет увеличить эффективность использования шины памяти, повысив эффективную скорость заполнения (филлрейт).
Но из-за многочисленных проблем с драйверами, а также низкой производительностью в некоторых условиях (например, при рендеринге сцен с большим количеством геометрии), продукция PowerVR в мире ПК тогда провалилась и компания покинула рынок высокопроизводительной графики. Зато для продуктов с низким потреблением энергии и высокими требованиями к эффективному использованию пропускной способности памяти их архитектура подошла отлично!
В дальнейшем PowerVR перестала сама выпускать чипы, занимаясь только разработкой и продавая лицензии на свои ядра — как это делала ARM. Это позволило сконцентрировать внимание компании не на производственных проблемах, а на архитектурных особенностях PowerVR. С тех пор оригинальная архитектура применяется в различных процессорах (в том числе служила и основой некоторых видеоядер, интегрированных в процессоры Intel), но особенно широкое распространение она получила именно в качестве мобильной графики.
Компания Qualcomm и её графические решения Adreno являются вторыми по важности игроками на этом рынке. Qualcomm в своё время выкупила технологию Adreno у компании AMD, которая, в свою очередь, приобрела Adreno вместе с ATI. А уж ATI получила технологию, которая вошла в линейку продуктов Imageon, после покупки широко известной в узких кругах компании BitBoys. История которой заслуживает отдельной статьи.
Так что получается, кроме PowerVR больше и нет ничего? Пока что позиции Qualcomm вполне сильны — у них есть Adreno 225, который будет реализован в платформе Krait. Это очень мощное решение, которое явно быстрее, чем лидер своего времени PowerVR SGX 543MP2. Оба этих решения явно быстрее видеоядра NVIDIA Tegra 3, графическая архитектура которого, к сожалению, уже изрядно устарела. И если Intel вряд ли сможет использовать в своих SoC видеоядра Adreno и Tegra, то PowerVR всегда остаётся для них отличным вариантом, тем более, что у них есть акции этой компании — так что свой выбор они давно сделали.
Платформа Medfield
Как мы уже писали, компания Intel ранее уже предпринимала попытку выхода на рынок ультрамобильных устройств со своей платформой Moorestown. К сожалению, устройств на его базе в продажу в итоге не поступило, да и анонсирован толком был лишь один смартфон от компании LG, так и не увидевший свет. В отличие от Moorestown, платформа Medfield предлагается не просто в виде компонентов для смартфонов и планшетов, но существует и в виде устройства референсного дизайна, который можно брать за основу своих разработок. Новая платформа уже получила поддержку нескольких производителей, таких как Motorola и Lenovo. Они анонсировали сделки с Intel, включающие выпуск смартфонов и планшетов, а Lenovo уже даже показала K800 — модель смартфона для китайского рынка.
Ещё в сентябре прошлого года компания Intel показывала на IDF смартфон и планшет на базе Medfield, работающий под управлением Android 2.3 и 3.x, соответственно. Именно тогда Intel и Google объявили о начале совместной работы по оптимизации Android для мобильных процессоров Intel Atom. Поддержка Google очень важна для Intel, пока что слабо представленной на рынке мобильных устройств, а совместные усилия компаний призваны ускорить её выход на рынок SoC для смартфонов и планшетов.
В декабре Intel сообщила о готовности Android 4.0 для устройств, основанных на системе-на-чипе Medfield. О простоте этой адаптации говорит тот факт, что запустить Android 4.0 на Medfield удалось в течение суток после публикации компанией Google исходного текста ОС новой версии. Драйверы для планшетов и смартфонов на базе Medfield уже предложены производителям оборудования, но Intel продолжает сотрудничать с производителями устройств, помогая оптимизировать систему для их продуктов на базе мобильных систем Atom.
Все компоненты Medfield находятся на одном кристалле, в отличие от предыдущей платформы, которая содержала две микросхемы: процессор и системный концентратор Langwell. Эволюцию ультрамобильных платформ Intel в общих чертах хорошо видно на схеме:
Итак, основой Medfield является одно ядро CPU, максимальная тактовая частота которого в турборежиме достигает 1,6 ГГц. Intel утверждает, что одноядерная конфигурация CPU была выбрана сознательно, так как большинство приложений пока что всё равно не умеет использовать более чем одно вычислительное ядро. Тем не менее, в следующем году должны выйти на рынок смартфоны, основанные на двухъядерном Atom. Вероятно именно тогда, по мнению Intel, должны вдруг появиться и многопоточные приложения.
При меньшем размере единого 32 нм чипа и сниженном потреблении энергии, а также большей производительности CPU ядра, Medfield обеспечивает и поддержку памяти типа LPDDR2 с вдвое большей пропускной способностью, а также улучшенные возможности по обработке видеоданных и статичных изображений. Для последней задачи в Medfield используются разработки компании Silicon Hive, которая специализируется на технологиях параллельных вычислений для систем-на-чипе. Эта компания в 2007 была выделена из состава Philips Electronics, а в марте прошлого года она куплена компанией Intel.
Более подробная схема Medfield показывает изменения по сравнению с Moorestown. Голубым цветом выделены те блоки, что уже были в предыдущем чипе, зелёным — изменения с тех пор, а появившиеся в Medfield новые блоки имеют оранжевую заливку:
Как видите, немного изменилось CPU ядро, контроллер дисплея и поддержка камер. А вот новых блоков в Medfield ещё больше, ведь теперь он стал полноценной системой-на-чипе, в состав которой входит быстрое видеоядро, блоки видеокодирования и декодирования, обработки изображений и звука, контроллер LPDDR2 памяти, встроенная модемная часть и другие контроллеры, которые в Moorestown были в отдельном чипе Langwell.
