Intel Atom

Intel Atom

Intel Atom Z520 võrrelduna 1 Euro sendisega mille läbimõõt on 16,25 mm.
Toodetud	2008–tänapäev
Tootja(d)	Intel
Maksimaalne. Protsessori Taktsagedus	800 MHz kuni 2.13 GHz
Esisiini kiirused	400 MHz kuni 667 MHz
Transistori värava suurus	45 nm
Käsustik	MMX, SSE, SSE2, SSE3, x86, x86-64 (ei sobi N2xx ja Z5xx seeria)
Tuumade arv	1, 2
Kiibikorpus	441-ball µFCBGA
Tuumade nimed	Silverthorne Diamondville Pineview Lincroft

Intel Atom on väga madala voolutarbega Inteli protsessorite brändi nimi. Milleks on x86 ja x86-64 keskprotsessorid (CPU - Central processing unit) (või mikroprotsessorid), ehitatud 45 nm CMOS tehnoloogial ja kasutatakse põhiliselt netbookides, nettopides ja mobiilsetes Interneti seadmetes(MIDides). 21.12.2009 tutvustas Intel järgmist põlvkonda Atomi protsessoritest (k.a N450), mille kogu voolutarvet oli langetatud 40%.

Ajalugu

Intel Atom on otsene Inteli A100 ja A110 (koodnimega Stealey) vähese voolu tarbega mikroprotsessorite järeltulija, mis ehitati 90 nm arhitektuurile. Stealy omas 512 KB L2 vahemälu (cache) ja jooksis taktsagedusel 600 MHz/800 MHz ning nõutav jahutusvõimsus (TDP - Thermal design power) oli 3W. Enne Silverthorne väljakuulutamist spekuleeriti, et Atom hakkab konkureerima AMD Geode süsteemikiip protsessoriga, mida kasutati "Igale lapsele sülearvuti" (One Laptop per Child) projekti raames ning hinna ja voolutarbe tundlikes seadmetes. Olgugi, et Intel teatas 15. oktoobril 2007, et arendab teist mobiilset protsessorit, koodnimega Diamondville, mis on mõeldud Igale lapsele sülearvuti tüüpi seadmetele.

"Atom" on nimi mille all hakati Silverthorne müüma, samal ajal kui tugikiibistikku kutsuti Centrino Atom, eelnevalt koodnimega Menlow. Inteli esialgne Atomi pressiteadaanne rääkis ainult põgusalt Diamondvillest ja vihjas, et ka seda hakatakse kutsuma Atomiks. Kinnistades spekulatsioone, et Diamondville on lihtsalt madalama hinnaga ja suurema tootlikkusega versioon Silverthornest, millel on natukene kõrgem nõutav jahutusvõimsus ja madalam taktsagedus.

2008. aasta kevadel Shanghais Inteli arendajate foorumil (IDF- Intel Developer Forum) teatas Intel ametlikult, et Silverthorne ja Diamondville baseeruvad samal mikroarhitektuuril. Silverthorne hakatakse kutsuma Atom Z5xx seeriaks ja Diamondville Atom N2xx seeriaks. Kallimaid ja energiasäästlikumaid Silverthorne juppe hakatakse kasutama Inteli mobiilsetes seadmetes ja Diamondville kasutatakse odavates laua- ja sülearvutites. Demonstreeriti ka mitmeid Mini-ITX tüüpi emaplaate. Intel ja Lenovo teatasid koos Atomi protsessoril baseeruvast mobiilsest interneti seadmest IdeaPad U8. IdeaPad U8 kaalub 280 g ja omab 4.8in (12cm) puuteekraani, mis annab parema mobiilsuse kui netbook ja parema interneti lehitsemise kui mobiiltelefon või pihuarvuti. 2008 aasta aprillis hakkas Intel pakkuma Atomil baseeruvaid emaplaate.

Inteli Atomi processorite perekond
Mobiilne interneti seade / Ülimobiilne arvuti / Elustiili arvuti
Koodnimi	Seeria	Tuumad	Integreeritud GPU	Nõutav jahutusvõimsus	Hüper-hargtöötlus	Intel 64	Intel VT-x	Väljalaske kuupäev
Silverthorne	Atom Z5xx	Üks (45 nm)	Ei	0.65~2 W	Ei	Ei	Ei	Aprill 2008
				2~2.4 W	Jah		Jah
Lincroft	Atom Z6xx		Jah	? W				Mai 2010
Classmate PC / Netbook / Nettop / Elustiili arvuti
Koodnimi	Seeria	Tuumad	Integreeritud GPU	Nõutav jahutusvõimsus	Hüper-hargtöötlus	Intel 64	Intel VT-x	Väljalaske kuupäev
Diamondville	Atom N2xx	Üks (45 nm)	Ei	2.5 W	Jah	EI	Ei	Juuni 2008
	Atom 2xx			4 W		Ei
	Atom 3xx	Kaks (45 nm)		8 W				September 2008
Pineview	Atom N4xx	Üks (45 nm)	Jah	6.5 W				Jaanuar 2010
	Atom D4xx			10 W
	Atom D5xx	Kaks (45 nm)		13 W
Intel Atom mikroprotsessorid

