Bevezető – az Atom felépítése nagy vonalakban

Az Intel 2008 februárjában, az International Solid-State Circuits konferencián (ISSCC) közölt részleteket a Silverthorne kódnevű, később hivatalosan Atom névre keresztelt processzorról, mely alapjaiban különbözik az összes eddig megjelent Intel CPU-tól, kifejlesztése során a mérnökök elsődleges szempontja a fogyasztás leszorítása volt. Az Atomról a Prohardver! olvasói minden bizonnyal hallottak már, hiszen számos hírben és cikkben is főszerepet kapott, de ezekben a beszámolókban főleg a netbookos, mini noteszgépes verziót, illetve a köré épülő rendszereket mutattuk be közelebbről. Most viszont olyan hardvereket veszünk szemügyre, melyeket asztali használatra szántak.

Az Intel következő nagy dobása? [+]

Az Atom, illetve az architektúra elsődlegesen MID-ekbe (Mobile Internet Device), UMPC-kbe (Ultra-Mobile PC), netbookokba készült, de máshol is jó szolgálatot tehet, ahol nincs szükség a kivételes teljesítményre. A Diamondville kódnéven ismeretes processzor 45 nm-es, optimalizált, csökkentett szivárgású gyártástechnológiával készül, mindössze 25 mm² alapterületű és 47 millió tranzisztort tartalmaz (az összehasonlítást lásd a táblázatban). Az architektúra természetesen x86-kompatibilis, és egy órajelenként két utasítás végrehajtására képes in-order futószalagra épül, 32 kB L1 utasítás- és 24 kB L1 adatcache-sel, illetve 512 kB másodszintű gyorsítótárral megspékelve, mely 533 MHz-es rendszerbusszal kapcsolódik az északi hídhoz.

Nem szeretnénk túlságosan belemenni a részletekbe, mert a célközönséget ez valószínűleg nem érdekli, de azért az architektúrával kapcsolatban érdemes megemlíteni néhány érdekességet, jó látni, hogy az Intel mit tett meg a fogyasztás csökkentése érdekében. Először is a Pentium M-hez (illetve leszármazottjaihoz) képest egyszerűsítették a dekódolást és az elágazásbecslést, ezzel mintegy felére csökkentették ennek a részterületnek a fogyasztását. Az Atom némileg fejlettebb a Core architektúránál, hiszen képes közvetlenül a macro-opok (x86-os utasítások) végrehajtására, azaz nincs szükség azok micro-opokra bontására. Az out-of-order (OoO) végrehajtás elhagyásával drasztikusan csökkentették a chip méretét és fogyasztását, hiszen immár nincs szükség az OoO végrehajtáshoz nélkülözhetetlen tárolókra és ütemezőkre. A sok szimpla végrehajtót „egybegyúrták”, és készítettek két komplexebb, de ugyanakkor nagyobb fogyasztású végrehajtót. Ez illogikusnak tűnik, de mivel az Atom hosszú idő után az első processzor, amelyben ismét felbukkant a Hyper-Threading, ezzel javították a végrehajtók kihasználtságát (amire az in-order felépítés miatt szükség is volt). Lényegtelen részletnek tűnik, de az órajel-disztribúció megvalósítása is változott: a szokásos rácsszerkezet elvű elosztás helyét (amely a szimpla asztali processzorok esetében a fogyasztás jelentős hányadát teszi ki) egy bináris fa elvű implementáció vette át, ezzel elérték, hogy a chipnek csak azon részei működjenek, melyek éppen használatban vannak. Ide kapcsolódik a másodszintű gyorsítótár is, melyet úgy alakítottak ki, hogy képes legyen visszaskálázni önmagát 8-ról akár 2 utas csoportasszociativitási szintre. Az in-order végrehajtás legnagyobb problémája, hogy memóriaelérés esetén lényegében áll a CPU, hiszen amíg nincs meg a kellő adat, addig nem hajtható végre az adott utasítás. Az Intel is látta ezt a problémát, és a Hyper-Threading mellett további két módon próbált meg úrrá lenni rajta. Egyrészt a processzor fejlett előbehívókat (prefetch-ek) alkalmaz, az egyik a memóriából az L2-be, a másik az L2-ből az L1 cache-be húzza az adatokat. Másrészt némi soronkívüli végrehajtást (OoOE) is becsempészett a már meglévő in-order alapú futószalagba a Safe Instruction Recognition (SIR) algoritmus révén. Ez engedélyezi, hogy egy lassú, sok órajelnyi végrehajtást igénylő lebegőpontos műveletet megelőzhessen egy utána következő, gyorsan végrehajtható egészszámos utasítás. Ez egy igen szimpla és primitív algoritmus (ergo a megvalósításához nem kell túl sok tranzisztor), de mégis jobb, mint a semmi, és növeli a hatékonyságot.

Mindebből jól látható, hogy az Intel ezúttal tényleg nem a teljesítményt, hanem a fogyasztást tartotta elsődleges szempontnak. Egész jól sikerült nekik a megvalósítás, hiszen az Atom fogyasztása teljes terhelés mellett is mindössze 4 watt (a gyártó adatai szerint), ami összehasonlítva bármelyik korábban megjelent asztali CPU-val (25/35/45 watt) egészen elképesztő érték. Igen ám, de mire elég mindez? – tettük fel a kérdést – Mire jó egy Atomra épülő számítógép? Az már sejthető, hogy nem egy „észkombájn” processzorról van szó, de ez nem is probléma, ha egy alapvetően netezésre, letöltésre, filmnézésre összerakott konfigurációt veszünk alapul, bár a nagyobb felbontású videók lejátszása már korántsem egyszerű feladat (lásd korábbi cikkünket). A másik kérdés, amire választ kerestünk, az a fogyasztás. Az Atom keveset fogyaszt, de ez önmagában nem jelent sokat, hiszen a számítógép nem csak egy processzorból áll. Kell alá valami, ami meghajtja, márpedig az Atom alá jelenleg csak 945GC chipsetes alaplapot lehet kapni, ez pedig már nem mai gyerek.

Partnereinknél már két Atom processzor köré épülő – ha úgy tetszik – platform is megtalálható, ezeket gyorsan beszereztük, és összemértük a konkurenciával. Az Atomnak jelenleg alapvetően nincs igazi riválisa, hiszen a VIA az Isaiahot csak papíron mutatta be, az AMD pedig nem kínál semmilyen hasonló eszközökbe szánt alternatívát, ezért az árakat vettük alapul, és így állt össze tesztünk szereplőgárdája.

A cikk még nem ért véget, kérlek, lapozz!