Современные ноутбучно-планшетные платформы со старыми решениями для топовых нетбуков. У нас это даже получилось, но не лучшим образом: выбранный в качестве объекта изучения планшет был укомплектован очень уж медленным системным накопителем, что сказывалось во многих тестах. С тех пор мы, впрочем, познакомились с массой вариантов реализации платформы Intel Bay Trail, в том числе и при помощи «стандартной» методики тестирования производительности, но повторить большое сравнение разнородных систем разного времени выпуска нам все равно хотелось. И вот теперь получилось:) Результат не претендует на полноту, однако, как нам кажется, будет небезынтересен многим читателям.

Методика тестирования

Основной сложностью, возникающей при тестировании компактных систем, является то, что мы не вольны в выборе конфигурации - нельзя просто взять и поставить все платформы в равные условия, приходится тестировать их «как есть». Разумеется, это сказывается и на итоговых результатах, если не применять совсем уж примитивные низкоуровневые тесты (но их результаты вообще малоинтересны). Нам тут в первую очередь интересен качественный, а не количественный результат, так что сегодня мы решили ограничиться только синтетикой: PCMark 7 и 8 (второй - частично), а также 3DMark.

Конфигурация тестовых стендов

В общей сложности мы имеем восемь разных платформ, из которых наибольший интерес для нас представляют четыре, построенные на базе представителей семейства Bay Trail. Конфигураций получилось на одну больше, поскольку ECS Liva X может работать как со встроенным накопителем eMMC, так и с любым mSATA-SSD, поэтому в тестах присутствует два раза. Еще несколько взятых для изучения систем были, по сути, «самосборными», но мы этой возможностью не слишком пользовались, поскольку изменить конфигурации других не могли. В частности, в планшете на Atom Z3735G мы не можем поменять ни накопитель, ни ОС, а NUC DE3815TYKHE (Atom E3815) отказался работать с твердотельными накопителями, воспринимая только винчестеры. «Пересобирать» ноутбуки и/или переставлять в них ПО тоже было затруднительно, чем, собственно, и вызван определенный разнобой в конфигурациях. Но нам он ввиду использования синтетических высокоуровневых бенчмарков, вообще говоря, мешать не должен. Даже, скорее, наоборот. Вполне реальные рабочие конфигурации, а не что-то собранное исключительно под тесты. Разве что пара из Pentium J2900 и SSD может вызвать вопросы, ибо бюджетная платформа с небюджетным твердотельным накопителем, но в реальной жизни иногда и не такое бывает. Ноутбуки на Celeron U3400 и 877 тоже старые и бюджетные, а именно с этими SSD в нашем случае и используются:)

А теперь вкратце пробежим по испытуемым процессорам. Celeron U3400 и 877 - это классические бюджетные модели CULV-сегмента первого и второго поколения Core, хорошо изученных нами и не только. Pentium G2130 - классический представитель бюджетного сегмента Core третьего поколения, но уже настольного. Core i3-5010 - ультрамобильный Broadwell. Новейший процессор и без пяти минут хай-енд в своем классе. Эти модели мы взяли для сравнения с основными испытуемыми.

Коих будет четверо, потому что нам удалось собрать воедино представителей всех линеек Bay Trail. Самой мощной, естественно, является настольная версия в лице самого мощного представителя - Pentium J2900. Но этот четырехъядерный процессор нами уже хорошо изучен, поэтому посмотрим на остальных. Celeron N2808 - модель для нетбуков. Линейка N как раз и заменяет старые Atom N-семейства да и CULV Celeron. Правда на смену последним идут четырехъядерные же модели, а N2808 - двухъядерный, так что нацелен на бюджетный сегмент: в чистом виде новый Atom.

А сама эта торговая марка сохранилась только на планшетном рынке и среди процессоров для встраиваемых решений. Последние не слишком ограничены функционально, но обычно самые медленные - в частности Atom E3815 это вообще одноядерное решение. Тем не менее, на нем работает даже Windows x64, можно подключать винчестеры и т.п. А планшетный Atom лишен интерфейсов SATA и PCIe, ограничен в плане емкости оперативной памяти, зато вот в Z2335G ядер столько же, сколько и в старших моделях Bay Trail: четыре. Вот и оценим - как это сказывается на производительности.

PCMark 7 - дисковая калибровка

Наши постоянные читатели в курсе (а кто не в курсе, тем расскажем), что этот тестовый пакет активно использует «накопительные трассы» во всех сценариях работы, так что результаты существенным образом зависят от этого компонента компьютера. У нас они разные, значит для начала стоит использованные винчестеры и SSD и протестировать.

Заметим, что и на низком уровне скорость прогона трасс зависит и от платформы. В частности, один и тот же гибридный винчестер в паре с настольным Pentium на 20% быстрее «себя же», но в системе с одноядерным Atom. А «быстрый» SSD Toshiba может быть куда более быстрым (с точки зрения PCMark, разумеется) при использовании с высокопроизводительным ультрабучным Core i3, но не слишком поражает воображение в бюджетной системе на Celeron N2808. Причина понятна: «низкий» уровень PCMark не такой уж и низкий: воспроизводятся реальные операции, свойственные приложениям, но без задержек, так что тут надо еще обеспечить поток данных.

Но если не пытаться искусственно ускорять воспроизведение дисковых трасс, а действовать так, как все происходит на практике, то оказывается, что разница между разными конфигурациями не так уж и велика. Худшими тут оказываются планшетный Atom с eMMC и «встраиваемый» с винчестером, но отстали они от лидирующей связки менее чем вдвое. Это тоже разница, которая скажется и на «рабочих» сценариях, но она соответствует и практике использования разных систем.

PCMark 7 - вычисления, приложения и итоги

Впрочем, первая из трасс от дисковой системы не зависит и, вообще говоря, представляет собой чистую синтетику, активно загружая и видеоядро. Однако похоже, что зависит она сильно от операционной системы и подобных деталей окружения, в результате чего Pentium G2130 умудрился сильно отстать от всех вариаций Bay Trail, где видеоядро аналогичное по архитектуре, но урезанное количественно. Впрочем, особо заострять внимание на этом тесте мы не будем именно по причине его синтетичности.

Куда интереснее трассы, эмулирующие более-менее реальные нагрузки. Например Creativity, где современные встраиваемые и планшетные Atom с легкостью конкурируют со старыми нетбучными Celeron, но существенно уступают новым.

Зато в «развлекательном» тесте все оказывается более-менее ожидаемо: важное значение имеют видеоядро и дисковая подсистема, а потом уже начинают сказываться процессорные ядра.

Но заметим, что эти трассы относятся к более-менее «тяжелым», так что в них вообще есть хоть какая-то возможность задействовать видео или дополнительные процессорные ядра. Как только мы переходим к «легким», эмулирующим пользовательскую нагрузку (что для тех же планшетов, мини-ПК или нетбуков более актуально), «внезапно» оказывается, что ключевое значение имеет производительность ровно одного потока вычислений. И вот в таких условиях только лучшие модели Bay Trail могут составить конкуренцию даже таким старым и слабым процессорам, как Celeron U3400.

Более того - из-за особенностей работы энергосберегающих технологий четырехъядерный плашетный Atom способен проиграть одноядерному встраиваемому - с той же архитектурой и меньшей частотой. При этом еще и все нетбучные Celeron оказываются примерно равными, невзирая на многолетнюю разницу между поколениями.

Но в общем и целом PCMark 7 уверен в паритете новых планшетов и старых нетбуков:) Новые чуть получше, а топовые настольные вариации Atom (как их не называй) еще лучше. Хотя до Core i3 всем далеко, конечно. Причем поставь мы SSD в систему с Pentium G2130, так и до нее далеко было бы:)

PCMark 8 - ускорение номинальное и реальное

Впрочем, PCMark 7 - продукт проверенный временем, надежный, но вполне возможно не слишком хорошо отображающий поведение современного программного обеспечения, да и «способный ошибаться» на современном же оборудовании. Сама компания рекомендует использовать восьмую версию пакета, которая еще и регулярно обновляется, в то время как «семерка» давно застыла на достигнутом. Посмотрим, что нам скажет современный эталон полусинтетических бенчмарков.

Как видим, с точки зрения новой версии пакета при типичном домашнем использовании компьютера младшие планшетные и нетбучные Celeron на базе Bay Trail все еще могут обогнать лишь совсем уж старый Celeron U3400, а вот 877 сдается только старшей настольной модификации этих SoC. Но есть еще один любопытный момент - отсутствие пользы от включения OpenCL-акселерации для большинства участников. Технология не работает? Судя по Core i3-5010U очень даже неплохо работает. А вот остальные либо OpenCL не поддерживают, либо... Либо настолько у них GPU немощные, что такая поддержка ничего не дает.

С «рабочим» тестом все еще веселее: встраиваемый Atom его не проходит никак, а на планшете удалось получить результаты только в «неускоренном» режиме. Но в общем и целом положение дел не изменилось.

Наиболее мощный из подтестов не работает на процессорах со старыми GPU, но там он не слишком и интересен. Хорошо видно, что используется более двух ядер, что позволило, например, Pentium J2900 почти догнать G2130. Но вот планшетным Atom это никак не помогает - несмотря на наличие четырех ядер, они работают медленнее, чем бюджетный двухъядерный, но нетбучный Celeron. Такие дела.

3DMark - и немного о графике

Известно, что графика в Bay Trail лучше, чем в процессорах первых двух поколений Core, не говоря уже о старых Atom. Но лучше оно по функциональности - все-таки некоторые ТТХ стали хуже. К примеру, GPU Celeron 877 (и других моделей того поколения) содержит шесть конвееров и работает на тактовой частоте до 1 ГГц, а даже в Pentium J2900 исполнительных устройств лишь четыре и максимальная частота их 896 МГц. Остальные, как и следовало ожидать, еще хуже по частотам: у N2808 речь идет лишь о 792 МГц, Atom Z3735G - 646 МГц, а встраиваемый E3815 не поддерживает Turbo Boost ни в каком виде, так что его GPU работает на стандартной частоте 400 МГц всегда. Теоретическая поддержка DirectX 11 и прочих продвинутых возможностей является именно теоретической по вполне понятным причинам - мы уже не раз убеждались в том, что современные игры слишком тяжелы и для старших модификаций HD Graphics. Младшие, соответственно, хороши только для казуальных игр и подобного, но с ними вполне справляются и старые графические ядра. Кто лучше, а кто хуже - покажут тесты.

Итак, уровень игрушек для планшетов, телефонов, нетбуков и подобного. Как видим, Bay Trail даже в планшетном варианте легко и непринужденно победил Arrandale... и, собственно, все: Sandy Bridge в целом побыстрее. Но вот J2900 уже ощутимо побыстрее, так что переход неттопов на Bay Trail-D - дело полезное. «Физический» балл теста, кстати, как видим сильно зависит от количества ядер и потоков вычисления, так что в какой-то степени может использоваться как процессорный тест.

Аналогичным образом складывается положение дел и при увеличении качества картинки - несмотря на уменьшение количества вычислительных блоков и их частоты, улучшения последних позволяют добиться более высоких результатов.

Тест Cloud Gate по замыслу создателей пакета уже худо-бедно пригоден для сравнения друг с другом младших игровых конфигураций компьютеров. Однако его результаты демонстрируют, что таковой считаться может разве что система на базе ультрабучных Broadwell, да и то с натяжкой, но это мы уже и так знаем . Более важным же сегодняшним выводом является то, что по крайней мере для несложных игр (со сложными у всех все плохо) современные планшеты подходят не хуже, чем самые лучшие нетбуки прошлого.