Вместо двух чипов общей площадью 386 мм² все блоки поместили в один чип площадью 144 мм² (включая 1 гигабайт LPDDR2 памяти), что в 2,7 раза меньше. При этом упаковка чипов уменьшилась в размерах с 2200 мм² до 600 мм² — более чем втрое. Ещё одно важное отличие в том, что состав нового SoC Medfield включает 1 ГБ оперативной памяти типа LPDDR2, в отличие от своего предшественника, не имеющего начиповой памяти.
Хотя Intel не даёт размер самого основного кристалла (144 мм² — это весь чип, да ещё и с памятью) но для Atom Z2460 его площадь находится примерно между Tegra 2 и Tegra 3 от NVIDIA, то есть между 90 и 49 мм². Для одного CPU и видеоядра PowerVR SGX 540 на 32 нм это не так уж мало, учитывая пять CPU ядер в Tegra 3 и несколько более производительный GPU, а также 40 нм техпроцесс. Конечно, те же системы-на-чипе от Apple имеют большую площадь, но они и основаны на двух- или четырёхъядерных видеосистемах SGX 543 MP2 или SGX 543 MP4 и имеют по два ядра Cortex-A9.
Появление мобильных устройств на платформе Intel Medfield с ОС Android ожидается в текущем году, и первые их них были показаны на январской выставке CES 2012. Так, на выставке был показан прототип смартфона Lenovo K800, который должен поступить в продажу одним из первых. Ещё одним серийным аппаратом на платформе Medfield должен стать смартфон Orange London, а в дальнейшем появятся и другие изделия с Android 2.3, 3.x или 4.0 в качестве ОС, причём выбор версии остаётся за производителем устройства. По оценке самой Intel, массовые продажи таких устройств начнутся в начале лета.
Улучшенное вычислительное ядро
Medfield — это название платформы, кодовое имя Penwell носит конкретная модель SoC, а ядро CPU внутри него называется Saltwell. Само по себе оно практически такое же, что и ядро Bonnell в первом процессоре Intel Atom, правда в нём всё же сделали несколько изменений, направленных на увеличение производительности и снижение потребления энергии.
Архитектура Intel Atom была анонсирована уже около пяти лет назад, и она почти не изменилась с тех пор, так что вы можете прочитать материалы многолетней давности и понять, что за ядро помещено внутрь Medfield. Это всё та же in-order архитектура, имеющая поддержку технологии виртуальной многоядерности Hyper-Threading и способная одновременно исполнять до двух команд за такт.
Это довольно простое ядро, в котором нет выделенных целочисленных блоков умножения, они используют те же аппаратные блоки, что и вычисления с плавающей запятой. Для поддержки Hyper-Threading некоторые из блоков (вроде файла регистров) продублированы, но количество исполнительных блоков в целом не слишком велико. Целочисленный конвейер Atom имеет 16 стадий, что вдвое больше, чем у Cortex-A9. Такой длинный конвейер в мобильном процессоре Intel применяется, чтобы добиться приемлемого энергопотребления.
Подход компании Intel к построению мобильного ядра Atom в итоге оказался оправданным, так как в тестах производительности даже одно ядро Saltwell вполне справляется с двухъядерными аналогами на базе Cortex-A9. Похоже, что хотя архитектурно разница между ядрами Atom и Cortex-A9 не так уж велика, но некоторые умные архитектурные решения в мобильном ядре Intel дают ему преимущество.
Вероятно, Intel права в том, что хотя сама по себе операционная система Android неплохо распараллелена, большинство распространённых приложений для неё на данный момент не могут по-максимуму воспользоваться преимуществом двух и более вычислительных ядер, уже имеющихся в SoC, использующих архитектуру ARM. Возможно, при работе на высокой частоте и с загрузкой двух ядер Cortex-A9 соответствующие системы-на-чипе и смогут встать на один уровень с Medfield по скорости, но такое использование пока что имеет мало отношения к реальности и является искусственным.
Но ведь системы на Cortex-A9 уже довольно давно производятся, и на смену им скоро должны прийти SoC уже с Cortex-A15 ядрами. И когда это произойдёт, без значительных архитектурных изменений в Atom у Intel уже могут появиться некоторые проблемы. Ведь Cortex-A15 — это значительно более сложное и современное ядро, также out-of-order, как и A9, но заметно более производительное (по оценкам ARM, до 40% быстрее при равных условиях). Скорее всего, системы-на-чипе на базе Cortex-A15 ядер смогут превзойти Medfield в его текущем виде. Да и Krait от Qualcomm тоже должен быть примерно на уровне Cortex-A15, так что текущее преимущество одноядерного Medfield над двухъядерными ARM может улетучиться уже довольно скоро.
Но пока что это преимущество есть, и давайте посмотрим, что сделано в Saltwell, чтобы улучшить его конкурентоспособность. С точки зрения производительности, изменений в нём минимум. Выполнены только минорные твики, вроде повышения скорости копирования данных из/в памяти, улучшения в предсказателе переходов и т.п. Можно отметить и поддержку начиповой 1 ГБ LPDDR2 памяти, работающей на частоте 400 МГц, которая дала двойной прирост пропускной способности, по сравнению с предыдущим решением.
Очень многое в Saltwell сделано для улучшения энергоэффективности. Как и в других моделях Atom, ядро имеет кэш-память второго уровня объёмом 512 КБ, но есть ещё отдельная статическая память со своей линией питания. В этой памяти хранится состояние CPU и данные из кэш-памяти при погружении самого вычислительного ядра в режим низкого потребления энергии, что улучшает его итоговые показатели энергоэффективности.
Ещё более интересна технология Intel Burst Performance (BPT), динамически увеличивающая производительность при необходимости. Аналогичные решения с турбо-частотами сейчас применяются повсеместно, у многих производителей есть схожие технологии. BPT может кратковременно увеличить рабочую частоту CPU ядра до установленного предела, если при этом оно не выходит за рамки определённого энергопотребления.
Универсальное вычислительное ядро Medfield работает в нескольких режимах, отличающихся рабочей частотой и режимами питания. Его частота и напряжение эффективно масштабируются в широком диапазоне, от режима простоя C6 и режима малой нагрузки с низкой частотой (low frequency mode — LFM) до режима с высокой нагрузкой и частотой (high freq mode — HFM) и режима пиковых нагрузок с максимально возможной частотой для CPU.
