Atom Z3000 – Intel odhaluje novou generaci čipů pro tablety

11. 9. 2013

Viděno optikou tradičních osobních počítačů byl letošek u Intelu rokem Haswellu. Jenomže řečeno s paní Galadriel, svět se změnil. Trh s PC se propadá, zatímco raketově roste význam mobilních platforem a zařízení, ba dokonce i tradičním gigantům hrozí, že by je mobilní vlna mohla zavalit. Dost možná je pro Intel teď důležitější, jak se činí v mobilní sféře. A právě zde Intel tento rok podniká závažný krok, a to nasazení procesorové architektury Silvermont, která má přinéstvýkonnostní revoluci do světa úsporných čipů Atom.

Dnes Intel odhaluje cosi jako mainstreamový čip na bázi Silvermontu – procesory typu SoC, označované jako Bay Trail. Ty jsou určeny pro trhy tabletů, notebooků (netbooků), levných PC i pro sektor embedded. Z těchto nicméně jako první vyráží z bran závodů varianta Bay Trail-T, určená specificky pro tablety – jak již bylo řečeno, o mobilní trh jde momentálně Intelu nejvíc. Procesory pro telefony jsou kvůli telekomunikačním náležitostem a přísnějším nárokům na spotřebu o něco komplikovanější výzvou a Intel tyto čipy s označením Merrifield uvede až později (stále by k tomu ale mohlo dojít ještě letos). Na světě je již od minulého týdne Atom C3000 alias Avoton, což je osmijádrový Silvermont pro mikroservery.

Atomy řady Z3000 (jak se čipy, kódově označované jako Bay Trail-T, oficiálně jmenují) jsou procesory typu SoC vyráběné na 22nm procesu s tzv. 3-D tranzistory. Nejedná se však o stejný proces jako u Haswellu, nýbrž o variantu optimalizovanou pro mobilní čipy SoC. Vybaveny jsou až čtyřmi jádry architektury Silvermont, zatímco Atomy předchozích generací byly nanejvýš dvoujádrové. Změna kurzu se koná také u grafického jádra – Intel opustil licenční architekturu PowerVR od společnosti Imagination a přesedlal na vlastní produkci. Atomy Z3000 již mají GPU odvozená od architektury, použité v procesorech Ivy Bridge. K hardwarovým podrobnostem čipů se ještě vrátíme.

Jednotlivé Atomy Z3000, tedy modely řady procesorů Bay Trail-T, vidíte v tabulce. Jedná se celkem o šest čipů, či lépe řečeno, o tři dvojice. Intel totiž nabídku vedle klasického cenového odstupňování rozdělil na dvě kategorie čipů podle stupně úspornosti či mobility. „Lepší“ Atomy (Z3770, Z3740 a Z3680) jsou uzpůsobené pro spřažení s úspornou operační pamětí typu LPDDR3 (na efektivním taktu 1067 MHz). Dražší čtyřjádrové čipy Z3770 a Z3740 budou mít paměťový kanál dvoukanálový s teoretickou propustností 17,1 GB/s, zatímco dvoujádro Z3680 má jen jeden kanál a tedy poloviční propustnost (8,5 GB/s). Parametry paměťového řadiče jsou důležité, jelikož na nich závisí maximální rozlišení, které SoC zvládne vykreslit na obrazovce.

Atomy Z3000 – modely

Zbytek čipů s písmenkem D v názvu bude vybaven jen levnější pamětí typu DDR3, což poněkud zhorší výdrž na baterii vinou vyšší spotřeby (Intel nicméně počítá s pamětmi DDR3L-RS, tedy typem s nižším napětím a redukovanou spotřebou v režimu standby). Asi též kvůli spotřebě budou mít také tyto procesory jen jednokanálový řadič s propustností 10,6 GB/s.

Doplněno: Server AnandTech zveřejnil některé podrobnější parametry čipů (zřejmě k němu byl Intel o něco sdílnější než ke zbytku světa). Můžeme si tedy k výše uvedeným maximálním frekvencím (při turbu) doplnit také základní takty. Takto AnandTech uvádí takty CPU a grafického jádra (není ovšem zcela jasné, zda nebudou variace v základním taktu GPU).