Saadavus

Atom protsessorid muutusid kättesaadavaks tootjatele aastal 2008. Kuna nad on joodetud põhiplaadi külge nagu põhjasild ja lõunasild, pole nad eraldi müügil kodukasutajatele või süsteemide koostajatele. Kuigi nad on saadaval joodetuna mõne ITX tüüpi emaplaadi külge. Diamondville Atomit kasutatakse järgnevates seadmetes: HP Mini seeria, Aigo MID, Asus N10, Lenovo IdeaPad S10, Acer Aspire One, Packard Bell "dot" (ZG5), viimastes ASUS Eee PC süsteemides, AMtek Elego, Dell Inspiron Mini seerias, Gigabyte M912, LG X seerias, Samsung NC10, Sylvania g Netbook Meso, Toshiba NB seeria (100, 200, 205), MSI Wind PC netbookides, RedFox Wizbook 1020i, Zenith Z-Book, osades Aleutia lauaarvutites ja Archos 10.

Jõudlus

Ühe tuumalise Atomi jõudlus on sama taktsageduse juures umbes pool Pentium Mi omast. Näiteks Atom N270 mis leidub paljudes netbookides nagu Eee PC suudab teha 3300 MIPS'i ja 2.1 GFLOPS'i standard reeperi (benchmark) järgi. Võrrelduna sarnase taktsageduse (1.73 GHz) juures Pentium M 740 protsessoriga, mis suudab teha 7400 MIPS'i ja 3.9 GFLOPS'i. Pineview platvorm pole palju kiirem kui eelnev Diamondville platvorm. Sellepärast, et Pineview platvorm kasutab sama Bonelli täidesaate tuuma kui Diamondville ja on endiselt ühendatud mälu kontrolleri külge esisiiniga(FSB). Just sellepärast palju protsessori jõudlust nõudvates programmides pole mälu latents ja jõudlus eriti paranenud.

Käsustikuarhitektuur

Atom võttis kasutusele x86 (IA-32) käsustiku, x86-64 oli seni aktiveeritud ainult Diamondville lauarvutitel ja mobiilsetel Pineview tuumadel. Atom N2xx ja Z5xx seeria Atomi mudelid ei suuda jooksutada x86-64 koodi.

Bonnell mikroarhitektuur

ALU

Intel Atom protsessorid baseeruvad Bonnelli mikroarhitektuuril, mis suudab täide viia kuni 2 käsku ühe tsükli kohta. Nagu ka paljude teiste x86 tüüpi mikroprotsessorite puhul, tõlgitakse (CISCkäsud) lihtsamateks sisemisteks operatsioonideks (vahest viidatud kui micro-ops – mikrooperatsioonid, st. efektiivsed RISC tüüpi käsud) täidesaate tähtsuse järjekorras. Enamik käske toodavad tõlkimisel ühe mikrooperatsiooni. Tüüpilised programmid, mis teevad mitmeid mikrooperatsioone, kasutavad umbes 4% käskudest. Käskude arv, mis toodavad rohkem kui ühe mikrooperatsiooni, on tunduvalt vähem just P6 ja NetBurst mikroarhitektuuri puhul. Bonnelli mikroarhitektuuris võivad sisemised mikrooperatsioonid omada nii mälu pakette kui ka mälu mahtu, olles ühenduses aritmeetilise loogikaseademe (ALU) operatsioonidega. Seega Bonelli arhitektuuris ei toimu mälust mällu kirjutamist vaid ALU <--REGISTRID <-- RAM ja vastupidi. Olles seejuures sarnasem x86 tasemega ja palju võimsam kui mikrooperatsioonid eelnevates disainides. See võimaldab suhteliselt hea jõudluse ainult kahe täisarvulise ALU'ga. Ilma käskude ümbertõstmiseta (instruction reordering), spekulatiivse täidesaatmise (speculative execution) või registrite ümber nimetamiseta (register renaming). Bonnell mikroarhitektuur seega esindab osalist taaselustamise põhimõtet, mida kasutati varasemates Inteli disainides nagu P5 (mikroarhitektuur) ja i486, mille ainus eesmärk oli suurendada jõudlust vati kohta. Kuigi hüper-hargtöötlust (hyper-threading) rakendatakse lihtsal (st. madala võimusega) viisil, et hoida töös mõlemat käsukonveierit (pipeline) efektiivselt, vältides tüüpilisi ühe konveieri sõltuvusi.

