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.

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.

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.

Дата публикации:

15.06.2009

Последние полгода значительно увеличился объем продаж ноутбуков, и самую значительную роль в том сыграли нетбуки. Что интересно, при этом упали продажи дорогих ноутбуков. Это и понятно: покупатели научились ценить деньги и вкладывать их с умом.

На общем фоне мирового кризиса, такие гиганты как ASUS, Acer и Dell объявили о высоких процентах прибыли именно благодаря продаже нетбуков.

Откуда растут ноги у нетбуков?

Понятие нетбуков появилось в 2008 году на Форуме Intel для разработчиков в Шанхае. По мнению компании Intel основной вектор развития мобильных устройств - создание дешевых мобильных интернет-устройств (MID). Такие устройства обеспечивают главное - доступ к сетям и информации в любое время и в любом месте в течение продолжительного времени. Эти устройства должны быть компактными и по истине портативными. На IDF Intel и представила соответствующую платформу Intel Centrino Atom и тем самым анонсировали появление устройств, построенных на архитектуре Atom и названных с подачи Intel нетбуками.

Нетбуки (netbook) - это семейство ноутбуков, предназначенных для работы в сети Интернет и ни для чего более (net - сеть, book - сокращение от notebook).

Нетбуки относятся к классу ноутбуков, называемых субноутбуками, то есть маленькими портативными ноутбуками с сверхнизким энергопотреблением. Такие ноутбуки имеют невысокую стоимость (от 200 до 600 у.е.), массу порядка 1 кг, небольшой дисплей (от 7 до 10 дюймов). Как известно, для работы в сети не требуется высокой производительности, следовательно от нетбуков не следует ожидать высокой производительности.

Процессорная технология Intel Centrino Atom, ранее известная под кодовым наименованием Menlow, включает первый процессор Intel Atom (ранее известные как Silverthorne ) и системный контроллер-концентратор Intel System Controller Hub (Poulsbo ). Эти компоненты с самого начала разрабатывались для сегмента MID.

Все мобильные системы оцениваются по соотношению производительности на 1 Ватт потребляемой мощности, показывая, что это всегда компромисс между производительностью и энергопотреблением. Ну а как известно, энергоемкие устройства требуют и больших по габаритам источников питания. Следовательно, снижая потребление энергии, разработчики автоматически уменьшают габариты устройств.

Архитектура Intel Atom

Новая микроархитектура основана на 45-нм производственном процессе, использующем новые транзисторы с металлическим затвором и диэлектриком high-k. На удивление, Atom полностью совместим с набором команд Intel Core 2 Duo, поддерживает Hyper-Threading и расширение набора мультимедиа команд SSE3. Поддерживается даже виртуализация Intel VT. Правда для мобильных задач она не нужна, но видимо разработчики хотят использовать эти процессоры как идеологию развития архитектуры во всех направлениях, создавая как бы универсальный процесс, а потом дорабатывая его в том или ином направлении. Можно сказать, что с учетом заложенных возможностей микроархитектура Intel Atom – основа для будущих процессоров.

В микроархитектуре Intel Atom реализованы революционные функции управления питанием, такие как состояние ожидания Intel Deep Power Down (C6), технология Enhanced Intel SpeedStep, активное стробирование генератора тактовых импульсов, режим CMOS и Split I/O. Все эти новшества позволяют оптимизировать энергопотребление и тепловыделение как в целом, так и в режимах ожидания, работы и пиковых нагрузок.

Процессор Intel Atom на сегодня является самым маленьким процессором Intel. Он даже меньше микросхем чипсета! При этом он самый быстродействующий процессор в мире, потребляющий менее 3 Вт электроэнергии. Один кристалл площадью менее 25 мм2 содержит более 47 миллионов транзисторов (значительно меньше настольных процессоров).


Тепловая мощность новых процессоров составляет 0,65-2,4 Вт, средняя потребляемая мощность не превышает 160-220 мВт , а в состоянии ожидания эти устройства потребляют всего 80-100 мВт.

Энергопотребление процессора Intel Atom в состоянии простоя определялось как потребляемая мощность в состоянии Intel Deep Power Down (состояние C6). Технология Intel Deep Power Down (C6) переводит процессор в состояние с минимальным энергопотреблением за счет отключения основного генератора тактовых импульсов системной шины, контура PLL=Phase-locked loop (ФАПС, система фазовой автоподстройки частоты), кэш-памяти первого и второго уровня.