Model	Z3770	Z3770D	Z3740	Z3740D	Z3680	Z3680D
Maximální takt CPU	2,39 GHz	2,41 GHz	1,86 GHz	1,83 GHz	2,00 GHz	2,00 GHz
Základní takt CPU	1,46 GHz	1,5 GHz	1,33 GHz	1,33 GHz	1,33 GHz	1,33 GHz
Maximální takt GPU	667 MHz	683 MHz	667 MHz	683 MHz	667 MHz	683 MHz
Základní takt GPU	311 MHz	311 MHz	311 MHz	311 MHz	311 MHz	311 MHz

Jak již bylo řečeno, paměťová propustnost, kterou čip – či lépe řečeno, jeho grafické jádro – disponuje, bude určovat, jak velké rozlišení obrazovky bude moci tablet použít. Varianty s dvoukanálovým řadičem LPDDR3 budou zvládat rozlišení 2560 × 1600 bodů (pod systémem Windows bude podle některých údajů maximum jen 2560 × 1440 bodů, tedy poměr stran 16 : 9 místo 16 : 10). Čipy s pamětí DDR3 pak dají jen „plné HD“, tedy rozlišení 1920 × 1200 bodů. Procesor Atom Z3680 s jednokanálovou LPDDR3 bohužel zvládne jen 1280 × 800 bodů (dost možná také dnes populárnějších 1366 × 768, to ale ještě uvidíme).

Jinak jak můžete vidět v tabulce, různá jsou i omezení na velikost paměti. Procesory s DDR3 mohou být osazeny 2 GB RAM, čtyřjádra Z3770 a Z3740 pak dovolí i 4 GB. Intel neuvádí oficiálně data o spotřebě čipů, takže si je doplňme z neoficiálních zdrojů. Čtyřjádrové modely s pamětí LPDDR3 se mají svou typickou spotřebou při práci vejít do 2 W, přičemž za nečinnosti pochopitelně odběr klesne. Procesory s pamětí DDR3 pak mají spotřebu (udávanou metodikou SDP, nejde tedy o plné TDP) o desetinu až pětinu vyšší, tedy 2,2–2,4 W.

Snímek čipu Bay Trail-T

Pro tablety s čipy Atom Z3000 počítá Intel jak s platformou Windows, tak s operačním systémem Android. Na systému od Google poběží zejména levnější modely založené na dvoujádrových modelech Z3680 a Z3680D – výrobci zařízení ale budou mít k dispozici i čtyřjádra. Brian Krzanich včera na IDF 2013 sdělil, že ceny (lowendových) tabletů založených na čipech Intelu slezou až k metě 100 USD. U takto levných zařízení půjde zcela jistě o tablety s Androidem.

Pro Windows 8 (respektive již brzy 8.1) se zřejmě primárně počítá jen se čtyřjádrovými modely. Na tom budou založené i tablety, které jsou současně i osobním počítačem, a konvertibilní stroje. Ačkoliv Silvermont je 64bitová architektura, na tabletech nejspíše bude nasazena hlavně 32bitová verze Windows. Dle určitých informací totiž na 64bitovém systému nefunguje režim connected standby, který tabletům přinese delší výdrž na baterii. Nicméně SoC jako takový podporuje maximálně 4 GB paměti, takže nejde o příliš velkou ztrátu. 64bitové Windows podporovány budou, zřejmě ale hlavně na zařízeních pro firemní sféru.

Představu o tom, v jakých zařízeních se Atomy Z3000 mohou usídlit, si již můžeme udělat z prvních vlaštovek. Již minulý týden představila Toshiba svůj tablet Encore s displejem o uhlopříčce 8,1 palce. Zařízení o váze 479 gramů běží na systému Windows 8.1 (přičemž v ceně je i licence MS Office), rozlišení obrazovky technologie IPS dělá 1280 × 800 bodů. Zařízení se má začít prodávat v listopadu za cenu 330 USD; za tyto peníze dostanete 32GB úložiště (s možností rozšíření kartou microSD), GPS, porty mikro USB a HDMI. Kamera má rozlišení 8 megapixelů, pro potřeby videohovorů je zde ale ještě sekundární dvoumegapixelová.

Tablet Toshiba Encore

Zdroj: Liliputing

Sféru mobilních zařízení plánuje Intel rozdělit mezi Atomy a čipy na bázi Haswellu, a to na základě „mobility“ (tedy rozměrů, váhy a výdrže) zařízení a samozřejmě také ceny. V oblasti tabletů se počítá jak s malými jádry, tak těmi velkými. Haswell ale bude osazován jen v dražších až luxusních zařízeních s vyšším výkonem (typu Microsoft Surface Pro). Podobné to bude u ultrabooků a jim blízkých konvertibilních zařízení – levná zařízení budou mít Atom, zatímco ta „lepší“ Haswell. Samotná značka Ultrabook však zůstane vyhrazena pro počítače s procesorem Core. Jelikož u ní chce Intel zachovat jistou exkluzivitu.

