Любое современное устройство, способное производить различные вычисления, оснащается процессором. Их ассортимент на рынке настолько велик, что неподготовленному пользователю очень легко заблудиться среди множества характеристик производительности, сокетов и дополнительных инструкций. Как же из них выбрать надёжный процессор, который мог бы оперативно справляться с поставленными задачами и при этом гарантировал долгую и стабильную работу? Эта статья посвящена процессору Intel Atom CPU N450.

Процессоры

В английском IT-сегменте имеется определение CPU, что означает центральное обрабатывающее устройство. Оно отвечает за выполнение машинных инструкций и является самой главной частью персонального компьютера. От производительности процессора зависит мощность системы в целом.

Основные характеристики процессоров включают в себя:

• тактовую частоту;
• производительность;
• энергопотребление;
• тип технического процесса;
• архитектуру.

• Тактовая частота характеризует количество операций, которые способен выполнить процессор за один такт. Этот параметр используют наиболее часто при описании данного вида вычислительных устройств.
• Параметр производительности довольно спорный и иногда может отражать совокупность всех возможностей продукта, а иногда показывать конкретное значение, выраженное во флоп/с.
• Энергопотребление - один из ключевых параметров. Именно он как никто другой влияет на автономность работы. Чем меньше ноутбук или нетбук будет потреблять энергии, тем дольше сможет проработать. А это напрямую зависит от показателей процессора.
• Технический процесс. Никак напрямую не влияет на характеристики. Однако отражает то, каким образом произведён процессор. Уже на основе этого можно судить о том, как давно он был изготовлен. Фактически показывает, что на меньшей площади можно разместить большее количество электронных компонентов.
• Архитектура процессора. Для персональных компьютеров, в основном используется два вида - 32 и 64-битная. Большого прироста при переходе от меньшего значения к большему ожидать не стоит. Действительно что-то заметить можно только при работе с базами данных или средствами моделирования.

Линейка процессоров Atom

Семейство процессоров Atom, выпускаемое компанией Intel, создано с учётом эффективного энергопотребления. Данные модели ориентированы на портативные устройства, для которых затраты на энергию очень критичны. Яркий пример - новомодные нетбуки. Их удобно носить с собой, они имеют маленький размер экрана и оптимизированную систему энергоэффективности. На них можно производить простые работы, например набор текста или сёрфинг в Интернете.

С 2012 года компания Intel начала производство "Атомов" по однокристальной системе. То есть теперь контроллеры памяти и графические адаптеры размещаются на одном чипе. Это позволило значительно сократить расходы на установку отдельных компонентов. В результате произошло удешевление конечного продукта.

Процессор Atom N450: краткий обзор

Данный CPU стал продолжением серии N450 был выпущен в 2010 году. На одном чипе расположены контроллер DDR2 и встроенная видеокарта GMA 3150. Его мощности вполне достаточно, чтобы вести оптимальную вычислительную деятельность на неттопах и нетбуках. Имеющийся графический процессор неплохо справляется с просмотром видео в обычном формате, посещением веб-страниц и офисной работой. А вот с HD, редактированием графики и одновременным запуском нескольких программ могут возникнуть сложности. Одним из весомых преимуществ устройства N450 является очень низкое энергопотребление.

Характеристики Atom N450

Внутреннее кодовое название процессора - PineView. Его технология предполагает использование одного ядра с частотой в 1,66 ГГц. Зато это происходит с распределением задач на два потока. Atom N450 обладает кэшем второго уровня объёмом в 512 Кб. А расчётная мощность энергопотребления не превышает 5,5 Вт.

Процессор не может похвастать наличием технологии Turbo Boost, хотя она не так уж и необходима на портативных устройствах. Также отсутствует способность работать с виртуализацией по типу VT-x. Технология Hyper-Threading, как уже говорилось выше, реализует поддержку работы ядра с двумя потоками. Это будет актуально в приложениях, оптимизированных под многопоточность, количество которых с каждым годом все растёт. Возможна поддержка объема памяти больше 4 Гб за счёт реализации 64-битной архитектуры. Используемый при производстве техпроцесс составляет 45 Нм.