Самый низкий уровень потребления Saltwell показывает в режиме простоя C6, в нём ядро и L2 кэш-память отключены от питания (power gated) и их состояние сохранено в начиповой статической памяти. Поэтому общий уровень потребления энергии в режиме C6 близок к нулю. Сама по себе технология, названная Intel Smart Idle (Intel SIT) не нова, компания уже ранее делала подобную функциональность в Nehalem, например.
В активном режиме процессорное ядро способно работать на частотах от 100 до 1600 МГц с шагом в 100 МГц. Причём, частота 1,6 ГГц является турбо-частотой и не может поддерживаться длительное время, точно как Turbo Boost в настольных процессорах Sandy Bridge. Максимальная частота, на которой возможна длительная работа, в случае первой модели платформы Medfield равна 1,3 ГГц, но довольно часто она поднимается выше этого предела.
По всей видимости, выход годных чипов Atom Z2460, использующих 32 нм LP техпроцесс, в дальнейшем улучшился, и теперь максимальный предел турбо-частоты для них был поднят до планки в 2 ГГц, при сохранении максимальной «обычной» частоты в 1,3 ГГц. Вероятно, можно ожидать дальнейшего увеличения частот и для других моделей, но лишь в турборежиме, а в обычном же частота всё равно будет ограничена уровнем потребления энергии.
Видеоядро и обработка видеоданных
Вместо видеоядра PowerVR SGX 535, известного по Moorestown и Lincroft, в состав систем-на-чипе платформы Medfield вошла более совершенная версия GPU — модель SGX 540. И хотя показатель скорости заполнения (филлрейта) у этих видеоядер одинаковый, но треугольников и пикселей обновленное видеоядро способно обрабатывать больше. Его геометрическая производительность выросла с 31 миллионов треугольников в секунду до 40 миллионов, а пиксельные шейдеры способны выполняться до двух раз быстрее.
Видеоядро PowerVR SGX 540 известно нам по нескольким системам-на-чипе, таким как TI OMAP 4460, разве что в чипе от Texas Instruments оно работает на несколько меньшей частоте, чем в первом чипе платформы Medfield. Используемый в Atom Z2460 графический процессор работает на частоте в 400 МГц, из графических API поддерживаются OpenGL ES 2.0 и OpenVG 1.1, так что тут тоже нет ничего нового.
Похоже, что применение не самой новой модели GPU от PowerVR объясняется тем, что Intel выводит на рынок свои мобильные SoC несколько позже ранее планируемого срока. И к счастью, в будущей двухъядерной версии Medfield установлено уже гораздо более мощное видеоядро PowerVR SGX 544MP2.
Для вывода изображения чипами Medfield поддерживается уже три дисплея: два внутренних и один внешний (HDMI), вместо одного внутреннего и одного внешнего у Moorestown. Поддерживается порт HDMI 1.3a с HDCP 1.2, максимальное разрешение встроенных экранов до 1280×1024 (при 18-бит на цвет и 60 Гц), а внешнего — до 1920×1080 при 30 Гц. К слову, такого разрешения внутреннего дисплея уже сейчас может быть недостаточно для планшетов, особенно с учётом появления на рынке моделей с разрешением, превышающим FullHD, которое системой-на-чипе от Intel просто не поддерживается.
Зато, кроме обычной проводной передачи изображения, Medfield поддерживает беспроводную передачу картинки по технологии Intel Wireless Display или коротко — WiDi. Она позволяет передавать изображение и звук с мобильного устройства на экран телевизора или монитора по WiFi. Конечно, для передачи по WiFi приходится на лету сжимать изображение, если это не уже сжатый видеопоток Blu-ray, и качество в итоге будет несколько хуже чем при «проводном» подключении. Плюс к этому, хотя поддерживается разрешение вплоть до 1920×1080, но при частоте кадров лишь 30 FPS. То есть, WiDi хорошо подойдёт не для всех видов занятий, но для многих типов развлечений, вроде кино и неспешных игр — вполне.
С телефона на экран можно выводить всё, что угодно, вместе с двухканальным звуком в формате 48 кГц LPCM. Естественно, для этого придётся приобрести специальный WiDi-сертифицированный приёмник для приёма сигнала и вывода его по HDMI на устройство вывода изображения, ведь большинство из них пока не имеют встроенной поддержки WiDi. Поддержка этой технологии есть в последних версиях операционной системы Android, можно использовать второй монитор как клон основного или растягивать рабочий стол на два устройства вывода.
Но чтобы вывести на экран какой-то видеоролик, нужно сначала его декодировать. А по нашим многочисленным практическим материалам вы знаете, что у многих SoC в реальном применении возникают проблемы с поддержкой аппаратного декодирования разных форматов. Достаточно привести в пример устройства на базе NVIDIA Tegra 2, которые не всегда в состоянии аппаратно декодировать видеоданные в некоторых форматах.
В Medfield аппаратная поддержка по кодированию и декодированию видеоданных была улучшена — благодаря включению в состав SoC блоков обработки видеоданных от Imagination Technologies: блока аппаратного декодирования VDX385 и видеокодирования VDE285, в нём появилась полноценная поддержка Full HD. Если Moorestown умел ускорять декодирование одного потока видео в формате 1080p и кодирование в разрешении лишь 720p, то Medfield умеет кодировать в 1080p, а декодирует два потока 1080p одновременно.
Системой на чипе Intel Medfield поддерживается аппаратное декодирование следующих форматов видео: H.264 профилей Baseline (уровень L3), Main и High (L4.2, до 1080p при 60 FPS), MPEG4 Simple profile (L3), Advanced simple profile (L5), VC1 Simple (Medium), Main (High), Advanced (L4 до 1080p при 60 FPS), WMV9 Simple (Medium) и Main (High), а также H.263 Baseline (уровень L70). Заявлена поддержка декодирования видеоданных с битрейтом вплоть до 50 Мбит/с, поддерживается обработка двух каналов в формате FullHD, что будет полезно для стереорежима и при проведении видеоконференций.
