Intel Moorestown: s Atomem do boje proti ARM

Atom střídá Atom

Atom střídá Atom

Úterý 4. května se do kronik zapíše jako den, kdy Intel pokořil další laťku. Jeho procesory už obývají výkonné pracovní stanice, servery, notebooky, pomalé minibooky (netbooky), ale na trhu má řešení také pro AV elektroniku a datová úložiště. Poslední tři platformy jsou založeny na procesorech Atom. Tento týden uvedl Intel další jeho variantu, tentokrát směřující na přenosná zařízení, MID, smartphony a tablety.

Nové platforma Intel Moorestown je logickým nástupcem starší Menlow, která byla vlastně první Atomovou. Příliš se nerozšířila, i když její ambice také směřovaly k malým přenosným „internetidlům“, trh s chytrými telefony nemohla ohrozit. Přesto jsme se dočkali zajímavých zařízení – opravdu miniaturní notebook Sony Vaio P, QWERTY smartphone Gigabyte M528, HTPC Fit-PC2 a několik minibooků (třeba Asus S121).

Problém byl, že i když se jednalo o nejúspornější platformu rodiny x86, stále by neudržela takový telefon v chodu déle než pár hodin. Také chyběla softwarová platforma s vlastním ekosystémem. Ano, díky x86 bylo možné provozovat běžná desktopová Windows, Linux a další systémy, ale žádný nebyl dostatečně přizpůsobený pro malé displeje a mobilní funkce. To se má s Moorestownem změnit.

Intel stále věří, že x86 má smysl i v těchto zařízeních, i když zde zcela dominuje rodina procesorů ARM. Ovšem i takové Intel vyráběl. V roce 1998 koupil divizi StrongARM od společnosti Digital Equipment Corporation a tyto procesory dále vyráběl pod značkou XScale. V listopadu 2006 ale výrobu prodal Marvellu za 600 milionů dolarů (zdroj: Intel). Nějaké licence na ARM ale stále vlastní, byť už to s procesory vzdal.

Dostáváme se zpět do roku 2010. Na poli chytrých telefonů zuří boj, který dost možná rozpoutal Apple s iPhonem. Pomalu také nastupují tablety, opět s Applem a jeho iPadem v čele. I když se už spoustu let prodávají Pocket PC a další komunikátory s Windows CE/Mobile a Tablet PC s klasickými Windows, zájem nebyl takový, abychom jej mohli nazvat boomem jako v současnosti.

A protože chytré telefony a zřejmě i tablety budeme chtě nechtě spojovat s procesory ARM, řešení Intelu je v tomto případě ještě chytřejší. (A především odvážnější.) Plán zní tedy následovně, zalepit díru, která v jejich produktech vznikla.

Parametry siláka

Parametry siláka

V prezentacích Intel slibuje, že se o 40 % sníží plocha čipů a o polovinu rozměry celé platformy. To už by se mělo vměstnat i do těla smartphonu s 3,8" úhlopříčkou a tloušťkou 15mm. Sníží se také spotřeba v nečinnosti, prý 50×. Také výroba by měla být levnější.

Jenže jak toho Intel dosáhl? Vyšší integrací a novými výrobními procesy.

Paměťový řadič, grafika, obvody pro akceleraci videa a výstup na displej se přesunul do pouzdra procesoru. Externí sběrnicí už je připojen pouze jižní můstek. O největší úsporu místa se postaralo grafické jádro, to přešlo z 130nm výroby na 45nm, čip tak může být klidně i desetinový. Jižní můstek je stále vyráběn 65nm procesem a dá se říct, že je to jeho derniéra v podobě zvláštního čipu. Příští rok přijde nová platforma Medfield, která bude tím pravým SoC (system on chip). Spojení procesoru a jižního můstku pod jedno pouzdro by prý bylo možné i dnes, ale rozdělení je méně problémovým řešením.