Тесты и сравнение с ближайшими аналогами

Наиболее близким по родству и характеристикам можно считать предшественника - Atom N270. При такой же частоте Atom N450 показывает себя более выгодно, но при этом он дороже и потребляет в два раза больше энергии. Но, как говорят тесты, у этого устройства соотношение ватт на производительность гораздо выше.

Интересно, что сравнение производительности с N2600, у которого для работы задействованы два ядра, показало значительный проигрыш у Atom N450. N2600 производится по 32 Нм технологии, а это значит, что на чипе можно расположить гораздо больше транзисторов. При этом количество потоков у него вообще 4, и кэш второго уровня в два раза больше Atom CPU N450. Но тесты есть тесты, и они отражают действительное положение вещей, в отрыве от заявленных характеристик.

Сравнение с продуктами от AMD

AMD и Intel постоянно ведут незримую войну за лояльность пользователей. Это выражается в соревновании по выпуску производительных изделий. Ближайшими по духу являются процессоры от AMD C60, C50 и A4 1200.

AMD C60

С60 имеет два ядра, в отличие от процессора N450. Его контроллер памяти способен действовать на частоте 1066 и имеет тип DDR3. Уровень кэша второго уровня в два раза выше. При этом частота немного ниже - от 1000 до 1333 Мгц в режиме "Турбо". При этом у Atom N450 - 1,66.

В итоге потенциальная частота, получаемая при разгоне Atom N450, выше, чем у С60, и может составлять 1,9 ГГц. В скорости же чтения данных Atom уступает аналогу от AMD - 38550 против 25700 МБ/с. N450 также не способен поддерживать виртуализацию, тогда как конкурент прекрасно с ней справляется. Технологический процесс С60 меньше на 5 НМ и является более продвинутым. Как итог - в большинстве тестов Atom N450 показывает худший результат.

AMD C50

C50 - тоже двухъядерный процессор, который имеет такой же контроллер памяти, как у своего собрата. Частота на 0,6 ГГц у него меньше, чем у N450. При этом общая производительность на ватт выше. С50 имеет 2 Мб кэша второго уровня, в то время как у 450 всего 512 Кб. Это в значительной степени ускоряет доступ к часто используемым данным. Кстати, и в скорости их передачи 450 также проигрывает - 32500 вместо 25700 МБ/с. Виртуализация опять же имеется и на этой модели. В общем, и здесь Atom N450 немного проигрывает.

AMD A4 1200

Данный процессор не представляет особого интереса для разгона, так как его штатная частота в 1 ГГц таковой и останется. У Atom N450 же потенциал для этого имеется. Однако на этом преимущества 450 перед А4 заканчиваются.

Начать стоит с того, что ядер в А4 1200 два. Каждое способно работать в двухпоточном режиме. Размер памяти кэша второго уровня выше и составляет 1 Мб. Максимальное энергопотребление равняется 4 Вт, тогда как у 450 - 5,5. Контроллер памяти имеет тип DDR3, а это значит, что данная модель технологичнее и способна работать с частотой 1066 МГц. Также производственный процесс у 1200 в 1,5 раза меньше. В данном сравнении AMD А4 1200 является явным фаворитом, что и подтверждают тесты на популярные вычисления.

31 июля 2012 в 12:41

Когда Atom быстрее чем Core?

• Блог компании Intel

Наглухо застряв в пробке за рулем машины, теоретически способной развивать скорость более 200 км\ч, и глядя, как меня обгоняют велосипедисты на трехколесных велосипедах, я задумалась… нет, не о том, как пересадить всех на велосипеды, и не о решении транспортных проблем человечества с помощью телепортации, а… о процессорах Intel Core и Intel Atom. А именно - Atom по сравнению с Core - это, фактически, мотороллер по сравнению с автомобилем. Он потребляет меньше топлива и стоит заметно дешевле. Но зато и скорость скутера столь же заметно уступает авто (несмотря даже на способы «разогнать» мотороллер выше заводских установок). Но, все же, в пробках или на узких улочках скутер оказывается быстрее. Недаром скутер получил свое название от английского «to scoot » - удирать, так как успешно использовался английскими подростками для спасения от полиции.
Теперь вернемся к CPU. Заменим «топливо» на «электричество», а «скорость» на «производительность», и получим полную аналогию поведения Inel Atom и Intel Core. Но тогда разумно предположить, что существуют такие «пробки»и «закоулки», в которых Atom обгонит Core. Давайте их поищем.