Аппаратное кодирование видеоданных системой-на-чипе Medfield возможно в следующие форматы: H.264 профиль Baseline с битрейтом до 20 Мбит/с и разрешением до 720p и 1080p при 30 FPS, MPEG4 профиль Simple с битрейтом до 10 Мбит/с и разрешением до 720p при 30 FPS, а также H.263 профиль Baseline с битрейтом до 8 Мбит/с и разрешением до 720×240 при 60 FPS или 720×288 при 50 FPS. Это хоть и довольно неплохой уровень для современной системы-на-чипе, но ничего сверхъестественного в такой поддержке нет.
Поддержка камер и обработка изображений
Для мобильных устройств очень важно иметь хорошую поддержку фото- и видеосъёмки на встроенные камеры, да ещё с их продвинутой обработкой. И у Medfield эта поддержка улучшена — если предшествующий Moorestown поддерживал камеры с размером сенсора до 5 мегапикселей, то новый SoC умеет обрабатывать данные с 16-24-мегапиксельной основной камеры (при условии установки таких сенсоров производителями) и 2-мегапиксельной дополнительной. Для основного датчика изображения используется интерфейс MIPI CSI x4, для дополнительного — MIPI CSI x1. Этого более чем достаточно, так как фронтальные камеры обычно имеют не более двух мегапикселей и используются лишь для видеоконференций и телефонии.
Для Medfield декларируются некоторые программные и аппаратные возможности, улучшающие поддержку фото- и видеосъёмки, такие как качественное шумоподавление, поддержка высокой частоты захвата кадров, позволяющая добиться высокой скорости серийной съёмки, а также качественная стабилизация по двум осям при фото- и видеосъёмке. Естественно, что автофокусировка, автоэкспозиция и автоматический баланс белого также поддерживаются.
Максимальная производительность основной фотокамеры при обработке данных с 16-мегапиксельного сенсора составляет 15 кадров в секунду, а для видео возможны захват и запись изображения в формате до FullHD при 30 FPS или 720p при 60 FPS. Но если такой видеозаписью нас уже не особо удивишь, то возможность серийной съёмки со скоростью в 15 FPS довольно редка для столь компактных устройств.
Такая скорость позволяет поймать любой момент, который слишком скоротечен, чтобы успеть вовремя нажать кнопку камеры лишь один раз. К сожалению, скорость в 15 кадров в секунду поддерживается лишь для 10 последовательных кадров, зато из них можно будет выбрать наиболее удачный снимок в полном разрешении (см. иллюстрацию).
За большинство отмеченных функциональных возможностей в системе-на-чипе отвечает программируемый процессор обработки изображений (Imaging Signal Processor). Именно он занимается шумоподавлением, стабилизацией изображения, обработкой кадров серийной съёмки, автоматическим балансом белого, распознаванием лиц, цифровым увеличением, коррекцией хроматических аберраций и т.д.
Компания Intel в своём мобильном чипе использует процессор обработки изображений с производительностью до 240 мегапикселей в секунду. По заявлениям компании, его возможности находятся на одном уровне с процессорами зеркальных фотокамер начального уровня. И в это вполне можно поверить, так как далеко не каждая «зеркалка» способна производить серийную съёмку на скорости 15 кадров в секунду, да и видео с 60 FPS не все фотокамеры умеют снимать. Но откуда у чипа такие продвинутые возможности, если Intel не занималась ранее обработкой изображений? Мы уже упоминали выше по тексту о приобретённой ими компании Silicon Hive — именно их разработки и используются в процессоре обработки изображений в Medfield.
Модели Atom для ультрамобильных устройств
Всего на данный момент планируется выпустить три модели SoC на основе Atom: Z2000 для недорогих устройств, Z2460 для смартфонов и Z2580 более высокого уровня, отличающийся двухъядерным CPU и GPU. Все они производятся или будут производиться с применением 32 нм техпроцесса с High-K/metal gate и отличаются друг от друга как количеством и частотой вычислительных устройств, так и их возможностями.
| Модель | Atom Z2000 | Atom Z2460 | Atom Z2580 |
|---|---|---|---|
| Ценовой диапазон | Нижний | Средний | Верхний |
| Техпроцесс | 32 нм LP | 32 нм LP | 32 нм LP |
| Кол-во CPU, ядер/потоков | 1/1 | 1/2 | 2/4 |
| Частота CPU, ГГц | 1,0 | 1,3 | 1,3 |
| Турбо-частота CPU, ГГц | — | 1,6-2,0 | 1,8 |
| Модель GPU | PowerVR SGX 540 | PowerVR SGX 540 | PowerVR SGX 544MP2 |
| Частота GPU, МГц | 320 | 400 | 533 |
| Память | двухканальная LPDDR2 | двухканальная LPDDR2 | двухканальная LPDDR2 |
| Выход устройств | 2013 г. | середина 2012 г. | 2013 г. |
Для нас сегодня наиболее интересен Atom Z2460, который даст жизнь первым массовым x86-смартфонам. Как мы уже отметили выше, он основан на одном ядре Saltwell с поддержкой Hyper-Threading и его максимальная турбо-частота составляет 1,6-2 ГГц. Применяется двухканальный интерфейс памяти LPDDR2, а видеоядро PowerVR SGX 540 работает на частоте 400 МГц. Данное решение имеет в своём составе радиочасть Intel XMM 6260, обладающее поддержкой HSPA+, но не LTE.
Модель Atom Z2580 — это верхняя модель линейки, по производительности она более чем вдвое превосходит Atom Z2460, и содержит улучшенный модуль связи с поддержкой не только 3G и 2G, но и LTE. Базовая тактовая частота двух ядер CPU с поддержкой Hyper-Threading (два ядра, четыре потока) составляет 1,3 ГГц, а турбо-частота может достигать отметки 1,8 ГГц.