Esimese põlvkonna tuumad

Silverthorne mikroprotsessor

02.03.2008 teatas Intel uutest ühetuumalistest Atom Z5xx seeria protsessoritest (koodnimega Silverthorne) mida hakatakse kasutama ülimobiilsetes arvutites/mobiilsetes interneti seadmetes(MIDides), mis asendas Stealey (mikroprotsessorid) (A100 ja A110). Silverthorne protsessoril on IA arhitektuur, voolutarve 3 W ja 47 miljonit transistorit 25 mm² pindala kohta. See lubas mahutada ~2500 kiipi ühele 300 mm diameetriga plaadile (wafer – õhuke pooljuht toorikkristall nt. ränist), lubades üliökonoomset tootmist. Atom Z500 jõudlus hüper-hargtöötlusega on võrdeline oma eelkäija Stealyga aga ületab ta programmides, mis oskavad kasutada samaaegset mitmik-hargtöötlust ja SSE3'e. Nad jooksevad taktsagedusel 0.8 kuni 2.0 GHz ja nõutav jahutusvõimsus jääb 0.65 - 2.4 W vahele, mis võib langeda tegevuseta olekus kuni 0.01 W-ni. Tunnusjoonteks on SMT (kahe probleemi samaaegne-hargtöötlus), 16 astmeline korrastatud konveier (pipeline) 32KB käsu L1 ja 24KB andme L1 vahemälu, täisarv ja ujukoma täidesaate üksused, x86 eessüsteem, 512KB L2 vahemälu ja andmeedastus kiirus 533 MHz esisiinil(FSB). Seda disaini toodetakse 9M (vahe kahe transistori vahel koos nende vahele jääva vaba ruumiga) 45nm kõrgdielektrik konstant (high-k) metall-värav CMOS ja paigutatud 441-ball (pinisesse) µFCBGA pakki.

Diamondville mikroprotsessor

02.03.2008 teatas Intel madala voolutarbega Diamondville keskprotsessori variandist, Atom N2xx seeria. See oli algselt mõeldud netbookidele, et kasutada seda Classmate PC-tüüpi netbookides. Nagu eelkäijadki, on need ühe tuumalised hüper-hargtöötlusega.

N270 nõutav jahutusvõimsus(TDP) on 2.5 W, taktsagedus on 1.6 GHz ja esisiini (FSB) kiirus on 533 MHz. N280 taktsagedus on 1,66 GHz ja esisiini kiirus on 667 MHz. 22.09.2008 teatas Intel uuest kahetuumalisest protsessori (mitteametliku koodnimega Dual Diamondville) brändist nimega Atom 330, osana Atom 300 seeriast, mis on mõeldud lauaarvutitele. Jookseb taktsagedusel 1.6 GHz ja esisiini kiirus on 533 MHz ning nõutav jahutusvõimsus on 8 W. Ta kahetuumalisus tähendab seda, et koosneb kahest üksteise kõrval asetsevast Diamondvillest ühel põhimikul. Atom 330 toetab 64 bitiseid käske. 2009. aasta jooksul kasutas Nvidia Atom 300 seeriat ja oma GeForce 9400M kiibistikku mini-ITX emaplaadil, oma Ion platvormi jaoks.

Teise põlvkonna tuumad

Pineview mikroprotsessor

21.12.2009 teatas Intel N450, D510 ja D410 portsessoritest, mis on sisemise (On-die ODT) graafika protsessoriga (GPU). Uut protsessorit kasutavad netbooke loodeti avalikult näha CES'il 04.01.2010 ja müügile lastuna 11.01.2010. Üks suurimaid uusi plusse oli pikem aku kestvus, sest osad 6 rakuliste akudega süsteemid tagasid kuni 10 või enam tundi kestvust. Praegune Atomi põlvkond on koodnimega Pineview, mida kasutatakse Pine Trail platvormil. Inteli praegune netbooki platvorm (koodnimega Pine Trail-M) kasutab Atomi protsessorit (koodnimega Pineview-M) ja PCH'd (platvormi kontrolleri jaotur - platform Controller Hub) (koodnimega Tiger Point). Graafika ja mälu kontroller on viidud protsessorisse ja paari pandud Tiger Point PCH'ga. See loob palju energiasäästlikuma kahe kiibilise platvormi mitte nagu eelneva generatsiooni Atomi kiibistik, mis oli kolme kiibiline.