Итак, по всем общепринятым замерам производительности Intel Core существенно обгоняет Atom. В разделе «Производительность» статьи про Intel Atom в wikipedia читается суровый приговор: "примерно половина производительности процессора Pentium M той же частоты "
Если же сравнивать Atom именно с Core, то по данным тестов tomshardware Intel Core i3-530 побеждает Intel Atom D510 с разгромным счетом:


При этом, надо отметить, что tomshardware к Atom относится явно предвзято. Так, например, если время работы какой-то задачи на Core-i3 - 1:38, то именно так об этом и сообщается - «одна минута, 38 секунд». А если Atom исполняет что-то за 7:26, то это, по мнению авторов «около восьми минут». Но главное - сравнивать процессоры с разной тактовой частотой (2.93 GHz Core i3 и 1.66 GHz Atom) и не делать поправку на ветер непоказательно. То есть, результат Core надо поделить на 2.93/1.66~1.76, что дает итоговый результат проигрыша Atom от 2.15 до 2.6 раз.

Почему Atom медленнее?

Быстрый ответ: потому что дешевле и энергоэкономичнее, что несовместимо с высокой производительностью.
Правильный ответ: Во-первых, потому, что у Atom сохранилась шина FSB, в то время как Core i3 имеет интегрированный в CPU контроллер памяти, что ускоряет доступ к данным. Кроме того, у Atom в четыре раза меньше размер кэш-памяти, а если данные не умещаются в кэш, то более медленный доступ к памяти сказывается на производительности по полной программе.
А во-вторых, микроархитектура Atom - это не Core2, использованная в Core i3, а Bonnell. Вкратце, Bonnell -продолжатель идей Pentium, в нем имеется только 2 целочисленных ALU (против трех в Core), а главное, отсутствуют присущие Core изменение порядка инструкций (instruction reordering), переименование регистров (register renaming), а также спекулятивное исполнение (speculative execution).
Откуда понятно, что чтобы помочь Atom обогнать Core, надо:

1. Взять нанонабор небольшой набор данных, так, чтобы он помещался в кэш.
2. Попробовать использовать float данные, чтобы загружать не ALU, a FPU
3. По возможности, лишить Core преимуществ неупорядоченного исполнения.

Поскольку с первыми двумя пунктами все ясно, можно запустить первые тесты.
Они проводились на имеющемся у меня Intel Core i5 2.53 GHz и уже упомянутом Atom D510, и представляли собой набор вызовов математических функций для float данных со встроенной оценкой производительности «количество функций в секунду», т.е. чем больше - тем лучше.
Тесты включали расчет тригонометрических функций как напрямую (C runtime, тест «x87»), так и разложением в ряд; с использованием кода мат.библиотеки Cephes; а также векторную реализацию через SSE intrinsic функции (тесты с окончанием _ps). При этом, учитывая разницу тактовых частот, результаты масштабировались на 2.53/1.66~1.524
Тесты компилировались Microsoft Visual Studio 2008 с оптимизацией в release по умолчанию.


Полученные данные полностью подтверждают первое место Intel Atom с конца. То есть, цель не достигнута, переходим к следующему пункту - осложним работу Out-of-order CPU.