Рабочая частота двухъядерного видеоядра PowerVR SGX 544MP2 в этой модели равна 533 МГц, что серьёзно усилит 3D-производительность по сравнению с Z2460. SGX 544 схож с моделью SGX 543, используемой в Apple A5 (на нём основаны iPad 2 и iPhone 4S), из изменений можно отметить лишь поддержку Direct3D 9.3. При частоте GPU в 533 МГц этот SoC по 3D-производительности будет до двух раз быстрее, чем SGX 543MP2 в Apple A5. Всё было бы хорошо, но система-на-чипе A5X уже сейчас имеет четырёхъядерное PowerVR SGX 543MP видеоядро, которое ещё быстрее.
Платформа Z2580 включает улучшенный радиоблок Intel XMM 7160 LTE, который является модернизированной версией XMM 7060 с добавлением поддержки стандарта 3GPP Release 9 от соответствующего консорциума, разрабатывающего спецификации мобильной телефонии. Это решение поддерживает множество стандартов мобильной связи: 2G, 3G, LTE, HSPA+, UMTS. Данный чип уже начал производиться, но готовые продукты на его основе появятся лишь в первом полугодии следующего года.
Для использования в бюджетных моделях телефонов предлагается младшая модель Intel Atom Z2000, в состав которой входит одно ядро CPU, работающее на частоте 1,0 ГГц и не имеющее ни поддержки виртуальной многопроцессорности, ни работы на повышенной турбо-частоте. Это недорогое решение должно конкурировать с недорогими системами-на-чипе на базе вычислительных ядер с архитектурой ARM.
Модель Z2000 имеет в своём составе видеоядро SGX 540, работающее на частоте 320 МГц (вместо 400 МГц у средней модели Medfield), а возможности по кодированию видеоданных ограничены разрешением 1280×720 (720p), хотя декодирование 1080p всё же поддерживается. Модель имеет радиочасть Intel XMM 6265 с поддержкой HSPA+ и двух SIM-карт, а появление готовых продуктов на базе этой системы ожидается в конце этого или начале следующего года.
Как видите, на базе Medfield планируется выпускать не только дорогие устройства. Так, смартфон ZTE на системе-на-чипе Intel Atom Z2000, специально созданной для использования в бюджетных устройствах, будет стоить порядка $160. Интересно, что все модели Medfield имеют свои референсные дизайны от Intel. Например, референсный дизайн устройства на Atom Z2000 имеет иной форм-фактор, по сравнению с эталонными устройствами на Z2460 и Z2580, что вполне естественно, так как они нацелены на совершенно разные сегменты рынка. И хотя большинство крупных производителей всегда делает свой дизайн для мобильных устройств, референсные продукты могут выпускаться мобильными операторами под своими марками, что и произойдёт в случае Atom Z2460.
Референсный дизайн смартфона на Atom Z2460
Референсными дизайнами смартфонов для своих SoC компания Intel занялась не просто так, ведь это сильно помогает в продвижении устройства на рынок, даже если отдельные производители и не испытывают должного энтузиазма по их использованию. История эталонных устройств тесно связана с Майком Беллом (Mike Bell), ранее работавшим в Apple и Palm, под предводительством которого и были созданы референсные устройства на базе Medfield.
Предоставление референсного дизайна помогает производителям, снижая затраты на разработку и сокращая сроки проектирования, ровно так же, как это происходит с системными платами, например. Много лет назад Intel начала конструировать и снабжать производителей системных плат референсными дизайнами плат на основе своих чипсетов. А те модифицировали эталонный дизайн под свои нужды, внося изменения, которые добавляли платам оригинальности. Кроме уменьшения сроков выхода товара на рынок, такая стратегия приводит и к тому, что производители конкретных изделий не занимаются одинаковыми для всех задачами, а делают только то, что отличает их решения друг от друга.
Эталонная платформа на базе Atom Z2460 делает ровно то же самое для смартфонов на основе этой системы-на-чипе от Intel. Компания предоставляет партнёрам добротную и стабильную конструкцию смартфона, этим самым сокращая для них сроки разработки аппаратной части. И у производителей остаётся больше времени на другие цели, в том числе визуальное дизайн-решение, разработку программного обеспечения и др.
Существует несколько прототипов телефонов на базе Medfield, но выбранный в итоге вариант оказался настолько качественным, что вполне может продаваться под разными торговыми марками, как это давно делается с множеством других высокотехнологичных продуктов (да и в сфере производства мобильных телефонов распространено). Intel привлекла все необходимые ресурсы для того, чтобы не просто вывести саму по себе платформу Medfield на рынок, но и изготовить очень неплохие референсные смартфоны на базе чипов Atom, которые могут продаваться сторонним компаниям для продажи под своими торговыми марками.
Как мы уже отметили выше, так как модемная часть у этой системы Intel XMM 6260, она поддерживает HSPA+, но не LTE. Интересно, что за WiFi-связь в прототипе отвечает контроллер от Texas Instruments, так как у подразделения компании Intel, занимающегося беспроводной связью, пока что нет готового решения с достаточно низким энергопотреблением для применения в смартфонах. Но в будущем они, конечно же, появятся.
Референсная платформа Medfield, обзор которой недавно вышел на нашем сайте, доступна для партнёров компании Intel и они её уже используют. Даже оригинальные модели, вроде Lenovo K800, основаны на модифицированной версии референсного дизайна от Intel, не говоря уже о просто маркированных операторских телефонах от европейской Orange и индийской Lava. И это далеко не всё, довольно скоро можно ожидать появления и других моделей на базе новой системы-на-чипе от Intel.