С точки зрения схемотехники материнской платы PLL управляет динамическим снижением частоты системной шины и её автоподстройкой. Если оптимально настроить систему так, чтобы частота шины быстро динамически снижалась при отсутствии нагрузки, то этим можно сэкономить больше половины энергии подаваемой на генерацию импульсов на шине.

Кэш-память надо отключать по понятным причинам: там содержится основное количество транзисторов процессора: отключив их сэкономим вторую большую долю энергии источника.

Комплект компонентов на базе процессорной технологии Intel Centrino Atom, включающий системный контроллер-концентратор Intel System Controller Hub и процессор Intel Atom с частотой 800 МГц, 1,10, 1,33, 1,60 или 1,86 ГГц , стоит 45, 45, 65, 95 и 160 долларов США соответственно (при заказе от 1000 штук). Как мы видим, такие решения не дороги и позволяют создавать системы в пределах 200-400 у.е.

Семейство Intel SCH с самого начала разрабатывалось как высокопроизводительное энергосберегающее решение для однокристальных устройств с высокой степенью интеграции. Контроллер Intel SCH включает интегрированную графику с аппаратным ускорением декодирования видео, поддерживающее режимы HD 720p и 1080i. Поддерживаются все стандартные интерфейсы ввода/вывода для настольных компьютеров и карманных устройств, в том числе PCI Express, SDIO и USB.
Intel представила три версии SCH, поддерживающие модули памяти DDR2 400/533 МГц объемом 512 МБ/1 ГБ, видео как в стандартном разрешении, так и высокой четкости, технологии Intel High Definition Audio, DX9L и OpenGL.
На уровне драйверов есть поддержка различных ОС.

Мобильные интернет-устройства на базе Intel Atom собрались производить компании Aigo, Asus, BenQ, Clarion, Fujitsu, Gigabyte, Hanbit, KJS, Lenovo, LG-E, NEC, Panasonic, Samsung, Sharp, Sophia Systems, Tabletkoisk, Toshiba, USI, WiBrain и Yuk Yung.
Как видно, большая часть из этих компаний представляют сегмент мобильных устройств, коммуникаторов, наладонных компьютеров и единицы - сегмент субноутбуков.

Применение во встраиваемых системах

Встраиваемые решения - это отраслевые и промышленные решения (прежде всего контроллеры автоматики, медицинские и военные системы, измерительные приборы), характеризующиеся высокой надежностью и низким энергопотреблением. Такие системы имеют малые размеры, низкий профиль корпуса и пассивное охлаждение. Долгое время в этом сегменте соседствовали Intel Celeron M с чипсетом i945GME Express и менее "прожорливый" VIA C7. Настало время сместить этих апологетов постоянства - дошло изменение архитектура и до сегмента встраиваемых систем.
Этого следовало ожидать: все тенденции шли к уменьшению размеров кристалла и скрещивания производительности настольных чипов, оптимизации из серверного сегмента и мобильных кристаллов с низким и ультранизким энергопотреблением. И итогом совмещения стал Intel Atom.

Процессор Intel Atom и контроллер Intel SCH решено продвигать и в сегменте встраиваемых систем. В этом сегменте компания предлагает две модели процессоров: Atom Z530 с частотой 1,6 ГГц и Z510 с частотой 1,1 ГГц. Они расчитаны на 7-летний жизненный цикл. Естесвенно, Intel представил для разработчиков и все средства для внедерения новых CPU в embedded-системы.

Новая архитектура на 2 микросхемах (чипсет одночиповый) позволит более чем на 80% уменьшить размер устройств по сравнению с предыдущим решением, включавшим три микросхемы (Celeron M ULV и 945GME Express).

Процессоры Atom в сухом остатке

Итак, все кристаллы Intel Atom выполнено по 45-нм техпроцессу с использованием металлических затворов и диэлектриков Hi-k и условно могут быть разделены на CPU для нетбуков и неттопов и CPU для мобильных интернет-устройств.
Частично эти кристаллы унаследовали многое от архитектуры Centrino 2, но были оптимизированы и кое-где урезаны.

CPU для нетбуков и неттопов

Все эти кристаллы имеют 1 ядро, кроме модели 330 : она получила 2 ядра и 2 кэша L2 объемом 512К на каждое ядро (общий объем - 1МБ). Все остальные чипы имеют кэш L2 объемом 512 Кбайт.