Итого

В отличие от момента выхода в свет предыдущей статьи , нам уже не так важны результаты синтетических тестов для сравнения архитектур - «настольные» модификации Bay Trail можно протестировать и в равных с прочими процессорами условиях. Интересным было разве что изучение планшетных модификаций Atom, а также сравнение разных типов накопителей, что мы и сделали. Правда, заодно увидели, что сравнивать при помощи PCMark платформы разного времени выхода в свет довольно сложно: слишком уж комплексны входящие в пакет тесты, поскольку он является не процессорным или еще каким тестом узкой направленности (разве что дисковые трассы PCMark 7 - действительно дисковые), а именно что системным. Но такой грубой оценки многим пользователям достаточно. А показывает она то, что планшеты, как ни крути, пока не конкуренты даже относительно старым нетбукам, не говоря уже о новых - причем не только по расширяемости, но и по производительности. Впрочем, и современные модели Bay Trail все равно не слишком убедительно выглядят на фоне старичков, и мы в очередной раз убедились, что переименование части Atom в Celeron и Pentium было явно преждевременным. Вот что́ у Bay Trail, конечно, не отнять - так это низкое энергопотребление и тепловыделение (в результате чего даже «настольный» Pentium J2900 способен легко конкурировать с нетбучными процессорами по TDP), а также крайне низкую себестоимость производства. Впрочем, последнее актуально только для производителей, а вовсе не для конечных покупателей:)

Процессор для планшетов - поговорим о Bay Trail

• Блог компании Intel

Потихоньку подходит к концу 2013 год; новый, 2014, Intel готовится встретить с новым поколением процессоров (точнее, SoC) Atom для мобильных устройств и ПК под кодовым названием Bay Trail. В этом посте мы сравним новые чипы с предыдущим поколением и посмотрим, насколько они продвинулись вперед. Больше всего нас, конечно интересуют потребительские характеристики – насколько лучше и веселее будет нам жить с Bay Trail?

Семейство процессоров Bay Trail состоит из трех групп. Процессоры с буквой N (N3000 -«Pentium» и N2000 -«Celeron») предназначены для ноутбуков, с буквой J (J2000 и J1000) – для настольных ПК. Нас же более всего будут интересовать те, что с буковкой Z – для планшетов. Здесь также имеется две серии: Z3700 – четырехядерники для планшетов под Windows и Android и двухядерные Z3600 для Android планшетов. Все процессора выполнены по 22-нм tri-gate технологии.

Рассмотрим, что представляют из себя процессоры серии Intel Atom Z3000. Их основные характеристики таковы:

• 4 ядра/4 потока, 2 Мб L2 кэша; неупорядоченное (out of order) исполнение инструкций
• Intel Burst (о ней мы поговорим ниже);
• поддержка 64-битных ОС;
• новые для Atom векторные инструкции SSE4.1;
• поддержка двухканальной памяти LPDDR3-1067 (максимум 4 Гб);
• графическое ядро Intel HD Graphics с такой же архитектурой, как и у Intel GPU в процессорах Core, - 4 исполнительных устройства (8 потоков в каждом);
• динамическая частота графического ядра, аппаратное ускорение кодирования/декодирования;
• новые технологии виртуализации и безопасности.

Для наглядности сделаем сравнительную табличку характеристик платформы предыдущего поколения Clover Trail+(Atom Z2760) и Bay Trail. Наиболее принципиальные изменения обведены синим.

Традиционно для этого года, особенно много улучшений мы видим в графической части. Тем более, что она теперь принципиально одинакова для Intel Core и Intel Atom. У графического ядра, разделяющего тепловую мощность с ЦПУ, появился турбо режим. DirectX11 и OpenGL ES 3.0 API теперь доступны и на планшетах! Поддерживаются дисплеи высокого разрешения (вплоть до 2560x1600).

Аппаратное кодирование HD H.264 теперь может выполняться с самыми высокими профилями качества, энергопотребление при этом осталось небольшим. Также частично ускоряется аппаратно кодирование MPEG2. Расширился список аппаратно декодируемых медиа форматов: H.264, VC1, MPEG2, MVC, VP8, MPEG-4/H.263, MJPEG.
Тестирование показало, что аппаратное транскодирование 1080p24@ 23Mbps выполняется при том же качестве на новой платформе Intel в 3 раза быстрее, чем на iPhone 5!

Аппаратная фильтрация шумов - до применения фильтра и после

Подсистема видеовывода имеет гибкую двойную конфигурацию, включающую в себя два цифровых интерфейса DDI.

Для экономии энергии дисплей использует технологию Intel Display Power Saving Technology (Intel DPST) – осветление и улучшение выводимой картинки, за счет которого удается уменьшить яркость подсветки. Уменьшение энергопотребления дисплея в результате составляет 20-50%.

Комбинированный контроллер памяти Bay Trail умеет работать как с DDR3L-RS, так и с LPDDR3. Поддерживается двухканальная память, применяются агрессивные алгоритмы энергосбережения. Пропускная способность памяти в Bay Trail в два раза превышает таковую у Clover Trail!

Сравнение скорости памяти. Здесь (CLT+) = Clover Trail+, BYT = Bay Trail

Новый модуль камеры позволяет снимать видео 1080p60, оснащен цифровым стабилизатором. Разработчикам удалось добиться минимальной задержки при фото съемке. Модуль позволяет подключить две камеры с матрицами от 8 до 13 Мпикс. Сравнение с Clover Trail, очевидно, в пользу нового поколения

Очень много сделано для увеличения энергоэффективности платформы. И на одном из первых мест здесь - технология Intel Burst Technology 2.0 , позволяющая ядрам работать быстрее стандартной рабочей частоты, если при этом не нарушаются эксплуатационные ограничения по температуре, потреблению и т.д. Таким образом, одно ядро может забирать спорадическую нагрузку с других, сокращая общее энергопотребление. В новой версии Intel Burst распределение нагрузки может происходить не только между вычислительными ядрами, но и графическими, а также подсистемой обработки изображения с камеры и дисплеем.
Анимированная диаграмма ниже показывает принцип работы технологии:

Более тонкий техпроцесс, оптимизация архитектуры и новые технологии позволили добиться 2-6.5 кратного увеличения производительности процессора (в зависимости от приложения) при значительном снижении потребления. Это означает, что в 2014 году мы увидим мощные, долгоиграющие мобильные устройства на платформе Intel - по прогнозам разработчиков, реально говорить о 8-10 часах проигрывания видео для Bay Trail.

При подготовке поста использовались материалы IDF 2013, автор - Shreekant (Ticky) Thakkar.

Выбор компьютера 2015. Второе полугодие

Вторая половина 2015 года оказалась довольно насыщенным периодом в IT-индустрии. Из самых знаменательных событий можно выделить анонс семейств процессоров , и , запуск в серию новой настольной платформы , появление высокопроизводительных видеокарт линейки , а также существенное удешевление . Естественно, все это довольно сильно отразилось на рынке комплектующих, поэтому материал в некоторой степени уже потерял свою актуальность. Вместо него в качестве примерного руководства по выбору оптимальной конфигурации предлагаем использовать данную статью.

К сожалению, в который раз приходится констатировать, что многообразие доступных комплектующих на прилавках магазинов - далеко не самая большая проблема при написании материалов подобного рода. Нестабильная политическая и финансовая ситуация в стране также вносит существенные коррективы. В частности, не все новинки в полном объеме и в задекларированный срок попадают на отечественный рынок, а цена на них может меняться по несколько раз в неделю в зависимости от текущего курса национальной валюты. Поэтому для большей объективности в состав конфигураций включены компоненты, представленные хотя бы в нескольких магазинах, а их стоимость указана в долларах.

Правда, есть и положительные моменты. Например, некоторое «железо» дистрибьюторы еще успели закупить при низком курсе и сейчас могут себе позволить продавать его по вполне демократичным ценам. К сожалению, таких случаев не много, тем не менее при выборе комплектующих для ПК не стоит о них забывать.

Кроме того, под конец года наметилась общая тенденция по снижению стоимости комплектов оперативной памяти стандартов DDR3-1333 / 1600 / 1866 и жестких дисков объемом до 3 ТБ, что также позитивным образом отразилось на стоимости многих сборок (особенно начального / среднего уровней). Иными словами, за те же деньги (в долларовом эквиваленте) теперь можно купить чуть более мощный компьютер.

Как и раньше, составляя конфигурации, в первую очередь будет рассматриваться следующий набор компонентов: материнская плата + процессор + видеокарта + оперативная память + накопители + блок питания + система охлаждения + корпус. Остальные комплектующие (монитор, клавиатура, мышка и т.д.) сознательно не включены в список, потому что на их выбор очень влияет субъективный фактор. В таком случае советовать что-то конкретное не совсем правильно.

Также мы по-прежнему будем абстрагироваться от каких-либо брендов, а если где-нибудь и встретятся конкретные названия, то их стоит рассматривать лишь в качестве примера, а не как призыв к покупке. Если же какая-то модель окажется значительно лучше своих аналогов, то, естественно, этот момент будет обязательно отмечен в статье. Все указанные цены мы брали из популярных интернет-магазинов и выводили среднее значение. Вполне возможно, что именно в вашем городе стоимость каких-то компонентов окажется выше или ниже. А как уже было сказано выше, в сегодняшних условиях такая ситуация более чем реальная, особенно если говорить об одних и тех же комплектующих, завезенных на территорию нашей страны в разное время.

В порядке повышения функциональности и стоимости конфигураций будем придерживаться нашего традиционного разделения:

• компьютер для учебы и серфинга в интернете;
• офисный компьютер;
• HTPC;
• HTPC, совмещающий в себе функции мини-ПК;
• домашний компьютер для запуска современных игр на минимальных / низких настройках графики;
• домашний компьютер для запуска современных игр на низких / средних настройках графики;
• домашний компьютер для запуска современных игр на средних / высоких настройках графики;
• домашний компьютер для запуска современных игр на высоких / максимальных настройках графики и в больших разрешениях;
• домашний компьютер для запуска современных игр на ультравысоких настройках графики и в больших разрешениях;
• компьютер для мультимониторных систем и рабочих станций.

Выбор компьютера для учебы и серфинга в интернете

Такие типы систем часто можно встретить в учебных заведениях, библиотеках или на рабочем месте секретаря, в общем, там, где требуется выполнение тривиальных задач. Очевидно, что здесь первоочередным фактором является как можно более низкая конечная стоимость сборки. Озвучивать какие-то конкретные требования к комплектующим нет особой нужды, поскольку сегодня на рынке уже фактически не осталось компонентов, которые не смогли бы справиться с перечисленными выше задачами. Учитывая вышесказанное, предлагаем в первую очередь обратить внимание на энергоэффективные платформы , и .

Платформа Intel Braswell только недавно появилась на рынке. Поэтому вполне логично, что она оказалась чуть дороже, чем остальные варианты. Хотя с другой стороны, она имеет более мощное встроенное графическое ядро и лучшие показатели энергоэффективности. Если для вас эти два фактора окажутся весомыми, то есть смысл доплатить пару долларов и приобрести ПК на основе Intel Braswell. Если же главным критерием является все-таки цена, то тогда нужно смотреть в сторону платформы AMD AM1. Почему не Intel Bay Trail-D? Здесь все просто: «свободный сокет» позволит в будущем легко нарастить производительность системы (напомним, процессоры семейства Intel Bay Trail-D распаяны непосредственно на материнской плате), а графическое ядро AMD Radeon R3 Graphics даже в минимальном варианте демонстрирует лучшие показатели, чем Intel HD Graphics 7-ого поколения.