Atomy Z3000 – Intel odhaluje novou generaci čipů pro tablety

Pro výrobce bude mít Intel k dispozici referenční návrhy, díky kterým by se hotové tablety měly dostat rychleji na trh a odběratelé ušetří na vývoji (pokud si tedy nebudou chtít vnitřnosti navrhnout po svém na míru). Dle poznámek v prezentaci Intel používá referenční tablet s 10" obrazovkou o rozlišení 2560 × 1440 bodů a čipem Atom Z3770. Přístroj běžící na Windows 8.1 má 38Wh baterií, 2 GB paměti LPDDR3 a 64 GB prostoru v úložišti SSD typu eMMC.

Atomy Z3000 – Silvermont pro mobilní zařízení

Detaily čipu, výbava, spotřeba a teplo...

Intel oficiálně slibuje dvojnásobný výkon CPU oproti 32nm Atomům Clover Trail, což je ale asi konzervativní číslo, Atom Z3000 má vedle dvojnásobného počtu jader (pomineme-li levnější varianty pro Android) také značně lepší architekturu, která by měla výkon při stejném taktu značně zvednout, a údajně i efektivnější turbo. Grafické jádro má pak být proti předchozím Atomům pro tablety třikrát rychlejší. Co se spotřeby týče – platforma má být schopná vydržet z 30Wh baterie tři týdny v pohotovostním režimu. Přehrávání videa (1080p o datovém toku 10 Mb/s) ve Windows 8 má platforma se stejnou baterií dokázat po dobu osmi hodin.

Atomy Z3000 – Intel odhaluje novou generaci čipů pro tablety

U procesorových jader se zde nebudeme zastavovat, jelikož architekturu Silvermont, kterou používají, jsme již probírali v samostatném článku. Atomy Z3000 budou používat čtyři nebo dvě jádra, přičemž dvě jádry vždy sdílejí 1 MB L2 cache (čtyřjádro tedy bude mít celkově 2 MB). Jak jsme již nakousli, čip má nativně dvoukanálový řadič buď pro paměť DDR3L-RS, nebo LPDDR3. V čipu je dále integrován jižní můstek, grafika, blok pro akceleraci videa, procesor pro zpracování obrazu z kamery, blok audia a bezpečnostní jednotka (Bay Trail také mimochodem umí instrukční rozšíření AES-NI).

Jižní můstek čipu Bay Trail zvládá různá standardní rozhraní, které z uživatelské perspektivy nejsou příliš zajímavé (GPIO, SPI, sériové rozhraní, I2C…). Co je pro nás důležité, je podpora pro USB 3.0, což znamená možnost připojení vysokorychlostních externích disků či klíčenek. Podporováno je i USB 3.0 OTG. Pro úložná zařízení čip nativně podporuje SDIO a zejména eMMC, přes to bude v tabletech obvykle připojeno úložiště eMMC. Podporu pro úložiště mSATA/SATA Bay Trail-T nemá, ta je vyhrazena méně úsporným variantám pro laptopy a stolní PC.

Schéma čipu Bay Trail-T

Jak již bylo řečeno, grafické jádro přechází na architekturu vyvinutou Intelem, technologicky by měla odpovídat čipům Ivy Bridge. To znamená podporu DirectX 11 a Open GL ES 3.0; Ivy Bridge také umí obecné výpočty přes OpenCL 1.2 a OpenGL 4.0, které tak doufejme Atom bude zvládat také. Grafické jádro poběží na menších taktech (do 667 MHz, a to včetně turba; grafika bude dynamicky měnit frekvenci) a bude také mít méně výpočetních jednoteknež nejslabší konfigurace v čipech pro notebooky a stolní počítače – místo šesti či šestnácti jednotek EU bude mít Atom EU jen čtyři.

Atomy Z3000 – GPU

Pokud budeme uvažovat zhruba poloviční průměrnou frekvenci, mohl by tedy Atom mít zhruba třetinu grafického výkonu Celeronů a Pentií. Přechod na architekturu Intel bude mít pozitivní dopady na software – jak vědí uživatelé Linuxu, u Atomů s grafikou PowerVR panovala poměrně neveselá situace co do ovladačů. V menším se problémy týkaly například i Windows (neexistoval 64bitový ovladač, fungovalo jen DirectX 9). S grafikou Intel by nyní měly mít Atomy stejně kvalitní podporu jako běžné procesory.