Процессоры с буквой Z в маркировке имеют наименьшее энергопотребление - от 0,65 Вт (Z500) до 2,4 Вт (Z550). Модели Z500, Z510, Z515 работают с частотой шины 400 МГц (для уменьшения энергопотребления).
Z520, Z530, Z540, Z550 более энергоемкие, так как тактируются частотой шины 533 МГц.

Все эти модели появились в 1 квартале 2009 года.

Ранее появилась одна единственная модель N270 . Она рассчитана на тепловыделение (TDP) 2.5 W (температура до 90 градусов, против 85 у модели Z530 с такой же частотой). Она отличается только тем, что напряжение питания ядра у нее изменяется в пределах 0.9V-1.1625V, а у Z530 - от 0,8 V. Именно поэтому N270 и кушает 2,5 Вт, а не 2,4 Вт. Фактически, Z530 можно считать оптимизированной моделью N270.

Кристалл N270 имеет размеры 26 mm2 (22х22 мм), содержит 47 миллионов транзисторов и выполнен в новом корпусе PBGA437. Это означает, что его нет возможности установить в существующие системы Centrino 2.

Все производители нетбуков, которые представили свои решения в 2008 году, базировали их на N270.

Самые "жаркие" кристаллы Intel Atom - модели 230 и 330 . Фактически, это один и тот же процессоров. Отличие заключается в том, что 330 модель содержит 2 одинаковых ядра и, соответственно, кэш в 2 раза большей емкости.
Ну и как следствие - TDP у 330 выросло с 4 Вт до 8 Вт.
Кстати, только эти кристаллы из всех Atom 64-разрядные!

CPU для мобильных интернет-устройств

Фактически, это те же самое процессоры с теми же спецификациями, однако в несколько другом схемотехническом применении.
Вместо стандартного чипсета они предполагают использоваться в паре с кристаллами контроллера-концентратора системы Intel UL11L, US15L, US15W .

CPU для настольных ПК

В принципе, процессоры Atom можно с легкостью использовать для построения недорогих офисных ПК, чем и воспользовались многие ОЕМ-сборщики.

Подразумевается использование процессоров Atom N270, 230 и 330 с чипсетом i945GC Express.

В целом, можно резюмировать, что Intel Atom - самый мобильный и неэнергоемкий процессор для нетбуков и мобильных систем на данный момент.

Очередной мой переводной материал. На этот раз героем является процессор Intel Atom C3958, тестирование которого провел интернет-ресурс servethehome. Но не спешите закрывать страницу, т. к. речь пойдет не о хилом, немощном нечто, мало пригодном для обычного использования, а о сравнительно недавно анонсированной 3000-й серии этих процессоров (а, по сути, SoC), ориентированных на применение в хранилищах данных, встраиваемых решениях, серверах. Итак, Intel Atom C3958 – обзор и результаты тестирования топового процессора в этом семействе.

Описание и характеристики

В 3-е поколение семейства процессоров Atom, имеющих кодовое имя «Denverton», входит довольно большое количество моделей. Самый младший процессор имеет всего 2 ядра, ну а старшенький (о котором сейчас и идет речь), может похвастаться аж 16-ю ядрами.

В определенной степени можно сказать, что имеется как минимум 2 топовые модели, это C3958 и ее близкий родственник — C3955. Приведу основные характеристик обеих моделей.

Процессор	C3955	C3958
Количество ядер	16
Количество потоков	16
Базовая частота (Turbo Boost), ГГц	2.1	2.0
Макс. частота, ГГЦ	2.4	2.0
Макс. объем памяти, ГБ	256
Кол-во линия PCI-Express	8
Макс. кол-во SATA	16
Встроенная поддержка LAN	4×10/2.5/1 GbE
Поддержка Intel® QuickAssist	—	+
TDP, Вт	32	31
Рекомендуемая цена, $	434	449

Собственно, различия не сказать, чтобы сильно бросались в глаза. Причем C3955 имеет поддержку Turbo Boost, а вот старший Atom подобного «турбонаддува» лишен. Казалось бы, не ему быть топовой моделью, но все же главное его отличие от C3955 – это поддержка технологии Intel® QuickAssist.

Кратко о том, что такое QuickAssist, или сокращенно – QAT. Это набор программно-аппаратных средств для ускорения шифрования и сжатия данных. Очень помогает QuickAssist в случаях, когда необходимо производить сжатие данных «на лету», шифровать потоки данных, обеспечить работу криптографии и т. п. В общем, все, что связано с защитой данных, аутентификацией, обеспечением безопасности. QAT существенно ускоряет работу приложений, причем весьма существенно.