Что касается остальных компонентов системы, то 2 ГБ оперативной памяти и 160-гигабайтного накопителя с лихвой хватит для озвученных выше задач. В качестве корпуса подойдет любой вариант со встроенным блоком питания. Характеристики последнего не особо важны, поскольку энергопотребление данных сборок не превышает 50 Вт.

Выбор офисного компьютера

К офисному компьютеру, как правило, предъявляются уже большие требования, чем в предыдущем случае. Все-таки работа с таблицами и базами данных, несколько одновременно запущенных приложений - все это требует больше системных ресурсов, а соответственно, и более производительного ПК. Хотя теоретически и здесь в качестве кандидатов можно еще рассматривать энергоэффективные платформы, правда, уже с 4-ядерными процессорами. Но как показывает практика, их производительность на 20-50% ниже бюджетных настольных вариантов, а конечная стоимость сборок получается примерно такой же.

Анализ сегодняшнего рынка комплектующих и выводы, сделанные в прошлом материале, также заставили нас исключить из списка возможных кандидатов платформу . Причина довольно простая: процессоры для данного разъема слишком дорогие и имеют избыточную производительность для офисного ПК. В результате получится сильно несбалансированная и чрезмерно дорогая сборка, от которой вряд ли будут в восторге администраторы разного рода предприятий и учреждений. По той же причине в списке возможных конфигураций отсутствует вариант на основе платформы Socket LGA1151. На сегодняшний день процессоры Intel Celeron из серии Intel Skylake еще не представлены на рынке, а устанавливать в офисный ПК CPU уровня Intel Pentium - слишком дорогое удовольствие. В итоге остается выбор между и .

Стоимость обеих сборок получилась примерно одинаковой, но с точки зрения производительности платформа Socket LGA1150 является более предпочтительным вариантом. В большинстве случаев Intel Celeron G18xx обходит AMD A4-xxxx примерно на 10-30%, а в ресурсоемких задачах разница в быстродействии может и вовсе достигать 50%-ых значений. При этом важно отметить, что следует смотреть только в сторону решений Intel Celeron G1820 / G1830 / . Модель Intel Celeron G1850 стоит неоправданно дорого, при этом не имеет никаких существенных преимуществ.

Выбор HTPC

HTPC или домашний кинотеатр является своеобразным аналогом мультимедийного центра, который должен поддерживать все современные аудио- и видеоформаты, располагать качественным звуковым трактом и цифровыми интерфейсами для передачи сигнала, а также иметь небольшие габариты и низкое энергопотребление. Озвученным требованиям лучше всего отвечают энергоэффективные платформы , и .

В данном случае стоит выбрать уже более мощные процессоры, которые пригодятся при просмотре фильмов высокой четкости и одновременном запуске нескольких приложений. По этим же соображениям объем памяти лучше нарастить до 4 ГБ, а вот скорость ее работы можно оставить на прежнем уровне - 1333 / 1600 МГц. В качестве накопителя предлагаем остановиться на 2-терабайтной модели. Как показывает практика, в подавляющем большинстве случаев ее вполне хватает для комфортной работы с HTPC.

Что касается материнских плат, то очевидно, что ими должны выступать решения формата Mini-ITX с соответствующими медиавозможностями. Энергопотребление таких сборок будет небольшим, поэтому рекомендуем покупать компактный корпус, выполненный в форм-факторе Mini-ITX или Desktop, и внешний адаптер на 80 − 120 Вт. Блоки питания формата SFX / TFX, характеризирующиеся большей мощностью, будут здесь просто невостребованными.

Как видно из таблицы, все три конфигурации обойдутся примерно в одинаковую сумму, поэтому стоит выбирать наиболее функциональный и производительный вариант: либо AMD AM1 (проще поддается модернизации и более мощное графическое ядро), либо Intel Braswell (меньшее энергопотребление, меньше шума из-за использования пассивной системы охлаждения). На платформу Intel Bay Trail-D стоит смотреть только в том случае, если вам попадется очень дешевая материнская плата. Такая ситуация сейчас вполне возможна, поскольку дистрибьюторы будут постепенно избавляться от неликвидного товара.

Выбор HTPC, совмещающего в себе функции мини-ПК

Выше мы привели примеры классического HTPC, каким он задумывался изначально. Однако так уж сложилось, что в понимании большинства пользователей концепция домашнего кинотеатра граничит с образом мини-ПК. Здесь по-прежнему сохраняется основное требование в виде компактности, в то время как понятие «энергоэффективность» отодвигается на второй план.

Ещё совсем недавно среди экспертов бытовало мнение, что компания Intel «проспала» рынок мобильных устройств, промедлив с разработкой соответствующих процессоров и сдав его таким образом чипам с архитектурой ARM без какого-либо серьёзного сопротивления. Однако сегодня со всей уверенностью можно сказать, что те эксперты заблуждались. За последний год Intel совершила очень большой шаг в развитии своей мобильной архитектуры и смогла создать вполне конкурентоспособные платформы для смартфонов и планшетов. Более того, теперь Intel собирается вести себя более агрессивно и сделать разработку и выпуск энергоэффективных процессорных архитектур одним из основных своих приоритетов. Мы даже можем ожидать от микропроцессорного гиганта применения стратегии «тик-так» не только к процессорам для персональных компьютеров, но и в отношении чипов для мобильных устройств.

Процессоры, которые Intel адресует в мобильные устройства, по сути являются дальнейшим развитием линейки Atom, изначально дебютировавшей в дешёвых ноутбуках — нетбуках. Эволюция привела эти классические x86-чипы к тому, что выпущенные Intel в конце 2012 — начале 2013 года и адаптированные для использования в смартфонах модификации с кодовыми именами Clover Trail и Clover Trail+ оказались вполне конкурентоспособны с ARM-продуктами таких производителей, как Qualcomm или NVIDIA. Причём речь тут идёт не только о вычислительной мощности, но и об энергопотреблении. Однако Clover Trail и Clover Trail+ были лишь «пробными шарами», которые базировались на старой микроархитектуре и производились по далеко не самому современному технологическому процессу с 32-нм нормами. Поэтому их популярность оказалась не столь высокой, да и совместимость таких чипов с мобильными операционными системами и программным обеспечением зачастую оставляла желать лучшего.

Однако не слишком бодрый старт мобильных инициатив не сломил Intel, и в конце прошлого года компания перешла в полномасштабное наступление на новый для себя рынок. Для этого было создано целое семейство x86-продуктов нового поколения — системы-на-чипе Bay Trail и Merrifield, нацеленные на планшеты и коммуникаторы соответственно. В них Intel смогла учесть и подправить все слабые места своих предыдущих продуктов, внедрила принципиально новую микроархитектуру и современный технологический процесс. Попутно компания провела огромную работу с создателями операционных систем для адаптации под свои аппаратные компоненты Windows и Android. И результаты не заставили себя ждать. Планшетные компьютеры, построенные на базе нового поколения интеловской системы-на-чипе Bay Trail, сегодня широкодоступны на прилавках магазинов, а среди их производителей значатся такие гранды, как Acer, Asus, Dell, Fujitsu, HP, Lenovo, LG и Toshiba. Появление же в продаже смартфонов, использующих родственную платформу Merrifield, ожидается в самое ближайшее время.

В лаборатории 3DNews сейчас находится один из носителей новой интеловской мобильной платформы, и сегодня же мы познакомим вас с результатами его практического тестирования. Но сперва мы считаем необходимым подробно поговорить о той новой микроархитектуре, которую Intel взялась двигать в мобильные устройства. И в этом материале мы посмотрим на Bay Trail c теоретической точки зрения.

⇡ Bay Trail: тик или так?

Так уж получилось, что новые процессоры Atom, которые дают старт интеловской активной экспансии в мобильные устройства, представляют собой квинтэссенцию новых технологий. Они служат отправной точкой в интенсифицированном подходе к разработке новых продуктов и сразу привносят в системы-на-чипе для мобильных устройств и свежий техпроцесс с 22-нм нормами, и новую микроархитектуру Silvermont. Необходимость полного пересмотра всего старого наследия Atom идёт из того, что до недавних пор эти процессоры позиционировались исключительно как решения для маломощных и максимально удешевлённых вычислительных систем, а потому их совершенствование выполнялось инженерами Intel по остаточному принципу. Забавно, но появившийся в начале 2013 года интеловский чип для мобильных устройств Clover Trail+ базировался на микроархитектуре Saltwell, которая очень похожа на Bonnell, разработанную в 2004 году и внедрённую в Atom в 2008-м. Для изготовления же таких процессоров применялся 32-нм процесс, который был освоен Intel в 2010-м.

Нет никаких сомнений в том, что с такими вводными добиться достойного положения на новом для себя рынке Intel было бы непросто. Поэтому отношение к разработке процессоров Atom, которые приобрели новые «высокие» цели, было кардинально пересмотрено. Новая «атомная» микроархитектура Silvermont должна теперь органично вписываться не только в маломощные персональные компьютеры, которые сейчас отошли даже не на второй, а на третий план, но и в широкий спектр разнообразных высокотехнологичных продуктов: начиная с бортовых автомобильных компьютеров и высокоплотных серверов и заканчивая гаджетами и носимой электроникой.

Но главная цель для обновлённого Atom — это, несомненно, мобильные устройства: смартфоны и планшетные компьютеры. Именно поэтому Bay Trail настолько нам интересен — на самом деле это принципиально новый процессор, родство которого со старыми Atom можно увидеть разве только в названии.

Перспективный план по развитию микроархитектуры Atom предполагает, что Intel поменяет Silvermont на Airmont в текущем году — и это обновление будет «тиком», то есть внедрением нового техпроцесса с 14-нм нормами без кардинальных изменений в дизайне. Затем же, в 2015 году, ожидается следующий виток в развитии Atom — Goldmont. В нём техпроцесс останется тем же, но изменится микроархитектура, то есть произойдёт «так». Что же касается самого Silvermont, то очевидно, что этот дизайн представляет собой и «тик» и «так» одновременно, поскольку в нём обновление затронуло и техпроцесс, и микроархитектуру.

Технологический процесс с 22-нм нормами, по которому производятся представители рода Silvermont, в том числе и интересующий нас в первую очередь Bay Trail, несколько отличается от того техпроцесса, который лежит в основе Ivy Bridge и Haswell. Разница в том, что применяемый для изготовления процессоров для персональных компьютеров 22-нм техпроцесс с трёхмерными транзисторами P1270 оптимизирован для высоких частот, но не для установки в ультрапортативные устройства. Поэтому новые Atom производятся по несколько иному техпроцессу P1271, который специально предназначен для низковольтных систем-на-чипе. В целом технология точно та же, и в основе Bay Trail лежат полупроводниковые устройства, построенные на 22-нм трёхмерных транзисторах. Однако эти транзисторы имеют более низкие пороговые напряжения, что позволяет снизить токи утечки и увеличить их энергоэффективность. Это немного уменьшает частоту переключения транзисторов, однако для Silvermont низкое потребление стоит на первом месте.

Кроме того, процесс P1271 гораздо более гибок. Он позволяет использовать различное количество металлических слоёв межсоединений для оптимизации стоимости, а также допускает добавление на кристалл отдельных участков с транзисторами с увеличенной толщиной оксида и более высокими сигнальными напряжениями для реализации схем ввода-вывода и внешних интерфейсов.