Langwell a Lincroft

Jádro pokrývá plochu asi 65 mm² a obsahuje 140 milionů transistorů. Pro srovnání, Atom Silverthorne (platforma Menlow) se s 47 miliony transistory vešel do 26 mm². Změnilo se pouzdro, FCMBA3 (13,8 × 13,8 mm) vystřídalo PBGA441 (13 × 14 mm). U Menlow ale skoro čtyřnásobnou plochu procesoru zabíral čipset (US15W a deriváty, 22 × 22 mm). Langwell se vešel do 14 × 14 mm.

Intel Z6xx „Lincroft“ – základ úspěchu

Do procesoru se přesunulo vše podstatné, přitom samotné jádro Atomu se tolik nezměnilo. Instrukční sada zůstala stejná, velikosti cache také. Stále podporuje Hyper-Treading pro druhé virtuální jádro a podobně jako Z5xx navíc Burst Performance Technology, což je takové Turbo pro chudé. V kritických okamžicích dokáže zvýšit svou frekvenci, ale jen do doby, než dosáhne určitého stupně vybití baterie.

Rodina Z6xx se dělí na dvě větve – verze pro smartphony bude mít maximální frekvenci 1,5 GHz, tabletová verze až 1,9 GHz. Výsledný takt ale bude stejně v rukou výrobců koncových zařízení.

Grafické jádro Intel GMA 600 vychází z platformy Menlow (GMA 500). Navrhli jej v Imagination Technologies a ve světě chytrých telefonů je znám spíše pod jménem PowerVR SGX 535. Najdete jej v iPhone 3GS, iPadu, Palm Pre a dalších. Šestistovka ale může dosáhnout frekvence až 400 MHz (SGX535 bežně používá jen 200 MHz). Jiné rozdíly nejsou známy. GMA 600 podporuje mobilní rozhraní DirectX 9.L, OpenGL ES 2.0, OpenGL 2.1 a OpenVG 1.1. Maximální výstupní rozlišení je 1366 × 768 px (LVDS transmitter u tabletů), nebo 1024 × 600 px (MIPI ve smartphonech). Paměť je sdílená.

Od PowerVR pochází také obvody VXD a VXE, které se starají o dekódování a enkódování videa. Dekódovat zvládne všechny moderní formáty MPEG-4 AVC (H.264), MPEG-4 ASP, VC-1 i MPEG-2 v rozlišení 1080p (zdroj: ImgTec). Enkódovat (obraz z kamery) umí do H.264, H.263 a MPEG-4 ASP v rozlišení 720p.

Paměťový řadič podporuje 400MHz moduly Low-Power DDR1 (smartphone) a 800MHz DDR2. V případě chytrých telefonů se to může zdát málo, neboť konkurenční ARM Cortex-A9 už DDR2 umí i v této oblasti, ale Intel tvrdí, že platforma je mnohem více závislá na rychlosti výpočtů než limitující paměti.

Intel MP20 „Langwell“ – můstek s vlastní logikou

Jižní můstek je kompletně překopán. Intel odstranil zbytečná rozhraní (třeba PCI, SATA) a zůstaly jen důležité vstupy a výstupy využitelně v mobilním prostředí. MP20 je vyráběn 65nm procesem v továrně TMSC.

Podporuje USB 2.0, SD/SDIO paměťovky, rychlé SSD (přes ATA) a zpracování obrazu z foťáků – zadní 5MPx a přední VGA (640 × 480 px) pro videohovory. Pro vyšší rozlišení bude třeba použít externí obrazový procesor. HDMI výstup umí rozlišení 1080p. Intel MP20 vnitřně řídí 32b RISC procesor.

Zvukový engine zvládne enkódovat AAC-LC a PCM, dekódovat navíc ještě MP3, WMA9 a HE-AAC. Šifrovací procesor si poradí s AER, DES, RSA a dalšími algoritmy.