Надо заметить, что эта полезная функция входит в состав не каждой модели. Вот и C3955 ее лишен, хотя имеет свои достоинства. QuickAssist использовался и процессорами Atom серии C2xxx, но в новом поколении использование технологии вышло на более высокий уровень. Так, в отличие от Atom C2xxx, для C3xxx не требуется специальный драйвер. В тестировании функция QAT была активирована, хотя в представленных ниже тестах она не использовалась.

Собственно, наличие QAT – едва ли не единственный аргумент в пользу именно C3958, а не C3955, хотя повод весьма веский. Если же выполняемые задачи не подразумевают использование шифрования, сжатия данных, в общем того, для чего нужна эта технология, то смысла в выборе именно C3958 нет.

О том, что это именно серверный продукт, говорят характеристики процессора. Здесь и поддержка большого объема памяти, и наличие 16-мегабайтного кэша L2 (по 1 МБ на каждое ядро), причем ECC, 4-х 10-гигабитных интерфейсов, 16-ти SATA устройств, технологий виртуализации VT-x, VT-d и т. п. Кстати, этот процессор не поставляется покупателям как отдельный компонент, а только в составе как минимум материнской платы.

Для тех, кому интересно, приводим результат выполнения линуксовой команды lscpu, выводящей подробную информацию о процессоре и всех его особенностях.

Тестовый стенд

Для проведения испытания была собрана следующая конфигурация:

• Материнская плата: Gigabyte MA10-ST0 с распаянным на нем процессором Intel Atom C3958.
• Память: 4x 16GB DDR4-2400 RDIMMs (Micron).
• SSD: Intel DC S3710 400GB.
• Загрузочное устройство: Intel DC S3700 200GB.

Немного подробнее про системную плату. Она весьма интересна для построения хранилищ данных. «На борту» у нее 4 слота для установки памяти, флеш-память eMMC объемом 32 ГБ производства Kingston, 2 10-гигабитных порта SFP и столько же гигабитных сетевых портов. При этом имеется разъем PCIe x8, а также 4 разъема SFF8087 для подключения 16 SATA накопителей.

Подробный обзор данной материнской платы скоро будет, но сейчас можно сказать, что максимальное потребление с двумя 10Gb SFP+ подключениями и двумя подключенными гигабитными интерфейсам составило 61 Вт.

Результаты тестов

Мы использовали наши старые, проверенные Linux-Bench скрипты. У нас есть более свежая подборка скриптов, но в данном случае она показалась не столь нужной, т. к. основное предназначение данной платформы – это встроенные приложения. При использовании подобной конфигурации в хранилищах данных или в сетевых устройствах встроенные приложения не имеют высокой нагрузки, и использование расширенных наборов команд AVX2 и AVX-512 видится излишним.

В своих прошлых проверках мы убедились, что лучшими ОС для процессоров Intel Atom серии C2000 являются Linux и FreeBSD. Windows мало распространена на таких платформах, и мы не советуем использовать данную платформу в качестве обычного компьютера. Для этого найдется масса других, более выигрышных вариантов.

Python Linux 4.4.2 Kernel Compile Benchmark

Этот тест мы используем часто. Используется стандартный конфигурационный файл, ядро Linux 4.4.2, взятое с kernel.org, и стандартно генерируемая конфигурация нагружает каждый поток в системе. Результаты показывают количество компиляций в час.

Полученные результаты показали очень неплохую производительность, которая соизмерима с результатами 8-ядерного процессора Xeon D. Модель C3955 показала немного лучшие результаты. Это неудивительно, все же различия в микроархитектуре должны проявляться в работе процессоров.

c-ray 1.1

Еще один постоянно используемый нами тест трассировки лучей, весьма популярный и показывающий разницу работы в многопоточных системах.

Показанная производительность и тут хороша. Ожидаемо более «шустрый», да еще турбированный C3955 показал более высокие результаты. Что интересно, Intel Xeon E3 продемонстрировал схожую производительность, но у него нет многих функций, которые есть у Atom, да еще и потребляемая мощность у него выше.

7-zip Compression

Очень популярное и часто используемое кроссплатформенное приложение для архивации/разархивации данных.