Никаких аналогов не имеет и сама микроархитектура Silvermont. В то время как современные версии микроархитектуры Core уже вполне успешно втискиваются в тепловые пакеты менее 10 Вт, Silvermont решает более сложную задачу. Эта специальная энергоэффективная микроархитектура должна открыть перед процессорами Atom дверь туда, куда Core попасть никак не могут: в такие места, где предельное тепловыделение ограничивается сотнями милливатт, где имеется совсем небольшое свободное пространство для размещения чипа и его охлаждения и где использование дорогостоящих полупроводниковых кристаллов нерационально. Иными словами, Silvermont — это компромиссная маломощная микроархитектура, реализованная с помощью достаточно небольшого транзисторного бюджета и способная работать при очень низких напряжениях питания. Однако при этом она должна обеспечивать достойный уровень производительности. При проектировании Silvermont перед разработчиками ставилась задача кратного превосходства в быстродействии над процессорами Atom прошлого поколения с микроархитектурой Saltwell (Clover Trail и Clover Trail+), в особенности при малопоточной нагрузке. И эта задача была успешно решена…

⇡ Silvermont: подробности о микроархитектуре

С внедрением микроархитектуры Silvermont мир Atom изменился кардинально. Наконец эти энергоэффективные процессоры и системы-на-чипе получили гораздо более актуальное в современных условиях внеочередное исполнение инструкций. Все предшествующие Atom выполняли инструкции исключительно последовательно, что порождало ненужные простои планировщика и исполнительных устройств в ожидании данных. В Silvermont же заложена возможность изменения порядка следования инструкций на этапе их подготовки. Конечно, переход на внеочередное исполнение добавил в конструкцию процессорного ядра дополнительную сложность, однако конкуренты Intel давно продемонстрировали, что энергоэффективные дизайны с внеочередным исполнением — вполне здравая идея. Например, подобный подход успешно применяется в AMD Jaguar, ARM Cortex-A15, Qualcomm Krait и прочих. Таким образом, с архитектурной точки зрения Silvermont ликвидирует своё принципиальное отставание от процессорных дизайнов других разработчиков и повышает темп исполнения потока инструкций.

Правда, переход на внеочередное исполнение команд в Atom потребовал от Intel пожертвовать технологией Hyper-Threading. Ранее, в вариантах Atom с последовательным исполнением команд, Hyper-Threading помогала загружать исполнительные устройства, простаивающие в ожидании поступления очередных инструкций на исполнение. Теперь же аналогичная задача решается через внеочередное исполнение. В Silvermont имеется достаточно небольшое количество исполнительных устройств, и одновременное сосуществование внеочередного исполнения и Hyper-Threading, которое есть, например, в процессорах семейства Core, приводит к ухудшению пропускной способности ядра.

Поэтому для обеспечения модного нынче высокого параллелизма Intel приходится опираться на увеличение количества физических ядер. Основной структурной единицей в Silvermont является двухъядерный модуль, укомплектованный разделяемой на два ядра кеш-памятью второго уровня объёмом до 1 Мбайт, которая отличается низкой латентностью. И хотя Intel говорит, что ядра в модуле неразрывно связаны, и использует почти ту же терминологию, что и AMD в отношении своих Bulldozer, на самом деле вычислительные ядра независимы и пользуются лишь общим L2-кешем. Процессорные дизайны, построенные на Silvermont, предполагают возможность сожительства на одном полупроводниковом кристалле до четырёх модулей. Иными словами, современные Atom с микроархитектурой Silvermont могут иметь от двух до восьми вычислительных ядер. Системы-на-чипе Bay Trail, нацеленные на использование в планшетных компьютерах, на данный момент существуют в виде двухъядерных и четырёхъядерных модификаций. Это означает, что количество исполняемых одновременно потоков в Bay Trail по сравнению с Clover Trail и Clover Trail+ не изменилось: ранее процессоры Atom для коммуникаторов и планшетов имели максимум два ядра, но при этом обладали технологией Hyper-Threading.

Дополнительные возможности по обеспечению параллелизма в обработке данных внесены в Silvermont на уровне системы команд. Разработчики Intel привели её к более современному виду, обеспечив схожесть в поддерживаемых наборах SIMD-инструкций с десктопными процессорами поколения Westmere. В новом поколении микроархитектуры процессоров Atom появилась совместимость с SSE 4.1 и SSE 4.2, а также с криптографическими инструкциями набора AES-NI. Команды AVX, к сожалению, в Silvermont не поддерживаются, но в этом нет ничего удивительного — с учетом миссии этой микроархитектуры. Зато в ней включена расширенная виртуализация класса VT-x второго поколения (с поддержкой Extended Page Tables), которая нужна в первую очередь для серверных носителей дизайна Atom. Ну и естественно, Silvermont имеет полноценную поддержку 64-битности. Ранее Intel отключала 64-битные расширения в моделях Atom, рассчитанных на мобильные устройства, но с внедрением новой микроархитектуры эта практика больше не будет применяться. Любые процессоры с вычислительными ядрами Silvermont способны на аппаратном уровне исполнять 64-битный код.

Стоит подчеркнуть, что взаимодействие двухпроцессорных модулей с микроархитектурой Silvermont осуществляется при помощи новой высокоскоростной внутренней шины IDI (in-die interconnect), а не через фронтальную шину, как ранее. Она использует такой же протокол, как и Ring Bus в «больших» процессорах, но имеет топологию точка-точка. Эта шина соединяет модули с системным агентом, через который происходит взаимодействие между ядрами и обмен данными процессорной части со внешними контроллерами (памяти, графики и прочими).

Говоря о микроархитектуре на более глубоком уровне, начать следует с того, что Silvermont — это ядро, разработанное с нуля, а не переработка предыдущих вариантов «атомной» микроархитектуры Saltwell. Хотя в некоторых аспектах Silvermont похож на Saltwell, например в части размера кеша первого уровня (32 Кбайт — для инструкций и 24 Кбайт — для данных), на самом деле — это простые совпадения. Самым главным таким «совпадением» выступает тот факт, что Silvermont продолжает придерживаться принципа исполнения макроинструкций. Большинство x86-процессоров на этапе декодирования разбивают x86-команды на более простые микроинструкции, однако микроархитектура Silvermont предполагает «чистую» работу с x86-инструкциями в их первозданном виде. На составляющие разбиваются лишь особенно сложные операции, количество которых по сравнению с предыдущими вариантами микроархитектуры заметно сократилось.

В целом же блок-схема исполнительного ядра Silvermont выглядит следующим образом.

Блок-схема исполнительного ядра Silvermont

Входная часть исполнительного конвейера Silvermont рассчитана на декодирование двух инструкций за такт. Это ровно столько же, сколько теоретически могли обслуживать процессоры Atom прошлого поколения, и в два — два с половиной раза меньше пропускной способности декодера современных вариантов микроархитектуры Core. Однако входная часть исполнительного конвейера Silvermont в целом более эффективна, чем у предыдущих Atom, основанных на микроархитектуре Saltwell. Добиться этого удалось главным образом за счёт улучшения в Silvermont результативности предсказания переходов. В новой микроархитектуре соответствующие буферы приобрели большую вместимость, появилась логика для предсказания косвенных переходов, а также было улучшено детектирование в коде циклов. Попутно несколько изменилась организация вмещающей 32 макрооперации очереди декодированных инструкций, при полном наполнении которой стало возможным отключение блоков выборки и декодирования для экономии энергии.

Набор исполнительных устройств, которым располагает микроархитектура Silvermont, был также пересмотрен — с той целью, чтобы способность процессора обрабатывать по две инструкции за такт сохранялась на всём протяжении конвейера. Текущая реализация имеет два исполнительных порта, что позволяет проводить по две базовые арифметико-логические операции одновременно. Но для всех остальных вариантов инструкций, включая сдвиги, битовые операции, работу с адресами и прочее, предусматривается выполнение лишь на одном из устройств.

Большое внимание в Silvermont уделено ускорению блока операций с плавающей точкой. В целом этот блок расширен до 128 бит, но операции умножения всё ещё выполняются лишь 64-битными частями. Впрочем, даже несмотря на этот изъян, производительность нового FPU для своих целей более чем достаточна.

Немаловажно, что в Silvermont стали поддерживаться внеочередные пересылки данных. При этом, несмотря на наличие в структуре ядра лишь одного блока AGU, загрузки и выгрузки данных могут быть выполнены параллельно. В числе нововведений нельзя не упомянуть и увеличение размеров TLB (буферов ассоциативной трансляции), что также положительно сказалось на скорости операций с памятью.

Большим плюсом внеочередного исполнения инструкций стало сокращение длины исполнительного конвейера для тех команд, которые не нуждаются в обращении к кеш-памяти. Теперь некоторые этапы конвейера стало возможным пропускать, что не только увеличивает темп исполнения, но и позволяет ослабить негативный эффект ошибок в предсказании переходов. Протяжённость конвейера Saltwell для базовых целочисленных и логических операций составляла 16 стадий, в Silvermont же аналогичные инструкции исполняются за 14-17 шагов — в зависимости от типа операции. При этом в случае неправильных предсказаний переходов в Silvermont приходится откатывать назад всего 10 стадий, в то время как аналогичный штраф у предыдущего варианта микроархитектуры доходил до 13 стадий конвейера.

В целом Intel говорит о том, что с точки зрения теории пропускная способность ядра с микроархитектурой Silvermont в сравнении с Saltwell на одинаковой тактовой частоте улучшилась примерно на 50 процентов. В реальных продуктах этот выигрыш, безусловно, будет просуммирован с возросшими тактовыми частотами и большим количеством ядер новинок. Иными словами, кратное улучшение производительности в процессорах Bay Trail — отнюдь не маркетинговая завлекалка. На фоне того, что в мире процессоров Core новые поколения микроархитектуры приносят прирост быстродействия лишь на уровне единиц процентов, такой прирост кажется какой-то фантастикой, но благодаря этому мы можем хорошо прочувствовать то рвение, с которым Intel взялась за завоевание рынка процессоров для мобильных устройств.

⇡ Графическое ядро

Так как Bay Trail — это не обычный и даже не гибридный процессор, а высокоинтегрированная система-на-чипе, она, помимо вычислительных ядер, включает и массу других компонентов. Важнейшим из них является графическое ядро. В общем случае вычислительные ядра Silvermont в различных вариантах процессоров Atom могут сожительствовать с различными графическими ядрами, в том числе и с не интеловскими, а PowerVR разработки Imagination Technologies. Однако в интересующей нас в рамках этого материала модификации Bay Trail, нацеленной на планшеты, используется исключительно графический ускоритель Intel HD Graphics.

Следует подчеркнуть, что введение в интеловские Atom для мобильных устройств интеловского графического ядра — изменение не менее серьёзное, чем внедрение новой микроархитектуры Silvermont. В Atom прошлого поколения (Clover Trail и Clover Trail+) Intel интегрировала ядра семейства PowerVR SGX, которые получали порой не слишком лестные отзывы. Но теперь у Intel есть и свои достаточно неплохие GPU, которые, в частности, применяются в процессорах Core для персональных компьютеров. Потому компания решила перейти на собственные разработки и в процессорах для планшетов. Графическое ядро Intel HD Graphics, которое устанавливается в системы-на-чипе семейства Bay Trail, — прямой родственник HD Graphics седьмого поколения, применяющегося в процессорах Ivy Bridge. Разница есть лишь только в мощности — то есть в частотах и количестве исполнительных устройств. Более глубоких различий между GPU в Bay Trial и Ivy Bridge нет, и это означает, что в новых Atom, нацеленных на планшеты, появилась поддержка программных интерфейсов DirectX 11 и OpenGL ES 3.0.