Совместимость ПО и двоичная трансляция
Одним из важнейших вопросов выхода Medfield на рынок смартфонов с системой Android является вопрос совместимости. Ведь большинство устройств с Android имеет CPU ядра с ARM-архитектурой, и не все приложения легко запустятся на x86 без модификаций. Хотя с появлением Android 4.0 многое изменилось, появились устройства и на процессорах с архитектурой MIPS, например. Но их пользователи сразу ощутили их неполноценность, так как некоторые из наиболее распространённых приложений (к примеру, игр) просто не запускались на этих мобильных устройствах.
Немудрено, что Intel занялась этим вопросом весьма плотно. Ещё на IDF 2011 компании Intel и Google сообщили о начале сотрудничества по оптимизации операционной системы Android для смартфонов на базе x86-архитектуры. Сама по себе ОС не является проблемным местом, так как «родная» поддержка x86 уже появилась в версии Android 4.0, также известной под названием «Ice Cream Sandwich». Совместная работа компаний заключается в оптимизации основных приложений под x86 и портировании существующего ПО, использующего NDK.
Также Intel разработала специальное ПО для управления питанием, специфическое для их аппаратного обеспечения. Но в компании занимаются не только оптимизацией кода Android под свои системы, но и исправляют в нём общие ошибки, предоставляя информацию об изменениях в Android Open Source Project (AOSP), занимающуюся общим развитием данной операционной системы. Этими своими действиями Intel помогает улучшить ОС даже для платформ, основанных на ARM.
Но проблема не в операционной системе, ведь все версии Android теперь будут выпускаться и для ARM и для x86. Основная проблема — в несовместимости некоторых приложений. Причём, уже существующих, выпущенных до выхода x86-архитектур на рынок смартфонов, так как разрабатываемое с нуля ПО уже может и должно разрабатываться одновременно для разных процессорных архитектур.
Большинство существующих Android-приложений используют виртуальную машину Dalvik (сами приложения пишутся на Java, но используется байт-код другого формата), и им вовсе не нужна определённая архитектура CPU для запуска. Но некоторые из распространённых приложений и игр используют Android Native Development Kit (NDK) — пакет библиотек для разработки приложений на С++, необходимый при разработке критичного к производительности кода.
Основная проблема с совместимостью проявляется, если приложение специально написано для ARM и использует «родной» код для этой архитектуры. Обычно такими приложениями являются требовательные к скорости CPU игры и некоторые другие типы софта. Большинство Dalvik-приложений работают на Intel Atom без каких-либо изменений, но «native» приложения, использующие NDK, нуждаются в перекомпиляции для запуска на x86-совместимых системах, а некоторые из таких приложений и вовсе потребуют дополнительных трудозатрат на портирование кода. Но и тут не о чем волноваться, Intel активно работает со всеми крупными разработчиками приложений для того, чтобы портировать их продукцию на x86-архитектуру.
Для того, чтобы доказать потенциальным пользователям x86-смартфонов жизнеспособность своих идей, Intel показала работу одного из самых важных мобильных приложений на своём смартфоне — игру Angry Birds. Она как раз использует особенности ARM-процессоров и в обычных условиях не работает на CPU других архитектур. Можно не сомневаться в том, что Intel сделает всё, чтобы абсолютное большинство Android-приложений работало на их изделиях, даже те, которые изначально были скомпилированы для другой процессорной архитектуры.
По оценкам Intel примерно 75% всех Android-приложений в магазине Google Play (бывший Market) не используют специфического кода для ARM и теоретически должны работать на x86 без проблем. А вот оставшаяся четверть приложений и является основной проблемой совместимости. Так каким образом Intel сделала так, что всё работает «из коробки», что называется? Ведь пример недорогих устройств на базе MIPS-систем с недостаточной совместимостью довольно свеж, и вряд ли кто-то захочет повторить сей печальный опыт. А ждать оптимизации всех приложений под x86 от самих разработчиков ПО можно очень долго.
Для таких программ в Intel решили использовать двоичную (бинарную) трансляцию кода. Совместная работа со специалистами из Google позволила добиться того, что даже родные для ARM приложения на смартфонах с Intel Atom запускаются и работают без необходимости их портирования. Динамическая двоичная трансляция позволяет большинству NDK приложений запускаться на Medfield и обеспечивает достаточную для нормального использования производительность.
Детали и возможности двоичной трансляции Intel не особо раскрывает, но можно предположить, что транслятор динамически перехватывает ARM код и транслирует его в x86 прямо «на лету», как говорится. При этом в Intel понимают, что 100%-ной совместимости им вряд ли удастся добиться. Предполагается, что при помощи двоичной трансляции доля совместимых приложений ко времени выхода устройств на рынок вырастет до 90%. Конечно, динамическая трансляция сама по себе медленнее выполнения «родного» для CPU кода, но компания Intel настроена довольно оптимистично, а нам остаётся лишь поверить и (по возможности) проверить.
Интересно, что в магазине Google Play на x86-смартфонах должны быть доступны все приложения, как и на ARM-устройствах. Обычно, на мобильных устройствах с CPU другой архитектуры, не имеющей возможности двоичной трансляции, некоторые из приложений недоступны для скачивания и установки. Но в случае продуктов на базе Intel Medfield, к моменту появления их на рынке, большинство приложений (в том числе и использующие ARM-код) будет работать на них как на ARM-устройствах.
Производительность и потребление энергии
Большое значение высокой производительности CPU и GPU для современных смартфонов вряд ли кто будет отрицать, но ещё более важны технологии энергосбережения и, в результате, высокая энергоэффективность и время автономной работы. Ведь мало кого устроит телефон, который не может «прожить» без подключения к электросети хотя бы один день. Это подтверждается запросами пользователей, которые больше всего хотят именно увеличения времени автономной работы:
Сейчас ведь как раз и получается, что большинство смартфонов при более-менее активном использовании (но без крайностей, ибо активный веб-сёрфинг по 3G или 3D-игра могут посадить батарею за несколько часов) способны автономно отработать лишь 1-2 суток. Соответственно, одним из главных требований пользователей к телефонам является продолжительность работы от батареи. И это — важнейшая задача всех производителей, они все стараются если не увеличить это время, то хотя бы не уменьшить.