Полученные результаты очень неплохи. Конечно, 16 ядер Atom это не 16 ядер Xeon D, и тягаться с последним не получится. В данном случае не используется QAT, а это могло бы заметно изменить результаты, и в этом мы скоро убедимся. Если же говорить о производительности, то по скорости сжатия Intel Atom C3958 можно расположить где-то между 6-ю и 8-ядерными Xeon D. Скорость разархивации находится на где-то между 8-ю и 12-ядерными Xeon D.

Sysbench CPU test

Очередной популярный тест на платформе Linux. Мы использовали именно тест CPU, а не OLTP, который применяется при проверке накопителей.

Пришлось убрать результаты процессоров C2358 и D525 из-за низких значений, что сделало бы график сложночитаемым. Тест хорошо масштабируется и отлично нагружает все имеющиеся ядра процессора. Неудивительно, что 16 ядер пришлись очень «ко двору».

OpenSSL

Криптографический пакет, используемый для шифрования обмена между серверами. Мы получили следующий результат.

При повторной проверке получилось следующее (мы отсортировали результаты в том же порядке, что и в первом прогоне тестов, чтобы было удобнее).

Как мы видим, Intel Atom C3958 соперничает со сходным по цене Xeon Silver 4108, который предназначен для более мощных серверов. Но более интересным в данном случае является сравнение с предыдущим 2000-м поколением процессоров Atom. Топовый C2758 с включенным QAT оказался в 4 раза медленнее C3958, в котором не использовалась данная функция. Это важно, т. к. OpenSSL часто используется именно в сетевых устройствах и системах хранения данных.

UnixBench Dhrystone 2 и Whetstone Benchmarks

Тесты старые, но пока мы продолжаем использовать их по многочисленным просьбам. Результаты UnixBench Dhrystone 2.

Результаты Whetstone Benchmarks.

В данном случае видим явную пользу от многоядерности, т. к. в данном случае это компенсирует те компромиссы в микроархитектуре, на которые пришлось пойти для снижения энергопотребления. В данном случае вариант, когда «числом, а не уменьем».

Заключение

Это совсем не тот «Атом», который сразу приходит на ум при упоминании этого семейства процессоров. Базовая частота Atom C3958 не так велика по нашим временам, нет поддержки технологии «Turbo Boost», нет кэш-памяти третьего уровня, нет поддержки набора команд AVX2/ AVX-512, но 16 ядер, по 1 МБ кэша L2 на каждое ядро, существенные улучшения в IPC (Inter Process Communications) позволяют ему соперничать в производительности с Xeon D и Xeon Bronze/Silver.

Естественно, последние более подходят для виртуализации и обычного применения, но в сетевых устройствах и устройствах хранения данных «атомные» процессоры весьма хороши.

Сейчас много говорят об AMD EPYC, но у AMD нет своих решений, способных конкурировать в данном сегменте по совокупности характеристик. Так, EPYC 7251 имеет TDP в 120 Вт (сравните с Atom), имея 8 ядер, 16 потоков, правда, поддерживая увеличение частоты до 2.9 ГГц. Правда, и целей занять свою нишу именно в этом сегменте у AMD нет, по крайней мере, с EPYC.

Активность проявляла компания ARM, но сочетание производительности и использование технологий ускорения функций криптографии и компрессии данных, которое есть в 3000-й серии процессоров Atom, позволяют Intel уверенно чувствовать себя в ближайшем будущем.

Если рассматривать топовые решения с поддержкой QAT, то можно увидеть существенный прогресс, по сравнению с предыдущим поколением (Atom C2758). Единственное, что снизилось — это тактовая частота (примерно на 17 %). В остальном – сплошные улучшения. Судите сами, количество ядер удвоилось (с 8 до 16), объем кэша и максимального объема памяти увеличился вчетверо (до 16 МБ и 256 ГБ соответственно), PCIe обновила поколение, появилась поддержка 10-гигабитной сети. Вот только за существенно возросшую производительность пришлось заплатить возросшим TDP.

К сожалению, увеличились, и существенно, цены. Правда, широкая линейка моделей позволяет подобрать вариант (например, Atom C3758), который дешевле, и может с успехом заменить предыдущий топовый процессор в соответствующих областях применения.

Благостную картину существенно возросшей производительности только портит цена, т. к. при стоимости в 449 $ Atom C3958 конкурирует с Intel Xeon Silver 4108 и Xeon D lines, а это, как ни крути, птицы несколько другого полета.