Что же касается скоростных характеристик, то в Bay Trail графическое ядро HD Graphics существенно упрощено. В то время как варианты графического ускорителя GT1 и GT2 в Ivy Bridge располагают 6 или 16 исполнительными устройствами, в GPU Bay Trail их только четыре. Снижены и частоты: самая быстрая версия графики в Bay Trail имеет максимальную частоту 688 МГц. Впрочем, даже в такой конфигурации графика Bay Trail по меркам мобильных устройств вполне производительна. Она превосходит по скорости Adreno 320 (которое присутствует в различных процессорах Qualcomm, например в Snapdragon 600) и выдаёт быстродействие на уровне Tegra 4. Этого вполне хватает для того, чтобы Intel могла заявить поддержку экранов с разрешением вплоть до 2560x1600.

Блок-схема графического ядра Bay Trail

Перекочевал из Ivy Bridge в Bay Trail и привычный интеловский медиадвижок. Новыми Atom поддерживается аппаратное декодирование популярных форматов видео: MPEG2, H.264, VC1, VP8 и MVC. Причём речь идёт не только о Full HD-контенте, но и о 4K-разрешениии с битрейтом до 100 Мбит/с. И что ещё более неожиданно и приятно, есть в Bay Trail и технология Quick Sync, которая предназначена для быстрого аппаратного кодирования видео в формат H.264, не требующего значительных затрат энергии.

Подсистема видеовывода Bay Trail имеет гибкую двойную конфигурацию, включающую в себя два цифровых интерфейса DDI. Иными словами, могут поддерживаться конфигурации с двумя экранами: одним — с максимальным разрешением 2560x1600 и вторым — с разрешением до 1920x1080. Один из этих экранов вполне может быть и внешним, подключаемым через порт HDMI 1.4 или DisplayPort 1.2.

Для экономии энергии, тратящейся на подсветку дисплея, Intel предлагает использовать специальную фирменную технологию Display Power Saving Technology (Intel DPST). Её суть состоит в осветлении выводимой картинки, за счет которого можно уменьшить яркость подсветки. Уменьшение энергопотребления дисплея планшетного компьютера при применении такого подхода может достигать 20-50 %.

Претерпел существенные изменения и имеющийся в системе-на-чипе контроллер камеры, которым Intel снабжает свои версии Atom, нацеленные на использование в мобильных устройствах. Новая версия этого модуля, разработанная компанией Silicon Hive (поглощённой Intel в 2011 году), позволяет снимать видео с разрешением 1080p с частотой 60 кадров в секунду, плюс она оснащена аппаратным цифровым стабилизатором, обеспечивающим четырёхосевую стабилизацию (с компенсацией вращений). При этом разработчикам удалось добиться минимальных задержек при съёмке, даже несмотря на работу в реальном времени алгоритмов корректировки экспозиции, баланса белого и фокуса. Модуль может обслуживать одну камеру с разрешением до 24 Мп или две камеры с матрицами от 8 до 13 Мп, причём в последнем случае они могут работать в том числе и одновременно.

⇡ Контроллер памяти

Хорошо известно, что мощная графика требует наличия подсистемы памяти с высокой пропускной способностью. Поэтому в системах-на-чипе Bay Trail контроллер памяти получил, наконец, долгожданную поддержку двухканальных 128-битных конфигураций. А это означает, что по сравнению с предыдущими процессорами Atom для планшетных компьютеров изменилось практически всё, ведь помимо двухканальности добавилась ещё и совместимость с современными типами памяти: DDR3L-RS и LPDDR3. Допустимые частоты работы памяти лежат в пределах от 800 до 1333 МГц, что означает двукратное превосходство по пропускной способности не только перед Clover Trail и Clover Trail+, но и перед контроллерами памяти процессоров с архитектурой ARM.

Пиковая пропускная способность различных вариантов подсистемы памяти

Правда, среди модификаций Bay Trail есть и те, что работают с одноканальной памятью. Но даже несмотря на это, подсистема памяти у новых Atom гораздо прогрессивнее, чем у старых. Использование системного агента и внутрипроцессорной шины IPI позволило значительно уменьшить латентности при работе процессора с памятью. Меньшую, чем раньше, латентность имеет и новый кеш второго уровня.

В максимальных двухканальных конфигурациях предельный объём поддерживаемой в системах-на-чипе Bay Trail памяти составляет 4 Гбайт. В модификациях же с одноканальным контроллером он, соответственно, вдвое меньше.

⇡ Турборежим и энергосбережение

Как микросхема, ориентированная на работу в составе планшетных компьютеров, Bay Trail просто обязана располагать мощным арсеналом технологий для управления энергопотреблением и тепловыделением. Поэтому совершенно неудивительно, что его основные структурные единицы могут динамически изменять свою частоту и напряжение питания в соответствии с имеющейся нагрузкой. При этом предусматривается не только снижение частот ядер в моменты простоя, но и возможность их значительного увеличения, если при этом не нарушаются эксплуатационные ограничения по температуре и энергопотреблению.

Несмотря на то, что общий принцип работы данной технологии авторазгона аналогичен Turbo Boost из процессоров Core, Intel не использует этот термин для Bay Trail. Объясняется это тем, что подобная технология в «больших» процессорах гибче, так как позволяет подстраивать параметры подсистемы питания более тонко. Для планшетных же чипов аналогичная технология получила собственное название Intel Burst Technology 2.0, и её уникальность заключается в том, что она применяется не только к вычислительным и графическому ядру, но и в равной степени и к другим компонентам системы-на-чипе, в частности к модулю камеры или к дисплейному блоку. Кроме того, Burst Technology 2.0 работает целиком на аппаратном уровне и не требует никакого участия со стороны операционной системы.

Пример изменения тактовой частоты узлов Bay Trail

Следует заметить, что хотя ядра в Bay Trail скомпонованы в двухъядерные модули, их частоты могут изменяться отдельно. Разделяемая кеш-память при этом работает на частоте наиболее быстрого ядра из пары.

Немалое внимание уделено и энергосбережению. Многие компоненты системы-на-чипе, занимающие на полупроводниковом кристалле значительную площадь и генерирующие заметный на общем фоне тепловой поток, либо имеют выделенные линии питания, либо способны отключаться от общих линий. Это позволяет снижать тепловыделение и энергопотребление процессора в отсутствие интенсивной нагрузки — в любой удобный момент простаивающие части Bay Trail обесточиваются.

Более того, в состоянии простоя планшетный Atom способен отключаться от питания практически полностью, приближая своё потребление к нулевому уровню. В Bay Trail Intel дополнительно реализовала аналогичное имеющемуся в Haswell состояние «активного простоя» — S0ix. Вход и выход из него происходит очень быстро. Это состояние, при условии поддержки со стороны операционной системы, позволяет отправлять процессор в сон предельно часто, например даже в моменты между нажатиями клавиш на клавиатуре.

Есть в платформе Bay Trail и поддержка технологии InstantGo, ранее известной под именем Microsoft Connected Standby. Она позволяет системе фоново обновлять данные приложений из всемирной сети в то время, когда сам планшет находится в режиме сна. Затраты энергии при этом остаются крайне низкими, позволяя поддерживать актуальность спящей системы в течение 2-3 недель без подзарядки батареи.

⇡ Всё прочее

Всё, о чём говорилось выше, касалось главным образом процессорной и «северной» части Bay-Trail. Но так как это полноценная система-на-чипе, в неё также интегрирован и набор контроллеров, который мы привыкли видеть в составе южных мостов. Все такие контроллеры ввода-вывода взаимодействуют с системным агентом, служащим коммутационным центром Bay Trail, посредством специальной внутренней шины I/O Fabric, похожей на DMI и работающей по протоколу PCI Express. Использование такой шины со стандартизированным протоколом при желании позволяет Intel без особого труда изменять подмножество подключаемых контроллеров и тем самым достигать гибкости конфигурирования системы-на-чипе.

Блок-схема системы-на-чипе Bay Trail

Существующая реализация Bay Trail располагает вполне стандартным набором интерфейсных контроллеров, характерных как для персональных компьютеров, так и для мобильных устройств. Самым интересным среди них, пожалуй, следует признать контроллер портов USB 3.0, реализующий самый скоростной внешний интерфейс Bay Trail. Порты USB 3.0, кстати, поддерживают спецификацию USB On-The-Go — это значит, что системы на базе Bay Trail могу т выступать не только в роли клиента, но и как хост.

Между тем в планшетных чипах Bay Trail нет многих интерфейсов, привычных для пользователей персональных компьютеров . В частности, ими не поддерживается ни интерфейс SATA, ни линии PCI Express. И это создаёт некие ограничения, так как никаких чипов-компаньонов в платформе Bay Trail обычно не предусматривается. Например, устройства хранения пользовательских данных в планшетах, базирующихся на Bay Trail, могут подключаться лишь по интерфейсу eMMC, не самому скоростному, но зато простому в реализации . При этом возможности штатных накопителей могут быть расширены лишь за счёт дополнительных SD/MMC-карт, их поддержка в системе-на-чипе реализована.

⇡ Серия Atom Z3000

К настоящему моменту компания Intel анонсировала шесть различных модификаций Bay Trail, нацеленных на использование в планшетных компьютерах. Все они относятся к серии Atom Z3000, представляющей собой семейство систем-на-чипе с архитектурой x86, в которых на едином полупроводниковом кристалле интегрированы процессорные ядра, GPU, контроллер памяти и интерфейсы ввода-вывода.

Полупроводниковый кристалл Bay Trail

Четыре процессора этой линейки — Z3700 — оснащены четырьмя вычислительными ядрами Silvermont и два — Z3600 — это двухъядерные модификации. Два процессора из представленных моделей имеют двухканальный контроллер памяти и поддерживают до 4 Гбайт, а остальные работают с одноканальной памятью.

Intel позиционирует линейку Atom Z3000 в качестве основы для планшетов и систем класса «два в одном» с экранами с диагональю от 7 до 11 дюймов и стоимостью от $200 до $600. Следует заметить, что верхний предел стоимости пересекается с ценами младших планшетных компьютеров с ультраэкономичными Haswell, но Intel это не смущает, так как у этих устройств различаются характеристики мобильности.

Структурная схема кристалла Bay Trail

В следующей таблице приведены характеристики доступных на рынке систем-на-чипе Bay Trail для планшетных компьютеров:

Серия процессоров Atom Z3000 может использоваться в устройствах, работающих как под Android, так и под Windows 8.1. В момент запуска Bay Trail в конце прошлого года наблюдались программные проблемы с работой 64-битных версий ОС, но к настоящему моменту они все решены. Впрочем, 64-битность в случае «атомных» систем — скорее маркетинговый аргумент, так как более 4 Гбайт памяти в такие платформы установлено быть не может в принципе.

И в заключение остаётся только напомнить, что рыночная экспансия Bay Trail не ограничивается одной только серией процессоров Atom Z3000. Этот же процессорный дизайн используется и во многих других системах-на-чипе, ориентированных как на недорогие настольные или мобильные компьютеры, так и на серверные системы, интернет вещей или коммуникаторы. Однако всё это — тема отдельного рассказа. Что же касается конкретно вариантов Bay Trail для планшетов, то пора подводить итоги.