01.03.2010 teatas Intel ametlikult N470 protsessorist, taktsagedusega 1.83 GHz ja esisiini kiirusega 667 MHz ning nõutava jahutusvõimsusega 6.5 W.

11.01.2010 muutusid uued Atom N4xx kiibid kättesaadavaks. Neid kasutatakse netbook/nettop süsteemides, tunnuseks on integreeritud ühe kanaline DDR2 mälu kontroller ja integreeritud graafika tuum. Lisaks hüper-hargtöötlus ja endiselt 45 nm. Uus disain kasutab poole vähem energiat kui vana Menlow platvorm. Tema suurus ja madal voolutarve teevad ta kasutamise palju ahvatlevamaks nutitelefonides ja MID'ides. LinuxTECH.NET on kokku pannud ülevaate väljakuulutatud/väljalastud Pine Trail platvormi emaplaatidest. 23.12.2009 tutvustas MSI uut seeriat netbooke, mis lasti välja 2010 jaanuar, Wind U130 and U135, mis on esimeste netbookide seas, mis kasutavad Pine Trail platvormi. Teised firmad nagu ASUS ja Dell on ka alates sellest tutvustanud netbooke, baseerumas Pineview-M N4xx kiibistikul. D4xx ja D5xx seeria toetab x86-64 bitist käsustikku ja DDR2-800. Seerial on integreeritud graafika protsessor, mis on sisse ehitatud keskprotsessorisse, et parandada jõudlust. Mudelid on suunatud nettopidele ja odavama klassi lauaarvutitele. Nad ei toeta SpeedStepi (tehnoloogia, mis lubab taktsagedust dünaamiliselt muuta). Atom D410 protsessori tunnuseks üks tuum, mis jookseb taktsagedusel 1.66 GHz, 512 KB L2 vahemälu (cache). D510 voolutarve on 13W ja 10W D410.

Lincroft mikroprotsessor

Oak Trail platvormil asetseb keskprotsessor Lincsoft(Z6xx) Whitney Point kiibistikuga. Oak Trail on SoC (süsteem kiibil) nagu Moorestown, mis on suunatud nutitelefonidele. Erinevalt Moorestownist on Oak Trailil PCI siin ja on võimeline jooksutama Windowsi. Oak Trail muutub kättsaadavaks 2011 aasta alguses, Inteli sõnade järgi. Lubatakse kuni 50% keskmist voolutarbe langust, täis kõrglahutuse video mängimise tuge. Suunatud on MeeGo, Windows 7 ja Google operatsiooni süsteemidele.

Voolutarbe nõuded

Suhteliselt madala voolutarbega Atomi keskprotsessorit kasutatakse tihti odavama, aga suurema voolutarbega kiibistikuga nagu Intel 945G

Olgugi, et Atom protsessor on ise suhteliselt madala voolutarbega x86 protsessori kohta, siiski mitmed kiibistikud millega seda kasutatakse, tarbivad tunduvalt rohkem voolu. Näiteks N270 keskprotsessor, mida tavaliselt kasutati netbookides 2010. aasta keskel, omab 2.5 W nõutavat jahutus võimsust. Intel Atom platvorm, mis kasutab 945GSE Express kiibistikku omab 11.8 W nõutavat jahutusvõimsust. Olgugi, et protsessor kasutab väikest hulka kogu voolutarbest. Individuaalsed numbrid on 2.5 W N270 protsessor, 6 W 945GSE kiibistik ja 3.3 W 82801GBM I/O kontroller. Intel varustab ka US15W Süsteemi kontrolleri jaoturil baseeruva kiibistiku, mille kombineeritud nõutav jahutus võimsus on vähem kui 5 W koos Atom protsessor Z5xx (Silverthorne) seeriaga, mõeldud kasutamiseks ultramobiilsetes arvutites/mobiilsetes interneti seadmetes. Olgugi, et osad tootjad on välja andnud kõrgkvaliteedilisi väga õhukesi süsteeme, mis jooksevad selle seeria keskprotsessoritel (nt. Sony VAIO X).