MSIC (Mixed Signal IC)  „Briertown“, Wi-Fi, 3G a takové ty blbiny

Briertown si nepředstavujte pouze jako jeden konkrétní čip, ale tu omáčku okolo. Řídí správu napájení, akumulátoru, komunikuje s periferiemi apod. Jednotlivé komponenty nebude jen vyrábět Intel, ale ostatní výrobci jako NEC (Renesas), Maxim nebo Freescale.

Teď už v zařízení máme minimálně tři velké křemíky. Přidejte ještě paměťový modul, NAND úložiště, ale ještě pořád to není kompletní mobilní platforma. Tou se stane, až s GSM/3G modulem, Wi-Fi, Bluetooth a dalšími sítěmi. Ty budou jednotliví výrobci zařízení dodávat sami, ale třeba Evans Peak od Intelu si poradí s Wi-Fi a/b/g/n, GPS, Bluetooth 2.1 a WiMAXem.

Výkon nemá konkurenci

Výkon nemá konkurenci

I když ještě Intel nikomu neposkytl finální výrobek, nebrání mu to srovnat výkon s konkurencí. Výpočty by měly být prováděny třikrát rychleji než stávající špička (1GHz Snapdragon/Scorpion, ARM Cortex-A8) a předstihne prý i chystaný dvoujádrový Cortex-A9.

Srovnání vykreslování webových stránek je ještě obecnější.

Pořád ale srovnává teoretický výkon smyšlených zařízení na vzájemně nekompatibilních platformách, takže dokud nebudou na trh hotové produkty, nemají grafy zase takovou váhu. Grafický výkon už je lépe porovnatelný. Na Moorestown už běžel třeba port Quake 3 Arena s rychlostí přes 100 fps (zdroj: YouTube). To jsme na jiných platformách neviděli, i když Nvidia na procesorech Tegra Quake také prezentovala.

U videa sice nevíme, co je Device A a B, ale pokud nový Atom zvládne 1080p video formát H.264 High Profile s datovým tokem nad 20 Mb/s, je to úžasné. (to však nabídne i budoucí ARM Cortex A9 od Nvidie, Marvellu atd.) Zvlášť, když Intel v tomto režimu slibuje spotřebu celého zařízení jen 1,1 W. Tím se pomalu dostáváme k otázce, jak moc je Moorestown úsporný.

Spotřeba na úrovni

V porovnání s Menlowem, který doteď platí za nejúspornější platformu Intelu, to není vůbec špatné. Zvláštní obvody a nová napájecí schémata se projeví hlavně v nečinnosti a přehrávání zvuku.

Intel v grafech také ukazuje, že ve spotřebě dokázal minimálně srovnat krok s konkurenčními ARM telefony.

Úsporná opatření

Úsporná opatření

Jak se ale povedlo snížit deficit obecně žravější architektury x86 na úroveň ARM? Říkejte tomu třeba Intelův balíček.

• pokročilejší výroba
• nové úsporné profily
• odstranění ryze desktopových součástí
• lepší správa napájení
• hardwarové akcelerátory

Aby procesory byly úsporné, přecházejí do různých provozních stavů, při kterých se vypínají jednotlivé součásti. C0 znamená plný výkon, C1, C2 a C4 jsou v tomto pořadí stále úspornější. Platforma Menlow přišla se stavem C6, který se pak dostal i do nové architektury Nehalem. V tomto režimu jsou vyprázdněny obě cache, PLL i hodiny jádra jsou zastaveny. Stav procesoru se uloží do malé SRAM paměti (zdroj: Intel). Jednotlivé přechody pěkně ilustruje tabulka na Anadtechu, čím nižší režim, tím více se ušetří na spotřebě, ale prodlouží se doba návratu do C0.

U Moorestownu jsou režimy C0–C6 označeny nově jako S0. Týkají se pouze samotného procesoru. Protože je však v pouzdře také paměťový řadič, GPU a další obvody, přibyly další dva režimy, které osekají právě tyto části. S0i1 je stav, kdy čtete nějaký dokument, webovou stránku, na které se nic nehýbe, takže se sníží frekvence a napětí. S0i3 pak deaktivuje všechny obvody kromě SRAM, GPIO a správy napájení, když necháte telefon jen tak ležet na stole.