⇡ Выводы

Появление интеловских систем-на-чипе поколения Bay Trail действительно способно изменить расстановку сил на рынке платформ для планшетных компьютеров. Дизайн этих процессоров представляет собой огромный шаг вперёд по сравнению с тем, что Intel могла предложить для данного рыночного сегмента ранее. Фактически можно вести речь о том, что компании одним махом удалось создать решение, как минимум не уступающее по своим характеристикам платформам для планшетных компьютеров, которые предлагают прочие производители. Выпуск Bay Trail значит для рынка планшетов примерно то же, что в своё время значил для настольных систем выпуск процессоров Conroe.

Впрочем, несмотря на то, что Bay Trail — это, безусловно, отличная система-на-чипе для своих целей, мы пока не можем сказать со всей уверенностью, что Intel легко удастся подмять под себя весь рынок планшетных компьютеров. Уж слишком поздно у этого производителя появилась такая замечательная микросхема. К настоящему времени этот рынок поделен между другими игроками, и для начала Intel потребуется отвоевать позиции у многочисленных конкурентов, среди которых есть весьма непростые соперники вроде Apple, Samsung или Qualcomm. Соответственно, успех этой операции будет зависеть от массы факторов, которые не ограничиваются реальной производительностью и энергопотреблением процессоров Atom Z3700. Очевидно, Intel также придётся включиться в жестокую ценовую войну и придумать какие-то маркетинговые программы, которые должны будут заинтересовать разработчиков готовых решений. Иными словами, Intel на рынке систем-на-чипе для мобильных устройств ожидает непростая и, несомненно, продолжительная борьба.

Тем не менее выпуском Bay Trail компания Intel положила хорошее начало своему массированному наступлению на рынок поставщиков платформ для мобильных устройств. И теперь главное для нее — постараться не упускать инициативу, своевременно обновляя в целом очень удачный дизайн. Имеющиеся планы говорят о том, что Intel попытается держать хороший темп ввода инноваций, однако как оно получится на самом деле — покажет время. Мы же, со своей стороны, будем пристально следить за тем, каких реальных успехов удастся добиться Intel со своим семейством процессоров Atom Z3000 и следующими за ними моделями. Пока множество продуктов на их основе не так уж и велико, однако среди них есть очень интересные и соблазнительные варианты, число которых растёт стремительными темпами. Поэтому, если в один прекрасный момент процессоры семейства Bay Trail либо их последователи Cherry Trail или Willow Trail вдруг пропишутся в составе каких-нибудь Apple iPad, Google Nexus или Samsung Galaxy Tab, наше удивление будет не слишком сильным. Ну а пока мы познакомим вас с планшетом Dell Venue 8 Pro , построенным на базе процессора Bay Trail.

Ещё совсем недавно среди экспертов бытовало мнение, что компания Intel «проспала» рынок мобильных устройств, промедлив с разработкой соответствующих процессоров и сдав его таким образом чипам с архитектурой ARM без какого-либо серьёзного сопротивления. Однако сегодня со всей уверенностью можно сказать, что те эксперты заблуждались. За последний год Intel совершила очень большой шаг в развитии своей мобильной архитектуры и смогла создать вполне конкурентоспособные платформы для смартфонов и планшетов. Более того, теперь Intel собирается вести себя более агрессивно и сделать разработку и выпуск энергоэффективных процессорных архитектур одним из основных своих приоритетов. Мы даже можем ожидать от микропроцессорного гиганта применения стратегии «тик-так» не только к процессорам для персональных компьютеров, но и в отношении чипов для мобильных устройств.

Процессоры, которые Intel адресует в мобильные устройства, по сути являются дальнейшим развитием линейки Atom, изначально дебютировавшей в дешёвых ноутбуках - нетбуках. Эволюция привела эти классические x86-чипы к тому, что выпущенные Intel в конце 2012 - начале 2013 года и адаптированные для использования в смартфонах модификации с кодовыми именами Clover Trail и Clover Trail+ оказались вполне конкурентоспособны с ARM-продуктами таких производителей, как Qualcomm или NVIDIA. Причём речь тут идёт не только о вычислительной мощности, но и об энергопотреблении. Однако Clover Trail и Clover Trail+ были лишь «пробными шарами», которые базировались на старой микроархитектуре и производились по далеко не самому современному технологическому процессу с 32-нм нормами. Поэтому их популярность оказалась не столь высокой, да и совместимость таких чипов с мобильными операционными системами и программным обеспечением зачастую оставляла желать лучшего.

Однако не слишком бодрый старт мобильных инициатив не сломил Intel, и в конце прошлого года компания перешла в полномасштабное наступление на новый для себя рынок. Для этого было создано целое семейство x86-продуктов нового поколения - системы-на-чипе Bay Trail и Merrifield, нацеленные на планшеты и коммуникаторы соответственно. В них Intel смогла учесть и подправить все слабые места своих предыдущих продуктов, внедрила принципиально новую микроархитектуру и современный технологический процесс. Попутно компания провела огромную работу с создателями операционных систем для адаптации под свои аппаратные компоненты Windows и Android. И результаты не заставили себя ждать. Планшетные компьютеры, построенные на базе нового поколения интеловской системы-на-чипе Bay Trail, сегодня широкодоступны на прилавках магазинов, а среди их производителей значатся такие гранды, как Acer, Asus, Dell, Fujitsu, HP, Lenovo, LG и Toshiba. Появление же в продаже смартфонов, использующих родственную платформу Merrifield, ожидается в самое ближайшее время.

И в этом материале мы посмотрим на Bay Trail c теоретической точки зрения.

Bay Trail: тик или так?

Так уж получилось, что новые процессоры Atom, которые дают старт интеловской активной экспансии в мобильные устройства, представляют собой квинтэссенцию новых технологий. Они служат отправной точкой в интенсифицированном подходе к разработке новых продуктов и сразу привносят в системы-на-чипе для мобильных устройств и свежий техпроцесс с 22-нм нормами, и новую микроархитектуру Silvermont. Необходимость полного пересмотра всего старого наследия Atom идёт из того, что до недавних пор эти процессоры позиционировались исключительно как решения для маломощных и максимально удешевлённых вычислительных систем, а потому их совершенствование выполнялось инженерами Intel по остаточному принципу. Забавно, но появившийся в начале 2013 года интеловский чип для мобильных устройств Clover Trail+ базировался на микроархитектуре Saltwell, которая очень похожа на Bonnell, разработанную в 2004 году и внедрённую в Atom в 2008-м. Для изготовления же таких процессоров применялся 32-нм процесс, который был освоен Intel в 2010-м.

Нет никаких сомнений в том, что с такими вводными добиться достойного положения на новом для себя рынке Intel было бы непросто. Поэтому отношение к разработке процессоров Atom, которые приобрели новые «высокие» цели, было кардинально пересмотрено. Новая «атомная» микроархитектура Silvermont должна теперь органично вписываться не только в маломощные персональные компьютеры, которые сейчас отошли даже не на второй, а на третий план, но и в широкий спектр разнообразных высокотехнологичных продуктов: начиная с бортовых автомобильных компьютеров и высокоплотных серверов и заканчивая гаджетами и носимой электроникой.

Но главная цель для обновлённого Atom - это, несомненно, мобильные устройства: смартфоны и планшетные компьютеры. Именно поэтому Bay Trail настолько нам интересен - на самом деле это принципиально новый процессор, родство которого со старыми Atom можно увидеть разве только в названии.

Перспективный план по развитию микроархитектуры Atom предполагает, что Intel поменяет Silvermont на Airmont в текущем году - и это обновление будет «тиком», то есть внедрением нового техпроцесса с 14-нм нормами без кардинальных изменений в дизайне. Затем же, в 2015 году, ожидается следующий виток в развитии Atom - Goldmont. В нём техпроцесс останется тем же, но изменится микроархитектура, то есть произойдёт «так». Что же касается самого Silvermont, то очевидно, что этот дизайн представляет собой и «тик» и «так» одновременно, поскольку в нём обновление затронуло и техпроцесс, и микроархитектуру.

Технологический процесс с 22-нм нормами, по которому производятся представители рода Silvermont, в том числе и интересующий нас в первую очередь Bay Trail, несколько отличается от того техпроцесса, который лежит в основе Ivy Bridge и Haswell. Разница в том, что применяемый для изготовления процессоров для персональных компьютеров 22-нм техпроцесс с трёхмерными транзисторами P1270 оптимизирован для высоких частот, но не для установки в ультрапортативные устройства. Поэтому новые Atom производятся по несколько иному техпроцессу P1271, который специально предназначен для низковольтных систем-на-чипе. В целом технология точно та же, и в основе Bay Trail лежат полупроводниковые устройства, построенные на 22-нм трёхмерных транзисторах. Однако эти транзисторы имеют более низкие пороговые напряжения, что позволяет снизить токи утечки и увеличить их энергоэффективность. Это немного уменьшает частоту переключения транзисторов, однако для Silvermont низкое потребление стоит на первом месте.

Кроме того, процесс P1271 гораздо более гибок. Он позволяет использовать различное количество металлических слоёв межсоединений для оптимизации стоимости, а также допускает добавление на кристалл отдельных участков с транзисторами с увеличенной толщиной оксида и более высокими сигнальными напряжениями для реализации схем ввода-вывода и внешних интерфейсов.

Никаких аналогов не имеет и сама микроархитектура Silvermont. В то время как современные версии микроархитектуры Core уже вполне успешно втискиваются в тепловые пакеты менее 10 Вт, Silvermont решает более сложную задачу. Эта специальная энергоэффективная микроархитектура должна открыть перед процессорами Atom дверь туда, куда Core попасть никак не могут: в такие места, где предельное тепловыделение ограничивается сотнями милливатт, где имеется совсем небольшое свободное пространство для размещения чипа и его охлаждения и где использование дорогостоящих полупроводниковых кристаллов нерационально. Иными словами, Silvermont - это компромиссная маломощная микроархитектура, реализованная с помощью достаточно небольшого транзисторного бюджета и способная работать при очень низких напряжениях питания. Однако при этом она должна обеспечивать достойный уровень производительности. При проектировании Silvermont перед разработчиками ставилась задача кратного превосходства в быстродействии над процессорами Atom прошлого поколения с микроархитектурой Saltwell (Clover Trail и Clover Trail+), в особенности при малопоточной нагрузке. И эта задача была успешно решена…

Silvermont: подробности о микроархитектуре

С внедрением микроархитектуры Silvermont мир Atom изменился кардинально. Наконец эти энергоэффективные процессоры и системы-на-чипе получили гораздо более актуальное в современных условиях внеочередное исполнение инструкций. Все предшествующие Atom выполняли инструкции исключительно последовательно, что порождало ненужные простои планировщика и исполнительных устройств в ожидании данных. В Silvermont же заложена возможность изменения порядка следования инструкций на этапе их подготовки. Конечно, переход на внеочередное исполнение добавил в конструкцию процессорного ядра дополнительную сложность, однако конкуренты Intel давно продемонстрировали, что энергоэффективные дизайны с внеочередным исполнением - вполне здравая идея. Например, подобный подход успешно применяется в AMD Jaguar, ARM Cortex-A15, Qualcomm Krait и прочих. Таким образом, с архитектурной точки зрения Silvermont ликвидирует своё принципиальное отставание от процессорных дизайнов других разработчиков и повышает темп исполнения потока инструкций.