Усложняем задачу

Создадим искусственный тест, который будет содержать непредсказуемые ветвления, содержащие вычислительно тяжелые функции, так, чтобы результат спекулятивных вычислений Core постоянно отбрасывался, т.е. оказывался ненужной работой.
Примерно так:
int rnd= rand()/(RAND_MAX + 1.) * 3; if (rnd%3==0) fn0(); if (rnd%3==1) fn1(); if (rnd%3==2) fn2();

Более того, функции будут состоять из цепочечных вычислений, так чтобы Core не мог путем переупорядочивания инструкций и переименования регистров посчитать что-то из таких выражений заранее, «вне очереди». Вот простейший пример подобного кода
for (i=0; i < N; ++i) { y+=((x[i]*x[i]+ A)/B[i]*x[i]+C[i])*D[i]; }
Кстати, подобные функции и использованы в вышепоказанных тестах cephes_logf и cephes_expf, где преимущество Core минимально.
Но, несмотря на все препятствия, Core все равно оказался быстрее. Минимальный отрыв Core от Atom, который мне удалось получить различными комбинациями вычислений и случайностей - в целых два раза! То есть, Atom по-прежнему отстает.

Но если бы я на этом остановилась, то вы бы про это просто не узнали - пост бы не состоялся.
Следующим шагом была компиляция тестов с помощью Intel Compiler. Использовалась версия Composer XE 2011 update 9 (12.1) c настройками оптимизации Release по умолчанию - аналогично компилятору Microsoft.

На графике ниже приведены результаты работы вышеупомянутых тестов, включая добавленный мной rand, скомпилированные как VS2008, так и Intel Compiler.

Смотрите внимательно. Это - не обман зрения. Для четырех тестов точки зеленой линии, показывающие результат Atom для тестов, скомпилированных Intel Compiler, находится выше, чем точки бордовой - результат i5 для тестов, скомпилированных VS2008. То есть, Atom оказывается реально, более чем в два раза, быстрее на _том же коде_, что и Core i5.

Думаете, что это реклама компилятора Intel?
Абсолютно нет. Я не работаю ни в отделе рекламы, ни в компиляторной группе.
Это просто констатация того, что ваш оптимизированный код может выполняться на Atom гораздо быстрее, чем неоптимизированный на Core. Или - неоптимизированный на Core будет медленнее, чем оптимизированный на Atom.
Это - как раз те самые кочки и закоулки, которые мешают машине разогнаться.
Выводы можете сделать сами.

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.

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.

Характеристики ноутбука определяются его центральным процессором. На ноутбуках не используются мощные видеокарты, поэтому в любых программах и играх все вычисления ложатся именно на центральный процессор. Специально для ноутбуков, нетбуков, планшетов и промышленных компьютеров была разработана серия Intel Atom. Процессоры отличаются низким энергопотреблением. В среднем оно в 2-10 раз ниже, чем у CPU для стационарных компьютеров. При этом у них такая же интеловская архитектура и производительность (при равной тактовой частоте и количеству ядер). Все поддерживаемые программы такие же.

Процессоры Intel Atom ставятся только в бюджетную технику. Это одна из причин, почему они так популярны в офисной технике, низкая цена их делает очень удобными для групповой закупки различными организациями. Их недостаток (отсутствие сокета, процессор часто можно заменить только с материнской платой) с лихвой компенсируется низкой стоимостью.

Характеристики процессоров серии Atom

• Тактовая частота - 1,2-2,1 ГГц.
• Число ядер 1, 2 или 4.
• Память на материнской плате DDR2 и DDR3.
• Годы производства - с 2008 (активно выпускается в настоящее время, выходят новые модификации).
• Технопроцесс - 45-14 Нм.
• Энергопотребление от 0,65 Вт (пока что только для смартфонных версий, для ноутбуков 10 Вт).
• Применение - ноутбуки, нетбуки, планшеты, смартфоны, офисные компьютеры.

Линейка Intel Atom использует все современные технологии для повышения производительности: множитель частоты, разделение вычислений на потоки, плавающая частота с возможностью разгона. Продукты компании постоянно совершенствуются и обновляются.

Технопроцесс

• 2008-2011 - 45 нм.
• 2011-2013 - 22 нм.
• 2013 – настоящее время - 14 нм.