Algselt sisaldasid kõik Atomi emaplaadid turul Intel 945GC kiibistikku, mis ainuüksi ise tarbib 22W. 2009 aasta alguses ainult üksikud tootjad pakkusid madala voolutarbega 945GSE baseeruvaid emaplaate lõpptarbijatele, mis olid varustatud N270 või N280 keskprotsessoriga. Sellel ajal kui Sony VAIO P on eestvedajaks US15W kiibistikuga Z5xx seeria protsessoritele.

Tulevik

Intel on just välja andnud uue versiooni Pineview Atom kiibistikust (N455, N475, N550, D425 ja D525), mis toetab DDR3 mälu. Intel on öelnud, et laseb välja uue Atomi platvormi 2011. aasta teises kvartalis netbookidele ja nettopidele, koodnimega Cedar Trail, mis toodetakse 32 nm tehnoloogial. Uue kiibi ja platvormi arendus algab 2010. aasta lõpus. Inteli väitel paistab silma uus kiip kõrgemate taktsagedustega ja topelt jõudlusega võrrelduna Pine Trailiga, olgugi et detailid on napid. Koodnimi platvormile on Cedar View ja kuulujutud räägivad, et tal on topelt graafilist jõudlust võrrelduna praeguses Pineviews oleva GMA 3150.

Koostöö TSMC'ga

Märtsis 2009 teatas Intel, et teeb koostööd TSMC'ga (Taiwan Semiconductor Manufacturing Company) uue Atom protsessori tootmises.

Konkurents

Otsene konkurent on AMD (Advanced Micro Devices) Athlon Neo, millel on suurem nõutav jahutus võimsus (15W) kui Atomil. Mõõtmetega 27 mm × 27 mm, 2.5 mm paksust, Athlon Neo kasutab uut pakendit nimega ASB1, mis on põhiolemuselt BGA (pall jalgadega pakend - ball grid array), väiksema jalajäljega, lubades väiksemat disaini sülearvutitele ja langetades hinda. Protsessori taktsagedus on tunduvalt väiksem kui lauaarvuti ja teistel mobiilsetel kaaslastel, et saavutada madalat 15 W nõutavat jahutusvõimust, ühe tuumalise x86 keskprotsessoriga. Athlon Neo protsessorid on varustatud 512 KB L2 vahemäluga, HyperTransport 1.0-iga mis jookseb taktsagedusel 800 MHz.

Protsessorid, mis baseeruvad ARM (arhitektuur) versioon 7 käsustiku komplekti arhitektuuril (nagu TI OMAP 3 seeria ja Freescale i.MX51 baseerumas Cortex-A8 protsessoril või Qualcomm Snapdragon ja Marvell Armada 500/600 baseerumas eritellimuslikul ARMv7 rakendustel) pakuvad sarnast jõudlust madalama astme Atomi kiibistikega. Kuid jämedalt võttes tarbivad ühe veerandiku voolu ja (nagu enamus ARM süsteeme) on ühe kiibiga süsteemid, mitte nagu praegused Atomi kahe kiibilised lahendused. Olgugi, et järgmine Atomi generatsioon, koodnimega Pineview peaks tugevalt tõstma Inteli konkurentsi võimet lahingus jõudlus vati kohta. ARM plaanib vasturünnakut ohule mitmik-tuuma võimelise [[|Cortex-A9|ARM Cortex-A9 MPCore]] protsessoriga, mida teiste seas kasutatakse ka Nvidia Tegra 2, T.I. OMAP 4 seerias, ja Qualcommi järgmise põlvkonna Snapdragon seerias.

VIA Nano seeria on õrnalt üleval pool keskmist Atomi soojuseritus piiri aga pakub riistvaralist AES (arenenud krüpteerimisstandard - Advanced Encryption Standard) tuge, RNG'ed (juhusliku numbri generaatorit - random number generator), ja mitte järjestiku käsu täideviimist. Võrreldes Intel Atomi jõudlust VIA Nanoga on näha, et ühe tuumaline Atom jääb alla VIA Nanole, mis omakorda jääb alla kahe tuumalisele Intel Atom 330-le testides, kus kasutatakse teist tuuma. Xcore86 (tuntud ka kui PMX 1000) on x586 baseeruv süsteem kiibil (SoC), mis on alla keskmise soojuserituse piiri võrreldes Atomiga.

Kenton Williston EE Timesist ütles, kuigi on tekkinud võimalus panna arvuti arhitektuure väiksemale, odavamale ja vähem voolu tarbivatele kujudele, mis avab Intelile uued turud aga see ei tähenda, et Intel asendaks ARM'i tema praegusel turul.