Правда, переход на внеочередное исполнение команд в Atom потребовал от Intel пожертвовать технологией Hyper-Threading. Ранее, в вариантах Atom с последовательным исполнением команд, Hyper-Threading помогала загружать исполнительные устройства, простаивающие в ожидании поступления очередных инструкций на исполнение. Теперь же аналогичная задача решается через внеочередное исполнение. В Silvermont имеется достаточно небольшое количество исполнительных устройств, и одновременное сосуществование внеочередного исполнения и Hyper-Threading, которое есть, например, в процессорах семейства Core, приводит к ухудшению пропускной способности ядра.

Поэтому для обеспечения модного нынче высокого параллелизма Intel приходится опираться на увеличение количества физических ядер. Основной структурной единицей в Silvermont является двухъядерный модуль, укомплектованный разделяемой на два ядра кеш-памятью второго уровня объёмом до 1 Мбайт, которая отличается низкой латентностью. И хотя Intel говорит, что ядра в модуле неразрывно связаны, и использует почти ту же терминологию, что и AMD в отношении своих Bulldozer, на самом деле вычислительные ядра независимы и пользуются лишь общим L2-кешем. Процессорные дизайны, построенные на Silvermont, предполагают возможность сожительства на одном полупроводниковом кристалле до четырёх модулей. Иными словами, современные Atom с микроархитектурой Silvermont могут иметь от двух до восьми вычислительных ядер. Системы-на-чипе Bay Trail, нацеленные на использование в планшетных компьютерах, на данный момент существуют в виде двухъядерных и четырёхъядерных модификаций. Это означает, что количество исполняемых одновременно потоков в Bay Trail по сравнению с Clover Trail и Clover Trail+ не изменилось: ранее процессоры Atom для коммуникаторов и планшетов имели максимум два ядра, но при этом обладали технологией Hyper-Threading.

Дополнительные возможности по обеспечению параллелизма в обработке данных внесены в Silvermont на уровне системы команд. Разработчики Intel привели её к более современному виду, обеспечив схожесть в поддерживаемых наборах SIMD-инструкций с десктопными процессорами поколения Westmere. В новом поколении микроархитектуры процессоров Atom появилась совместимость с SSE 4.1 и SSE 4.2, а также с криптографическими инструкциями набора AES-NI. Команды AVX, к сожалению, в Silvermont не поддерживаются, но в этом нет ничего удивительного - с учетом миссии этой микроархитектуры. Зато в ней включена расширенная виртуализация класса VT-x второго поколения (с поддержкой Extended Page Tables), которая нужна в первую очередь для серверных носителей дизайна Atom. Ну и естественно, Silvermont имеет полноценную поддержку 64-битности. Ранее Intel отключала 64-битные расширения в моделях Atom, рассчитанных на мобильные устройства, но с внедрением новой микроархитектуры эта практика больше не будет применяться. Любые процессоры с вычислительными ядрами Silvermont способны на аппаратном уровне исполнять 64-битный код.

Стоит подчеркнуть, что взаимодействие двухпроцессорных модулей с микроархитектурой Silvermont осуществляется при помощи новой высокоскоростной внутренней шины IDI (in-die interconnect), а не через фронтальную шину, как ранее. Она использует такой же протокол, как и Ring Bus в «больших» процессорах, но имеет топологию точка-точка. Эта шина соединяет модули с системным агентом, через который происходит взаимодействие между ядрами и обмен данными процессорной части со внешними контроллерами (памяти, графики и прочими).

Говоря о микроархитектуре на более глубоком уровне, начать следует с того, что Silvermont - это ядро, разработанное с нуля, а не переработка предыдущих вариантов «атомной» микроархитектуры Saltwell. Хотя в некоторых аспектах Silvermont похож на Saltwell, например в части размера кеша первого уровня (32 Кбайт - для инструкций и 24 Кбайт - для данных), на самом деле - это простые совпадения. Самым главным таким «совпадением» выступает тот факт, что Silvermont продолжает придерживаться принципа исполнения макроинструкций. Большинство x86-процессоров на этапе декодирования разбивают x86-команды на более простые микроинструкции, однако микроархитектура Silvermont предполагает «чистую» работу с x86-инструкциями в их первозданном виде. На составляющие разбиваются лишь особенно сложные операции, количество которых по сравнению с предыдущими вариантами микроархитектуры заметно сократилось.

В целом же блок-схема исполнительного ядра Silvermont выглядит следующим образом.

Блок-схема исполнительного ядра Silvermont

Входная часть исполнительного конвейера Silvermont рассчитана на декодирование двух инструкций за такт. Это ровно столько же, сколько теоретически могли обслуживать процессоры Atom прошлого поколения, и в два - два с половиной раза меньше пропускной способности декодера современных вариантов микроархитектуры Core. Однако входная часть исполнительного конвейера Silvermont в целом более эффективна, чем у предыдущих Atom, основанных на микроархитектуре Saltwell. Добиться этого удалось главным образом за счёт улучшения в Silvermont результативности предсказания переходов. В новой микроархитектуре соответствующие буферы приобрели большую вместимость, появилась логика для предсказания косвенных переходов, а также было улучшено детектирование в коде циклов. Попутно несколько изменилась организация вмещающей 32 макрооперации очереди декодированных инструкций, при полном наполнении которой стало возможным отключение блоков выборки и декодирования для экономии энергии.

Набор исполнительных устройств, которым располагает микроархитектура Silvermont, был также пересмотрен - с той целью, чтобы способность процессора обрабатывать по две инструкции за такт сохранялась на всём протяжении конвейера. Текущая реализация имеет два исполнительных порта, что позволяет проводить по две базовые арифметико-логические операции одновременно. Но для всех остальных вариантов инструкций, включая сдвиги, битовые операции, работу с адресами и прочее, предусматривается выполнение лишь на одном из устройств.

Большое внимание в Silvermont уделено ускорению блока операций с плавающей точкой. В целом этот блок расширен до 128 бит, но операции умножения всё ещё выполняются лишь 64-битными частями. Впрочем, даже несмотря на этот изъян, производительность нового FPU для своих целей более чем достаточна.

Немаловажно, что в Silvermont стали поддерживаться внеочередные пересылки данных. При этом, несмотря на наличие в структуре ядра лишь одного блока AGU, загрузки и выгрузки данных могут быть выполнены параллельно. В числе нововведений нельзя не упомянуть и увеличение размеров TLB (буферов ассоциативной трансляции), что также положительно сказалось на скорости операций с памятью.

Большим плюсом внеочередного исполнения инструкций стало сокращение длины исполнительного конвейера для тех команд, которые не нуждаются в обращении к кеш-памяти. Теперь некоторые этапы конвейера стало возможным пропускать, что не только увеличивает темп исполнения, но и позволяет ослабить негативный эффект ошибок в предсказании переходов. Протяжённость конвейера Saltwell для базовых целочисленных и логических операций составляла 16 стадий, в Silvermont же аналогичные инструкции исполняются за 14-17 шагов - в зависимости от типа операции. При этом в случае неправильных предсказаний переходов в Silvermont приходится откатывать назад всего 10 стадий, в то время как аналогичный штраф у предыдущего варианта микроархитектуры доходил до 13 стадий конвейера.

В целом Intel говорит о том, что с точки зрения теории пропускная способность ядра с микроархитектурой Silvermont в сравнении с Saltwell на одинаковой тактовой частоте улучшилась примерно на 50 процентов. В реальных продуктах этот выигрыш, безусловно, будет просуммирован с возросшими тактовыми частотами и большим количеством ядер новинок. Иными словами, кратное улучшение производительности в процессорах Bay Trail - отнюдь не маркетинговая завлекалка. На фоне того, что в мире процессоров Core новые поколения микроархитектуры приносят прирост быстродействия лишь на уровне единиц процентов, такой прирост кажется какой-то фантастикой, но благодаря этому мы можем хорошо прочувствовать то рвение, с которым Intel взялась за завоевание рынка процессоров для мобильных устройств.

Графическое ядро

Так как Bay Trail - это не обычный и даже не гибридный процессор, а высокоинтегрированная система-на-чипе, она, помимо вычислительных ядер, включает и массу других компонентов. Важнейшим из них является графическое ядро. В общем случае вычислительные ядра Silvermont в различных вариантах процессоров Atom могут сожительствовать с различными графическими ядрами, в том числе и с не интеловскими, а PowerVR разработки Imagination Technologies. Однако в интересующей нас в рамках этого материала модификации Bay Trail, нацеленной на планшеты, используется исключительно графический ускоритель Intel HD Graphics.

Следует подчеркнуть, что введение в интеловские Atom для мобильных устройств интеловского графического ядра - изменение не менее серьёзное, чем внедрение новой микроархитектуры Silvermont. В Atom прошлого поколения (Clover Trail и Clover Trail+) Intel интегрировала ядра семейства PowerVR SGX, которые получали порой не слишком лестные отзывы. Но теперь у Intel есть и свои достаточно неплохие GPU, которые, в частности, применяются в процессорах Core для персональных компьютеров. Потому компания решила перейти на собственные разработки и в процессорах для планшетов. Графическое ядро Intel HD Graphics, которое устанавливается в системы-на-чипе семейства Bay Trail, - прямой родственник HD Graphics седьмого поколения, применяющегося в процессорах Ivy Bridge. Разница есть лишь только в мощности - то есть в частотах и количестве исполнительных устройств. Более глубоких различий между GPU в Bay Trial и Ivy Bridge нет, и это означает, что в новых Atom, нацеленных на планшеты,появилась поддержка программных интерфейсов DirectX 11 и OpenGL ES 3.0.

Что же касается скоростных характеристик, то в Bay Trail графическое ядро HD Graphics существенно упрощено. В то время как варианты графического ускорителя GT1 и GT2 в Ivy Bridge располагают 6 или 16 исполнительными устройствами, в GPU Bay Trail их только четыре. Снижены и частоты: самая быстрая версия графики в Bay Trail имеет максимальную частоту 688 МГц. Впрочем, даже в такой конфигурации графика Bay Trail по меркам мобильных устройств вполне производительна. Она превосходит по скорости Adreno 320 (которое присутствует в различных процессорах Qualcomm, например в Snapdragon 600) и выдаёт быстродействие на уровне Tegra 4. Этого вполне хватает для того, чтобы Intel могла заявить поддержку экранов с разрешением вплоть до 2560×1600.

Перекочевал из Ivy Bridge в Bay Trail и привычный интеловский медиадвижок. Новыми Atom поддерживается аппаратное декодирование популярных форматов видео: MPEG2, H.264, VC1, VP8 и MVC. Причём речь идёт не только о Full HD-контенте, но и о 4K-разрешениии с битрейтом до 100 Мбит/с. И что ещё более неожиданно и приятно, есть в Bay Trail и технология Quick Sync, которая предназначена для быстрого аппаратного кодирования видео в формат H.264, не требующего значительных затрат энергии.

Подсистема видеовывода Bay Trail имеет гибкую двойную конфигурацию, включающую в себя два цифровых интерфейса DDI. Иными словами, могут поддерживаться конфигурации с двумя экранами: одним - с максимальным разрешением 2560×1600 и вторым - с разрешением до 1920×1080. Один из этих экранов вполне может быть и внешним, подключаемым через порт HDMI 1.4 или DisplayPort 1.2.

Для экономии энергии, тратящейся на подсветку дисплея, Intel предлагает использовать специальную фирменную технологию Display Power Saving Technology (Intel DPST). Её суть состоит в осветлении выводимой картинки, за счет которого можно уменьшить яркость подсветки. Уменьшение энергопотребления дисплея планшетного компьютера при применении такого подхода может достигать 20-50 %.