Уменьшение технологического процесса означает физическое уменьшение размеров транзисторов при их печати на кристалле. Одновременно с их уменьшением падает энергопотребление, снижается температура и увеличивается надежность. Учитывайте это при покупке ноутбука.

5 режимов энергосбережения

1. Обычная работа на полную или частичную мощность. Включены все порты, видеоконтроллер. Оба ядра и множитель. Энергопотребление - максимальное при 100% загруженности и линейно от нее зависит.
2. Режим обычной работы, но с пониженной частотой (в характеристиках указывается как LFM).
3. Отключение множителей частоты, общее снижение частоты тактирования, понижение напряжения питания.
4. Почти полное отключение тактирования, работают контроллеры портов.
5. Отключение процессора, но с возможностью его мгновенного включения при запуске приложения или других ручных действий пользователя. Из 203 выводов процессора активны лишь 21. Энергопотребление составляет 0,03-0,1 Вт.

Эти режимы работают в минус: т.е. только уменьшая тактовую частоту и производительность от номинальной. На самых новых процессорах добавился режим «форсажа». В этом случае тактовая частота поднимается выше. Именно с этим связанно нечеткое ее указание в характеристиках ноутбука, например, 1,8-2,2 ГГц.

Число ядер

Процессоры с одним ядром нельзя рекомендовать как современные. Многие приложения на них просто не запустятся. Два ядра уже в корне меняют производительность. Здесь дело ни сколько в ее двукратном повышении, сколько в особой архитектуре. Не все программы чувствительны к тактовой частоте процессора. Для многих куда важнее специализированная архитектура.

Производители и модели ноутбуков

1. IRBIS (Ирбис ). Выпускает наибольшее число моделей ноутбуков с Атомом. Модели NB11, NB20, 21, 24, 26, NB45, NB47 …. NB 116. Ноутбук NB116 комплектуется самым современным процессором из серии Атом: Atom x5-Z8350 на 4 ядра с автоматическим увеличением тактовой частоты до 1,9 ГГц. В остальных стоят бюджетные Intel Atom Z3735, 4 Ядра 1,3 ГГц. Начало производства этих процессоров май 2014 г.
2. . Также использует серию Z3735. Выпускает две модели.
3. DEXP . Выпускает модель Navis L100. Версия CPU - Intel Atom Z3735 (наиболее частая для бюджетных ноутбуков).
4. BBmobile , Krez , 4 Good и другие менее известные фирмы. Число моделей ноутбуков с атомом у них невелико.

Intel Atom для офисных компьютеров и специальных целей

Компания Intel предлагает несколько версий процессоров, пригодных для работы в обычных системных блоках. Они устанавливаются на материнские платы с памятью DDR2 и DDR3. Под DDR4 версии пока нет, т.к. этот стандарт только вводится на игровых компьютерах и для ноутбуков совершенно неактуален. Использование Intel Atom - возможность получить системный блок без вентиляторов. Такое решение подходит для специальных компьютеров, для промышленности, платежных терминалов и другой техники. Itnel Atom для материнских плат не комплектуются сокетом и припаиваются к ним стационарно. Замена возможна только в сервисном центре с использование оборудования для микропайки.

• Процессоры одной серии имеют версии для компьютеров, ноутбуков, автомобильных консолей, и мобильных устройств (таких примеров среди других фирм нет).
• Intel Atom ставится только на бюджетные ноутбуки.
• Кристалл имеет 5 режимов энергосбережения + режим форсажа.
• В материнских платах под данные процессоры северный и южный мост объединены.
• Процессоры Intel много лет считаются самыми надежными в мире.
• Общее число моделей серии Atom - более сотни.
• Все процессоры не имеют сокета и припаиваются к материнской плате (но их замена все равно возможна в сервисном центре).
• Мобильные Intel Atom имеют специальные участки архитектуры чипа для воспроизведения видео и аудио. Такая архитектура экономит энергию.
• Производство мобильных версий остановлено в 2016 по коммерческим соображениям.
• В нынешнее время Intel разрабатывает для ноутбуков процессор из серии Atom с 16 ядрами.