Архитектура Atom: очередное исполнение и "Hyper-Threading"
Процессоры Atom используют новую архитектуру, хотя и со старыми технологиями. Это первый процессор x86 от Intel с очередным (вместо внеочередного, out of order execution) выполнением команд со времён Pentium, который появился ещё в 1993 году. Все другие процессоры Intel, начиная с P6, используют внеочередное выполнение.
Очередное выполнение
Чтобы не вдаваться в детали, представьте процессор как устройство, которое получает инструкции друг за другом и размещает их на конвейере. В очередной архитектуре инструкции выполняются в том порядке, в котором они поступили. А во внеочередной архитектуре порядок инструкций, выдаваемых на конвейер, можно менять, чтобы они выполнялись максимально эффективно. Преимущество внеочередной архитектуры в том, что можно снизить число ожиданий. Например, если у вас есть инструкция простого вычисления, инструкция обращения к памяти и ещё одна инструкция простого вычисления, то в очередной архитектуре они будут выполнены друг за другом, а во внеочередной архитектуре процессор может выполнить два расчёта параллельно с длительным доступом к памяти, что экономит время. Но весьма удивительно то, что обычно очередная архитектура отличается коротким конвейером, а у Atom она насчитывает 16 ступеней, что в ряде случаев приводит к недостаткам.
"Hyper-Threading"
Технология "Hyper-Threading" появилась ещё с процессором Pentium 4. Она позволяет выполнять два потока одновременно, оптимизируя загрузку конвейера. Конечно, это не так эффективно, как два физических ядра, но технология заставляет ОС считать, что процессор может обрабатывать два потока одновременно, и это может повысить производительность компьютера. На процессоре Atom с длинным конвейером и старой очередной архитектурой "Hyper-Threading" работает весьма эффективно, технология позволяет существенно повысить производительность без ощутимого влияния на TDP. Intel заявляет о повышении энергопотребления всего на 10%.
Вычислительное ядро
Во всём остальном Atom оснащён двумя ALU (блоки выполнения целочисленных вычислений) и двумя FPU (блоки выполнения вычислений с числами с плавающей запятой). Первый блок ALU выполняет операции сдвига, а второй - переходов. Все операции умножения и сложения, даже с целыми числами, выполняются на блоках FPU. Первый блок FPU очень простой и ограничен операциями сложения, а второй отвечает за операции SIMD и умножения/деления. Для 128-битных расчётов первая ветка используется в паре со второй (обе ветки 64-битные).
Intel оптимизировала базовые инструкции
Если вы посмотрите на число тактов, которые требуются для выполнения инструкции, то обнаружите кое-что интересное. Некоторые инструкции быстрые, другие - (очень) медленные. Инструкции "mov" или "add", например, выполняются за один такт, как и на Core 2 Duo, а инструкции умножения (imul) занимают пять тактов в отличие от всего трёх у микроархитектуры Core. Что ещё хуже, 32-битное деление с плавающей запятой, например, занимает 31 такт по сравнению со всего 17 (или почти половиной) у Core 2 Duo. На практике - и Intel это подтверждает - Atom оптимизирован для быстрого выполнения основных инструкций, то есть процессор резко снижает производительность на сложных инструкциях. Это можно проверить, просто запустив Everest (для примера), у которого есть инструмент для измерения времени выполнения инструкций.
Кэш и FSB
Intel выбрала весьма необычную организацию Atom, но без ущерба производительности, что немаловажно для процессора с очередной архитектурой.
24 + 32 кбайт: асимметричный кэш
Кэш первого уровня Atom составляет 56 кбайт: 24 кбайт для данных и 32 кбайт для инструкций. Подобная асимметрия, весьма удивительная для Intel, является следствием структуры кэша. Intel использует восемь транзисторов для хранения одного бита в отличие от шести транзисторов в стандартном кэше. Данная технология позволяет снизить напряжение, прилагаемое к кэшу для сохранения информации. Похоже, подобный переход на ячейки с восемью транзисторами был сделан в самом конце, когда дизайн процессора уже был близок к завершению, поэтому для того, чтобы уместить кэш в прежние границы, его размер был уменьшен - это и объясняет 24 кбайт для данных.
 |
Кэш L2 512 кбайт, уменьшаемый
Ёмкость кэша L2 составляет 512 кбайт, он работает на той же частоте, что и процессор. Кэш 8-way классический и довольно близок по производительности к тому, что использовался в Core 2 Duo (его задержка составляет 16 тактов по сравнению с 14 у Core 2). Одна из новых функций заключается в том, что части кэша могут автоматически отключаться, если программе не требуется много кэш-памяти. На практике кэш переходит из режима 8-way в 2-way, то есть с доступного объёма 512 до 128 кбайт. Подобная техника позволяет сэкономить ещё несколько драгоценных милливатт.
 |
 |
FSB: два режима работы
Процессор Atom использует ту же шину FSB, что и другие процессоры Intel со времён Pentium 4. Она работает в режиме с учетверённой передачей данных (Quad Pumped, QDR) и сигнальной технологией GTL. Интересно: Atom использует другую сигнальную технологию - режим CMOS. GTL работает эффективно (шина может достигать частоты 1 600 МГц QDR), но потребляет немало энергии, а CMOS позволяет снизить напряжение шины. Технически GTL использует резисторы для улучшения качества сигнала, но они вряд ли так необходимы, за исключением высоких частот. С процессором Atom и шиной, ограниченной 533 МГц (QDR), можно перейти в режим CMOS - резисторы будут отключены, а напряжение шины снизится в два раза. На данный момент только чипсет SCH поддерживает режим CMOS у FSB.
Энергопотребление: тесты и теория
Энергопотребление для данной платформы Intel критически важно, поэтому было сделано много шагов в сторону его снижения. Кроме чипсета, который потребляет много энергии по сравнению с процессором, сам Atom обзавёлся многими интересными функциями.
Шина и кэш
Как мы уже говорили, Intel немало поработала над шиной и кэшем. Был разработан другой режим для шины (CMOS), а кэш может автоматически отключать свои участки в зависимости от нагрузки. Подобные функции позволяют снизить энергопотребление, как и очередная архитектура и ячейки 8T SRAM кэша L1.
Состояние "C6"
Помимо снижения напряжения процессора до 1,05 В, у Atom появился новый режим ожидания "C6". Напомним, что режимы "C" (от 0 до 6) являются состояниями с низким энергопотреблением, и чем больше цифра, тем меньше энергии потребляет CPU. В режиме "C6" весь процессор практически полностью выключен. Остаётся активной только кэш-память объёмом несколько килобайт (10,5), чтобы сохранять состояние регистров. В данном режиме кэш L2 опустошается и отключается, напряжение питания падает всего до 0,3 В, и только небольшая часть процессора остаётся активной, чтобы обеспечить пробуждение. Процессор переходит в режиме "C6" примерно за 100 микросекунд, то есть быстро. На практике, как заявляет Intel, режим "C6" активен на протяжении 90% всего времени, что снижает общее энергопотребление (вполне понятно, что если вы запустите программу, которая нагружает процессор, или даже будете смотреть видеоролик на Flash, то процессор в этот режим не перейдёт).
Следует отметить, что оба чипсета Intel, которые можно использовать с процессорами Atom N200, потребляют немало энергии: Atom 230 использует i945GC, который потребляет 22 Вт (4 Вт для CPU), а Atom N270 поставляется с i945GSE, который "сжигает" 5,5 Вт (2,4 Вт для CPU).
![Отзывы об Intel Atom в Клубе экспертов THG [ 38 отзывов]](/forum/images/icons/icon5.gif){kind=icon}