Takhle vypadá procesor v různých režimech pod termálním senzorem. Devatenáct zón (Intel je označuje jako Islands [ostrovy]), každá pro jednu část Atomu.

V případě potřeby zvládne Atom zvýšit svůj výkon pomocí BPT (Burst Performance Technology). Je to taková obdoba technologie Turbo u desktopových procesorů, ale je šitá na míru těm mobilním. Procesor zvýší výkon, ale jen pokud nedosáhne kritické hranice teploty, spotřeby nebo zbývající výdrž baterky. Ale díky EIST to funguje i obráceně – CPU sníží výkon, když není potřeba.

Společně s frekvencí CPU klesá také takt sběrnice a GPU. Podstatným detailem je podpora těchto funkcí v systému. Intel nazval tuto technologii jako OSPM (Operating System Power Managment). Speciální ovladač figuruje mezi softwarem a hardwarem a říká, kdy je potřeba výkon a kde ne. To je rozdíl oproti dřívějšku, kdy procesor sám odhadoval, kdy asi přidá frekvenci.

OSPM pracuje v několika módech, např. přehrávání videa, zvuku, prohlížení internetu, 3G videohovor nebo úsporný režim. Tento správce napájení tak má plnou kontrolu nad funkcí procesoru i jižního můstku.

Svobodník Software

Svobodník Software

Stejně důležitou, ne-li podstatnější, složkou nové platformy je programová výbava. Ano, je to x86, takže na zařízeních může běžet běžné Windows, Linux, Solaris, *BSD atd. Ale pokud to Intel myslí vážně, potřebuje optimalizovaný software a kompletní ekosystém okolo. Vsadil na svobodný software, ale tvůrci Symbian OS, Androidu nebo jiných linuxových systémů by se určitě nepřetrhli, aby co nejlépe optimalizovali pro novou platformu. Ale Intel k tomu podnikl kroky už dříve, ač to nebylo příliš zřejmé.

V červenci roku 2007 Intel spustil stránky Moblin.org propagující nový systém postavený na Linuxu. Smysluplný obsah se ale objevil až v dubnu 2008, kdy Intel uvedl první Atomy. O měsíc později se do vývoje zapojila společnost Wind River, která měla Intelu pomáhat s nasazením software v automobilovém průmyslu (zdroj: Wind River). Za další měsíc oznámili další spolupráci, tentokrát to měla být volně dostupná i komerční verze Moblinu pro platformu Atom (zdroj: Wind River). První produkty byly plánovány na rok 2009.

V dubnu předal Intel projekt Moblin do péče neziskové agentury Linux Foundation a Wind River se dále staral o optimalizaci systému pro jejich hardware. Dva měsíce nato celou společnost 1600 zaměstnanci nakonec koupil (zdroj: Intel). V té době se taky objevila testovací beta-verze Moblinu 2.0 a v listopadu vyšla verze 2.1, která je aktuální dodnes.

Stále se jednalo o systém primárně určený pro netbooky a nettopy. Ledy se hnuly až letos v únoru. Intel ohlásil „spiklenectví“ s Nokií, z čehož vznikl projekt MeeGo. Intel dal na stůl Moblin, Nokia linuxový Maemo (znáte Nokii N900?) a bylo zaděláno na lásku, která přesahuje čas, vzdálenost Finsko-USA a snad i celý vesmír.

Tučňák v akci, zdroj: Moblin

MeeGo bude takovým hybridem, který bude vyvíjen pro architekturu x86 (Intel) i ARM (Nokia). Moblin i Maemo bude nějakou dobu asi nadále přežívat, ale největší vývojářská aktivita by měla směřovat právě k MeeGo. Prostředí převezme od Nokie (vývoj v Qt), ale pro zachování zpětné kompatibility s programy Moblinu zůstávají i toolkity pro GTK+ a Clutter. Díky Qt IDE na tom vydělá i druhá mobilní platforma Nokie – Symbian. (zdroj: MeeGo)

Vývoj aplikací i systému bude společný, i když si každý bude trochu hrát na svém písečku. Mimochodem, Intel má taky centralizovaný obchod se softwarem podobně jako Apple (App Store), Nokia (OVI store), Google (Android Market). Nazval jej AppUp.