Что сейчас можно сказать по вопросам производительности и потреблению энергии у Medfield, если финальных продуктов у нас ещё нет? Практические сравнения ещё впереди, а для начала рассмотрим данные от самой компании Intel. Они дают диаграммы без цифр и конкретных моделей смартфонов конкурентов, в выбранных ими самими бенчмарках и условиях использования:
Конечно, это сравнение неполноценно уже хотя бы потому, что оно проведено заинтересованной стороной, да и использовались в нём уже продающиеся некоторое время на рынке Android-телефоны, а продукты на Medfield только-только начнут свой путь. Тем не менее, отметим, что если верить этим цифрам, то референсное устройство на базе Atom Z2460 показывает лучшую производительность и при этом потребляет меньше энергии, чем большинство сравниваемых смартфонов-инкогнито.
Не будем подвергать сомнению высокие результаты решения Intel в таких тестах, как SunSpider и BrowserMark, ведь они действительно сильны, как показали первые тесты референсной платформы. Откуда взялась такая разница? Обычно большие приросты в этих тестах получаются при оптимизации Интернет-браузеров, а не при использовании более мощных систем-на-чипе. Сама Intel утверждает, что преимуществ у их решения несколько.
Например, хотя ядра Cortex-A9 сами по себе довольно высокопроизводительны, но во многих задачах их скорость ограничена производительностью медленного интерфейса памяти. И Atom имеет преимущество в случае промахов при чтении из кэш-памяти, быстрее «доставая» необходимые для вычислений данные. Но если дело лишь в этом, то скорый выход SoC на базе Cortex-A15, вполне возможно, сможет изменить ситуацию. Но пока что в таких тестах выигрывает Medfield. Хотя его тестам вполне может помогать турборежим, ведь в бенчмарках CPU ядро может ускоряться до 1,6 ГГц на короткое время, и тут сложно определить, архитектурное преимущество по ПСП перед ARM сказалось или просто более высокая частота Atom и однопоточная природа тестов.
Производительность видеоядра PowerVR SGX 540 в других тестах не настолько хороша, как нарисовано на графике GLBench 2.1. В других GPU тестах его производительность превосходит результаты разве что устаревших систем или SoC, имеющих аналогичные видеоядра от PowerVR, но работающие на более низкой частоте. Например, в TI OMAP 4460 видеоядро работает на 300 МГц, а в Medfield на 400 МГц, поэтому победителем в этой паре станет понятно чьё решение.
Если же сравнивать с другими системами, то более современные GPU вроде Mali 400 MP или Adreno 220 гораздо быстрее решения в Medfield, не говоря уже о четырёхъядерном PowerVR SGX 543 MP4. Сравнивать с видеоядром NVIDIA Tegra сложнее, эта традиционная 3D-архитектура в некоторых мобильных тестах весьма сильна, но в других — серьёзно проигрывает. Вообще, нужно сказать, что качественных 3D-тестов для Android очень мало, все они довольно спорные и общепринятого аналога «настольного» 3DMark явно не хватает.
В рассуждениях о производительности мобильных SoC, предназначенных для смартфонов, нет никакого смысла без учёта данных о потреблении электроэнергии. И тут у Intel есть чем порадовать потенциальных покупателей, Medfield действительно выглядит вполне конкурентоспособно. Пока что у нас есть лишь данные от самой компании, но они впечатляют.
Потребление новой системы-на-чипе компании Intel в разных условиях сравнительно низкое. Само по себе одно ядро CPU платформы Medfield на частоте 100 МГц потребляет около 50 мВт, на 600 МГц — 175 мВт, на 1,3 ГГц — 500 мВт, и на максимальных 1,6 ГГц — до 750 мВт. В режиме простоя для всего чипа общая цифра потребления не превышает 20 мВт, при передаче голосовых данных по 3G сети чип потребляет до 750 мВт, а в режиме веб-сёрфинга около 1 Вт.
Что даже чуть меньше, чем 1,2-1,3 Вт у нынешних топовых смартфонов, вроде Samsung Galaxy S II или Apple iPhone 4S, в этих же условиях. Да и большинство других систем-на-чипе, основанных на ARM-ядрах, потребляют при такой же нагрузке где-то порядка 1 Вт, так что по потреблению CPU части Medfield явно смог удержаться на хорошем уровне. Хорошем, но всё же нынешнем — по сравнению с SoC других производителей, выполненных с применением 40/45 нм техпроцессов. Что будет дальше — только время покажет. Скорее всего, будущие ARM-чипы для смартфонов будут потреблять максимально те же 1-1,5 Вт, но при этом иметь заметно более производительные CPU и GPU ядра.
Если перейти к более привычной для нас оценке времени работы от одного заряда батареи, то цифры от Intel таковы: до 10 суток в режиме ожидания, до 48 часов проигрывания музыки и порядка 4-5 часов проигрывания видеоролика высокого разрешения или веб-сёрфинга. Это весьма значительное улучшение для x86-систем, и за снижение требований по питанию нужно благодарить высокую интеграцию новой системы-на-чипе, ведь вся функциональность чипсета для предыдущих моделей Atom была интегрирована в один компактный чип, произведённый по современным технологиям.
«Виновата» в высокой энергоэффективности Medfield и продвинутая система управления питанием, о которой мы уже рассказывали выше. Блоки, находящиеся в режиме простоя, отключаются от питания и почти ничего не потребляют. Ведь при прослушивании музыки вам не нужен дисплей или CPU, работающий на высокой частоте, а в режиме простоя так и вообще нужно лишь поддерживать связь с базовыми станциями мобильной сети, а всё остальное можно отключить. И очень похоже, что Intel смогла догнать системы на базе ARM по энергоэффективности, за что её можно только похвалить.