Atomy Z3000 – obrazové výstupy

Bay Trail-T podporuje současný provoz dvou obrazovek. Vedle eDP či DSI pro zabudované LCD může být vyveden port HDMI, nebo DisplayPort 1.2. Ten nicméně nezvládá rozlišení 4K – jeho datový tok je omezen na 10,8 Gb/s, takže maximální rozlišení je oněch 2560 × 1600 bodů (totéž platí i pro interní displej). Realizovatelné by měly být i porty DVI, s těmi se ale asi na tabletech setkáme stěží. HDMI zřejmě podporuje pouze standardní rozlišení 1920 × 1080 bodů. Přes porty HDMI a DisplayPort může čip posílat také audio, což se bude hodit třeba pro připojení k televizím. Bay Trail je také připraven na panely s podporou technologie Panel Self Refresh, které samy obnovují obraz, aniž by se muselo aktivovat CPU či grafické jádro.

Atomy Z3000 – technologie DPST 6.0

Grafika Atomů Z3000 má v rukávu ještě jeden pěkný trik pro snížení spotřeby zařízení. Jedním z hlavních žroutů energie v každém mobilním zařízení je LCD a jeho podsvícení, takže je záhodno jas obrazovky pokud možno tlumit. Grafika čipů Bay Trail-T při ztlumení podsvětlení zvedne jas a kontrast digitálního obrazu tak, aby částečně vykompenzovala úbytek jasu na fyzickém panelu. Pochopitelně tím fyziku neošidíte, takže obraz nebude tak dobrý jako při intenzivnějším podsvitu, měl by ale vypadat čitelněji a přirozeněji. Díky tomu by měl být přístroj dobře použitelný i při ztlumeném podsvětlení. Pro tuto techniku je nicméně třeba, aby byla intenzita podsvětlení nastavitelná lineárně, takže bude fungovat, jen pokud výrobce tabletu zvolí vhodný LCD panel.

Atomy Z3000 – akcelerace videa

Blok pro akceleraci videa podporuje plné dekódování nejdůležitějších formátů: H.264, MVC, VC1 (a tím zřejmě i WMV9), MPEG-2, MPEG-4 ASP a H.263 (čili DivX/XviD), MPEG2, MJPEG a VP8. Chybějící podporu nastupujícího formátu H.265 budeme muset Intelu odpustit, neboť tento standard se ještě nerozmohl a podpora v čipech přijde až v budoucnu. Bay Trail také podporuje ochranu HDCP pro přehrávání chráněného videa. Hardwarové enkódování videa je podporováno pro formáty H.264 (profil High) a částečně MPEG-2, kde není akcelerace úplná a vyžaduje spolupráci CPU. Obvod také umí různé druhy post-processingu.

Atomy Z3000 – zpracování obrazu

O potenciálně značně náročné zpracovávání obrazu z kamery se stará zvláštní programovatelný obvod. Zvládne obsluhovat dva signály o rozlišení 8–13 megapixelů (tedy přední a zadní kameru, ale možné je zřejmě i stereoskopické zapojení), celkově má mít „hltnost“ až 275 megapixelů za sekundu. Filtrovat video dokáže třeba za účelem stabilizace třesoucího se obrazu, omezení šumu při chatrném osvětlení a podobně. Díky tomuto procesoru dokáží Atomy Z3000 snímat 1080P video při 60 snímcích za sekundu.

Výchozí vytížení

Turbo přiděluje dostupné TDP grafice a jednomu jádru CPU

Čipy Z3000 budou mít také pokročilejší správu napájení než předchozí Atomy a díky tomu by u nich mělo i lépe fungovat turbo. Spolu s lepší architekturou CPU by tak procesor měl vyvíjet vyšší výkon při jednovláknové zátěži a také dosahovat lepší odezvy uživatelského rozhraní. Čip automaticky zvyšuje frekvenci jader (nebo GPU), pokud mají rezervu v příkonu, proudovém odběru a teplotě. Turbo spravuje zároveň energetický „rozpočet“ CPU i celého zbytku čipu. Procesor tak může zrychlit na úkor nejen grafického jádra (nebo vice versa), ale také dalších integrovaných komponent, například procesoru kamery.

Čip nepoužívané bloky odpojuje od proudu (technologie Power Gating), aby v nich zbytečně neztrácel energii (a nevyráběl teplo). Jak je při různých typech zátěže distribuována aktivita a spotřeba v čipu, si můžete prohlédnout na sérii demonstračních snímků.