První verze systému bychom se měli dočkat v druhé polovině roku. Hlavní stránka MeeGo slibuje, že s ním musíme počítat v netboocích, automobilech, přenosných zařízeních, smartphonech a chytrých televizorech.

Ti druzí

Proč na to jde Intel tak složitě, když je mobilních systémů celá řada a spousta z nich i otevřených, takže by nebyl velký problém portovat na jinou platformu? Odpověď neznáme. Intel oficiálně hovoří o Google Androidu, vždyť také Wind River optimalizuje i pro něj, Google by to nedělal.

Současný Symbian asi můžeme vyloučit. Je designován pro o několik tříd pomalejší procesory. Symbian S^3 ale podle mě visí ve vzduchu. A co uzavřený RIM/BlackBerry, Windows Phone/Mobile, webOS nebo iPhone OS? BlackBerry se nikdy netvářil jako výkonná platforma. Mobilní Windows se s absencí multitaskingu vrací do let dávno minulých a zatím nikdo neví, jak bude ona renesance úspěšná. Čím dál tím více je pravděpodobnější webOS. Ten nedávno koupil společně s Palmem Hewlett Packard a spekuluje se, že on by měl vyměnit Windows 7 na chystaném tabletu Slate.

A iPhone OS? Těžko by Apple přecházel na další architekturu u zavedeného systému (i když už to nedávno udělal, a také s Intelem), zvlášť když sám kupuje společnosti zabývající se ARM (viz nedávno Intrinsity). Pravdou ale je, že Intel by takovou podporu potřeboval. Vždyť, co by mohlo být dnes větší pákou v masovém rozšíření než iPhone/iPad?

Pár kroků od našich kapes

Pár kroků od našich kapes

Máme představu o hardwarové i softwarové stránce, ale jak budou vypadat konkrétní implementace? Intel zatím neřekl, jestli už má dohodu s některými velkými partnery, ale dvě cesty se otevřely. A to doslova. Ve Finsku se loni zrodila společnost Aava Mobile, která má v plánu tvořit open-source mobilní zařízení pro OEM trh. Ostatní hráči by se nemuseli zdržovat s vlastním návrhem, ale použili by třeba první dostupný model Aava.

Zdroj: Aava Mobile

 

Aava podporuje Moblin, MeeGo i Google Android. Více fotografií a videa zde.

Tablet pro lepší dýchání

Podobnou iniciativu slibuje OpenPeak. Také se chtějí mj. zaměřit na OEM trh, ale v portfoliu mají kromě smartphonů také tablety, rámečky, síťové prvky a cosi jako videotelefon.

Sedmipalcový OpenTablet 7, zdroj: OpenPeak

MeeGo a Moorestown nakonec určitě dostane i do netbooků a nettopů. Takový Dell už dříve podporoval Moblin, lze očekávat, že v propagaci bude dále pokračovat.

Cílem Intelu pro tento a příští rok by mělo být novou platformu dostat do podvědomí uživatelů. Zatím si kvůli ceně a velikosti brousí zuby na high-endová zařízení. Do střední třídy zasáhne až příští rok s nástupcem – Medfield. Do té doby ale potřebuje výrobky zmedializovat, dát jim „ksicht“. Tah s nettopy a netbooky se mu povedl, protože na trhu podobný hardware chyběl. Ale chytrých telefonů jsou mraky a v druhé polovině roku se dá očekávat i záplava tabletů. A k tomu Intelu nestačí jen silná značka a nálepka s Linuxem.

Zdroje: Tisková zpráva (Intel), prezentace a fotografie zařízení (Intel), preview Moorestown (Intel, PDF), Aava Mobile