Выводы
Сражение между Intel и компаниями, использующими ARM-архитектуру, уже началось. Все они стараются отвоевать рынки, занятые соперниками. Intel целится на мобильный рынок с новыми системами-на-чипе Atom, а ARM с лицензиатами планирует вторгнуться на рынок, где царствует Intel — на настольные и мобильные компьютеры и серверы. И постепенно это сражение становится всё более жарким. Так, после волны успеха планшетов, основанных на чипах с ARM-архитектурой, пришла мода на так называемые ультрабуки, куда ставятся уже более мощные решения от Intel — тут компания чувствует себя на своём поле. Ну и со смартфонами у них уже есть некоторые успехи — пока что в виде соглашений с компаниями Motorola и Lenovo, которые собираются выпускать смартфоны и планшеты на основе новых моделей Atom, рассмотренных в статье.
С другой стороны, компания HP и некоторые другие объявили о намерении использовать чипы с архитектурой ARM в своих серверах в 2012 году. Планируется, что такие серверы будут дешевле и затрат на их работу и обслуживание (электроэнергия, охлаждение) будет меньше. Для применения в серверах будут полезны и будущие 64-битные решения, запланированные компанией ARM. А Qualcomm так и вовсе договаривается с производителями мобильных ПК о производстве тонких и лёгких ноутбуков под управлением Windows 8, имеющих в основе четырёхъядерные системы-на-чипе Snapdragon S4.
То есть, на всех рынках стратегии указанных компаний явно перекрещиваются и идут друг против друга, а выиграют в итоге далеко не все. Скорее всего, нас ожидает не самый спокойный этап развития, когда преимущество будет иметь то одна компания, то другая. В любом случае, в сегменте высокопроизводительных настольных и мобильных CPU дела компании Intel сейчас кажутся непоколебимыми, а с выходом Medfield они делают неплохую заявку и в «смартфонном» и «планшетном» сегментах, не говоря уже о решениях будущего, когда начнёт сказываться технологическое преимущество компании. Надеемся, что покупателям от активной борьбы будет только польза — ведь в условиях жёсткой конкуренции обычно и прогресс быстрее и цены ниже.
Анонсированные решения компании Intel на базе платформы Medfield можно считать более серьёзной попыткой выхода на рынок смартфонов, по сравнению с предыдущим решением Moorestown. Пристальное внимание к этому рынку понятно, ведь смартфоны становятся чуть ли не самыми важными вычислительными устройствами для большого количества пользователей. ПК или ноутбук не всегда поносишь с собой, а смартфон обычно лежит в кармане или сумочке. Но на рынке телефонов смартфоны до сих пор не заняли доминирующей позиции, в 2009 году лишь 17% рынка телефонов США занимали умные телефоны, а в 2011 уже около половины. И этот рост продолжается.
Выпуском Medfield компания Intel наконец-то сделала то, что сможет помочь ей выйти на рынок ультрамобильных систем. После нескольких лет разговоров о том, что они вот-вот выпустят продукты для смартфонов, Intel наконец-то выпустила действительно конкурентоспособный продукт. Да ещё и в виде устройства референсного дизайна, которое серьёзно поможет в деле продвижения x86-совместимых систем-на-чипе. Более того, теперь у Intel есть два сильных партнёра по выпуску мобильных устройств, которые планируют разработку и выпуск смартфонов и планшетов на базе «смартфонных» моделей Intel Atom. Основной поток анонсов и выходов на рынок ещё впереди, но уже сейчас понятно, что успех Medfield на рынке явно превзойдёт «успех» Moorestown.
Причины этого потенциального успеха просты — одно то, что Medfield оказался довольно производительной системой-на-чипе, уже решает многое. И если бы эта платформа вышла на рынок на полгода-год раньше, то она просто стала бы лучшей на рынке и завоевала бы большую его часть. Но даже сейчас одноядерный Atom Z2460 обеспечивает высокую производительность CPU ядра, которая в нескольких общепризнанных тестах выше, чем у продающихся сейчас конкурентов. Хотя производительность GPU части не настолько высока, как у некоторых конкурентов вроде Adreno 220 и Apple A5X, но она вполне конкурентоспособна и достаточна для большинства нынешних смартфонов. Кроме того, модель Z2580 с двухъядерным видеоядром PowerVR SGX 544MP2, работающим на более высокой частоте, вскоре решит и эту проблему.
Но не только производительностью выделяется платформа Medfield и модель Atom Z2460, в частности. Оказалось, что слухи о проблемах с высоким потреблением вычислительных ядер архитектуры x86 изрядно преувеличены. В случае первой модели Medfield, она показывает отличную энергоэффективность. И если потребления энергии конечных устройств мы ещё не знаем, то сама по себе система-на-чипе получилась у Intel достаточно экономичной для применения в смартфонах.
Конечно, благодарить за это нужно не только проведённую работу по повышению энергоэффективности самой SoC и её составных частей, но и более тонкий технологический процесс, по сравнению с конкурирующими чипами. Но раз у Intel есть такое преимущество, то почему бы его не использовать? Более того, именно за счёт указанных в статье преимуществ компании Intel, есть веские основания предполагать, что платформа Medfield и Atom Z2460 станут для компании лишь начальной точкой для отличного старта на рынке смартфонов.
Уже сейчас у Intel получился неплохой чип, который не просто доступен для партнёров в чистом виде, но и предлагается в виде неплохо проработанного устройства референсного дизайна, что ещё может привести к интересным последствиям на рынке. Ведь если мобильные операторы будут продавать референсные телефоны такой мощной компании под своими марками, то они вполне смогут завоевать приличную часть рынка.
Но расслабляться Intel точно рано, ведь одно дело — сравнивать решение с ARM-системами, которые уже несколько месяцев продаются, а совсем другое дело будет, когда выйдут многоядерные системы-на-чипе на основе современных вычислительных ядер Cortex-A15, а также с более мощными GPU-ядрами от других производителей мобильных SoC. Нам с вами остаётся лишь наблюдать за этой борьбой за наши кошельки — и можно быть на 100% уверенным, что она будет интересной!