Претерпел существенные изменения и имеющийся в системе-на-чипе контроллер камеры, которым Intel снабжает свои версии Atom, нацеленные на использование в мобильных устройствах. Новая версия этого модуля, разработанная компанией Silicon Hive (поглощённой Intel в 2011 году), позволяет снимать видео с разрешением 1080p с частотой 60 кадров в секунду, плюс она оснащена аппаратным цифровым стабилизатором, обеспечивающим четырёхосевую стабилизацию (с компенсацией вращений). При этом разработчикам удалось добиться минимальных задержек при съёмке, даже несмотря на работу в реальном времени алгоритмов корректировки экспозиции, баланса белого и фокуса. Модуль может обслуживать одну камеру с разрешением до 24 Мп или две камеры с матрицами от 8 до 13 Мп, причём в последнем случае они могут работать в том числе и одновременно.

Контроллер памяти

Хорошо известно, что мощная графика требует наличия подсистемы памяти с высокой пропускной способностью. Поэтому в системах-на-чипе Bay Trail контроллер памяти получил, наконец, долгожданную поддержку двухканальных 128-битных конфигураций. А это означает, что по сравнению с предыдущими процессорами Atom для планшетных компьютеров изменилось практически всё, ведь помимо двухканальности добавилась ещё и совместимость с современными типами памяти: DDR3L-RS и LPDDR3. Допустимые частоты работы памяти лежат в пределах от 800 до 1333 МГц, что означает двукратное превосходство по пропускной способности не только перед Clover Trail и Clover Trail+, но и перед контроллерами памяти процессоров с архитектурой ARM.

Пиковая пропускная способность различных вариантов подсистемы памяти

Правда, среди модификаций Bay Trail есть и те, что работают с одноканальной памятью. Но даже несмотря на это, подсистема памяти у новых Atom гораздо прогрессивнее, чем у старых. Использование системного агента и внутрипроцессорной шины IPI позволило значительно уменьшить латентности при работе процессора с памятью. Меньшую, чем раньше, латентность имеет и новый кеш второго уровня.

В максимальных двухканальных конфигурациях предельный объём поддерживаемой в системах-на-чипе Bay Trail памяти составляет 4 Гбайт. В модификациях же с одноканальным контроллером он, соответственно, вдвое меньше.

Турборежим и энергосбережение

Как микросхема, ориентированная на работу в составе планшетных компьютеров, Bay Trail просто обязана располагать мощным арсеналом технологий для управления энергопотреблением и тепловыделением. Поэтому совершенно неудивительно, что его основные структурные единицы могут динамически изменять свою частоту и напряжение питания в соответствии с имеющейся нагрузкой. При этом предусматривается не только снижение частот ядер в моменты простоя, но и возможность их значительного увеличения, если при этом не нарушаются эксплуатационные ограничения по температуре и энергопотреблению.

Несмотря на то, что общий принцип работы данной технологии авторазгона аналогичен Turbo Boost из процессоров Core, Intel не использует этот термин для Bay Trail. Объясняется это тем, что подобная технология в «больших» процессорах гибче, так как позволяет подстраивать параметры подсистемы питания более тонко. Для планшетных же чипов аналогичная технология получила собственное название Intel Burst Technology 2.0, и её уникальность заключается в том, что она применяется не только к вычислительным и графическому ядру, но и в равной степени и к другим компонентам системы-на-чипе, в частности к модулю камеры или к дисплейному блоку. Кроме того, Burst Technology 2.0 работает целиком на аппаратном уровне и не требует никакого участия со стороны операционной системы.

Следует заметить, что хотя ядра в Bay Trail скомпонованы в двухъядерные модули, их частоты могут изменяться отдельно. Разделяемая кеш-память при этом работает на частоте наиболее быстрого ядра из пары.

Немалое внимание уделено и энергосбережению. Многие компоненты системы-на-чипе, занимающие на полупроводниковом кристалле значительную площадь и генерирующие заметный на общем фоне тепловой поток, либо имеют выделенные линии питания, либо способны отключаться от общих линий. Это позволяет снижать тепловыделение и энергопотребление процессора в отсутствие интенсивной нагрузки - в любой удобный момент простаивающие части Bay Trail обесточиваются.

Более того, в состоянии простоя планшетный Atom способен отключаться от питания практически полностью, приближая своё потребление к нулевому уровню. В Bay Trail Intel дополнительно реализовала аналогичное имеющемуся в Haswell состояние «активного простоя» - S0ix. Вход и выход из него происходит очень быстро. Это состояние, при условии поддержки со стороны операционной системы, позволяет отправлять процессор в сон предельно часто, например даже в моменты между нажатиями клавиш на клавиатуре.

Есть в платформе Bay Trail и поддержка технологии InstantGo, ранее известной под именем Microsoft Connected Standby. Она позволяет системе фоново обновлять данные приложений из всемирной сети в то время, когда сам планшет находится в режиме сна. Затраты энергии при этом остаются крайне низкими, позволяя поддерживать актуальность спящей системы в течение 2-3 недель без подзарядки батареи.

Всё прочее

Всё, о чём говорилось выше, касалось главным образом процессорной и «северной» части Bay-Trail. Но так как это полноценная система-на-чипе, в неё также интегрирован и набор контроллеров, который мы привыкли видеть в составе южных мостов. Все такие контроллеры ввода-вывода взаимодействуют с системным агентом, служащим коммутационным центром Bay Trail, посредством специальной внутренней шины I/O Fabric, похожей на DMI и работающей по протоколу PCI Express. Использование такой шины со стандартизированным протоколом при желании позволяет Intel без особого труда изменять подмножество подключаемых контроллеров и тем самым достигать гибкости конфигурирования системы-на-чипе.

Cуществующая реализация Bay Trail располагает вполне стандартным набором интерфейсных контроллеров, характерных как для персональных компьютеров, так и для мобильных устройств. Самым интересным среди них, пожалуй, следует признать контроллер портов USB 3.0, реализующий самый скоростной внешний интерфейс Bay Trail. Порты USB 3.0, кстати, поддерживают спецификацию USB On-The-Go - это значит, что системы на базе Bay Trail могу т выступать не только в роли клиента, но и как хост.

Между тем в планшетных чипах Bay Trail нет многих интерфейсов, привычных для пользователей персональных компьютеров. В частности, ими не поддерживается ни интерфейс SATA, ни линии PCI Express. И это создаёт некие ограничения, так как никаких чипов-компаньонов в платформе Bay Trail обычно не предусматривается. Например, устройства хранения пользовательских данных в планшетах, базирующихся на Bay Trail, могут подключаться лишь по интерфейсу eMMC, не самому скоростному, но зато простому в реализации. При этом возможности штатных накопителей могут быть расширены лишь за счёт дополнительных SD/MMC-карт, их поддержка в системе-на-чипе реализована.

Серия Atom Z3000

К настоящему моменту компания Intel анонсировала шесть различных модификаций Bay Trail, нацеленных на использование в планшетных компьютерах. Все они относятся к серии Atom Z3000, представляющей собой семейство систем-на-чипе с архитектурой x86, в которых на едином полупроводниковом кристалле интегрированы процессорные ядра, GPU, контроллер памяти и интерфейсы ввода-вывода.

Полупроводниковый кристалл Bay Trail

Четыре процессора этой линейки - Z3700 - оснащены четырьмя вычислительными ядрами Silvermont и два - Z3600 - это двухъядерные модификации. Два процессора из представленных моделей имеют двухканальный контроллер памяти и поддерживают до 4 Гбайт, а остальные работают с одноканальной памятью.

Intel позиционирует линейку Atom Z3000 в качестве основы для планшетов и систем класса «два в одном» с экранами с диагональю от 7 до 11 дюймов и стоимостью от $200 до $600. Следует заметить, что верхний предел стоимости пересекается с ценами младших планшетных компьютеров с ультраэкономичными Haswell, но Intel это не смущает, так как у этих устройств различаются характеристики мобильности.

В следующей таблице приведены характеристики доступных на рынке систем-на-чипе Bay Trail для планшетных компьютеров:

Серия процессоров Atom Z3000 может использоваться в устройствах, работающих как под Android, так и под Windows 8.1. В момент запуска Bay Trail в конце прошлого года наблюдались программные проблемы с работой 64-битных версий ОС, но к настоящему моменту они все решены. Впрочем, 64-битность в случае «атомных» систем - скорее маркетинговый аргумент, так как более 4 Гбайт памяти в такие платформы установлено быть не может в принципе.

И в заключение остаётся только напомнить, что рыночная экспансия Bay Trail не ограничивается одной только серией процессоров Atom Z3000. Этот же процессорный дизайн используется и во многих других системах-на-чипе, ориентированных как на недорогие настольные или мобильные компьютеры, так и на серверные системы, интернет вещей или коммуникаторы. Однако всё это - тема отдельного рассказа. Что же касается конкретно вариантов Bay Trail для планшетов, то пора подводить итоги.

Выводы

Появление интеловских систем-на-чипе поколения Bay Trail действительно способно изменить расстановку сил на рынке платформ для планшетных компьютеров. Дизайн этих процессоров представляет собой огромный шаг вперёд по сравнению с тем, что Intel могла предложить для данного рыночного сегмента ранее. Фактически можно вести речь о том, что компании одним махом удалось создать решение, как минимум не уступающее по своим характеристикам платформам для планшетных компьютеров, которые предлагают прочие производители. Выпуск Bay Trail значит для рынка планшетов примерно то же, что в своё время значил для настольных систем выпуск процессоров Conroe.

Впрочем, несмотря на то, что Bay Trail - это, безусловно, отличная система-на-чипе для своих целей, мы пока не можем сказать со всей уверенностью, что Intel легко удастся подмять под себя весь рынок планшетных компьютеров. Уж слишком поздно у этого производителя появилась такая замечательная микросхема. К настоящему времени этот рынок поделен между другими игроками, и для начала Intel потребуется отвоевать позиции у многочисленных конкурентов, среди которых есть весьма непростые соперники вроде Apple, Samsung или Qualcomm. Соответственно, успех этой операции будет зависеть от массы факторов, которые не ограничиваются реальной производительностью и энергопотреблением процессоров Atom Z3700. Очевидно, Intel также придётся включиться в жестокую ценовую войну и придумать какие-то маркетинговые программы, которые должны будут заинтересовать разработчиков готовых решений. Иными словами, Intel на рынке систем-на-чипе для мобильных устройств ожидает непростая и, несомненно, продолжительная борьба.

Тем не менее выпуском Bay Trail компания Intel положила хорошее начало своему массированному наступлению на рынок поставщиков платформ для мобильных устройств. И теперь главное для нее - постараться не упускать инициативу, своевременно обновляя в целом очень удачный дизайн. Имеющиеся планы говорят о том, что Intel попытается держать хороший темп ввода инноваций, однако как оно получится на самом деле - покажет время. Мы же, со своей стороны, будем пристально следить за тем, каких реальных успехов удастся добиться Intel со своим семейством процессоров Atom Z3000 и следующими за ними моделями. Пока множество продуктов на их основе не так уж и велико, однако среди них есть очень интересные и соблазнительные варианты, число которых растёт стремительными темпами. Поэтому, если в один прекрасный момент процессоры семейства Bay Trail либо их последователи Cherry Trail или Willow Trail вдруг пропишутся в составе каких-нибудь Apple iPad, Google Nexus или Samsung Galaxy Tab, наше удивление будет не слишком сильным.