SoC’овая терапия. Обзор универсальной платформы Bay Trail на примере процессоров Intel Celeron J1800/J1900 и ASUS J1800I-C/J1900I-C
В последнее время на рынке мобильных гаджетов постоянно выходят новые устройства, построенные на базе платформы Intel Bay Trail. Архитектура x86 хорошо себя чувствует не только в среде Windows, но и Android. А ведь было время, когда только ленивый не обращал внимания на тот факт, что процессорный гигант «проспал» рынок мобильных девайсов. И бытовало мнение, что Intel не сможет составить конкуренцию решениям ARM. Однако, как мы видим, ситуация меняется. Сказывается и большое число партнерских соглашений, ведь все хотят дружить с Intel.
Bay Trail — это платформа, построенная на базе абсолютно новой архитектуры. Предыдущая версия — Clover Trail (+) — была пробным шагом в создании подобных SoC. Как известно, она была основана на архитектуре Saltwell, которая, в свою очередь, была схожа с «древней» Bonell, выпущенной в далеком 2004 году. Отсюда и привязка к бренду Atom. Как известно, одноименные чипы появились вместе с новым типом мобильных устройств — нетбуками. Теперь же процессоры Atom призваны стать «птицами высокого полета», но уже на рынке гаджетов.
Все более глубокое проникновение x86-архитектуры в мобильный сегмент дает-таки шанс закрепиться Windows. И пусть сейчас эти попытки выглядят робко, однако с каждым новым поколением SoC от Intel будет расти функциональность и быстродействие редмондской операционной системы.
Bay Trail — это в первую очередь процессоры для мобильных гаджетов
Платформа Bay Trail не зря считается универсальной. Почти за год своего существования Intel представила модели не только для смартфонов и планшетов, но и для десктопов. В этой статье вы познакомитесь с возможностями 22-намоентровых систем-на-кристалле Celeron J1800/J1900, предназначенных для недорогих офисных компьютеров.
Однако SoC Bay Trail подойдут и для классических настольных решений
Обзор архитектуры Silvermont Итак, как я уже говорил, Bay Trail — это SoC, построенный на абсолютно новой архитектуре Silvermont. Для этого используется 22-нанометровый техпроцесс, хорошо знакомый по процессорам Haswell. Как известно, в сентябре Intel официально выпустила первые решения (тоже для мобильных устройств) на основе архитектуры Broadwell (поколение «тик»), которые соответствуют самым современным на сегодняшний день 14-нм нормам производства. Так что в будущем стоит ждать обновления систем-на-кристалле.
Intel Bay Trail
Собственно говоря, уже известно, что архитектуру Silvermont в конце жизненного цикла, а точнее, в этом году сменит 14-нанометровая Airmont. Это обновление можно будет считать «тик»-стадией, так как новые системы-на-кристалле будут использовать всю ту же архитектуру Silvermont, но перенесенную на новый техпроцесс. А вот «так»-поколение (новая архитектура, но на старом, отлаженном (14 нм) техпроцессе) — Goldmont — появится в следующем году. Следовательно, можно заявить, что процессоры Bay Trail являются своеобразной точкой отсчета, новой вехой в истории компании Intel.
Кристалл Intel Bay Trail
Да, архитектура Silvermont базируется на 22-нанометровом техпроцессе, однако он все же отличается от тех норм, которые предъявляются настольным решениям на базе архитектуры Ivy Bridge и Haswell. Производство SoC считается более глубоким, так как во главу угла ставится не высокая частота, но возможность использовать сверхнизкое напряжение для переключения транзисторов. Естественно, частоты Bay Trail ниже, чем, например, у Haswell. Используются не трехмерные транзисторы P1270, а P1271, «заточенные» под низковольтные системы. Но в целом для создания кристалла используется та же технология.
Использование 22-нм транзисторов при создании Bay Trail
Под глубиной производства также подразумевается возможность использовать несколько металлических слоев межсоеднинений, что, в свою очередь, может положительно сказать на итоговой стоимости продукции. Плюс технология позволяет создавать участки с более высокими напряжениями и увеличенной толщиной оксида. Такой подход может понадобиться, например, для реализации инструментов ввода/вывода.
Разная глубина межсоеднинений
Как известно, Clover Trail (+), а также SoC-предшественники выполняли инструкции исключительно последовательно. Однако с появлением архитектуры Silvermont появилась возможность изменения очередности их исполнения. Таким образом, системы-на-кристалле еще приблизились к ARM, которые уже достаточно давно используют внеочередной блок исполнения команд.
Правда, из-за этого инженерам Intel пришлось отказаться от своей популярной технологии Hyper-Threading. Поэтому создавать многоядерные конфигурации SoC в Bay Trail приходится исключительно за счет физических носителей. Так, в процессорах Atom прошлого поколения HT помогала загружать исполнительные устройства, которые простаивали. В Silvermont присутствует небольшое количество исполнительных устройств, поэтому необходимости в этой технологии нет. Даже наоборот: одновременная поддержка внеочередного исполнения и Hyper-Threading может привести к ухудшению пропускной способности физических ядер.
Увеличить эффективность параллельной обработки данных позволяет и новый набор команд. Так, появилась совместимость с AES-NI, SSE 4.1 и SSE 4.2. Новые Bay Trail поддерживают виртуализацию VT-x.
Все решения на базе архитектуры Silvermont на аппаратном уровне могут работать с 64-битным кодом.
Возвращаясь к вопросу о структуризации физических ядер в процессорах Bay Trail, нельзя не заметить, что Intel использует модульную структуру, схожую с той, которая применяется в APU AMD. Есть ячейка, в ее состав входят два ядра, а также 1 Мбайт кэша второго уровня. Топовые SoC могут вместить до четырех таких модулей. Следовательно, самая «большая» система-на-кристалле имеет восемь вычислительных ядер и 4 Мбайт кэша второго уровня. Однако, что касается процессоров Atom, то самыми ходовыми считаются четырехъядерные модели с 2 Мбайт L2-памяти.
Кристалл процессора Intel Atom Z3000
Связь между модулями в одном кристалле теперь осуществляется за счет новой шины IDI (in-die interconnect). Раньше процессоры Atom использовали фронтальную шину. Данный интерфейс очень напоминает кольцевой интерфейс, который используется во «взрослых» центральных процессорах, однако имеет топологию типа точка-точка. Через эту же шину идет связь с остальными контроллерами SoC.
Принцип взаимодействия модулей Bay Trail
Давайте еще немного углубимся в особенности архитектуры Silvermont и изучим исполнительное ядро. Так, исполнительный конвейер способен декодировать две инструкции за такт. За счет улучшения результативности предсказания удалось добиться более эффективной входной части исполнительного конвейера. А именно исполняющие буферы получили большую емкость, плюс было улучшено детектирование в коде циклов, а также архитектура обзавелась поддержкой предсказаний косвенных переходов. Наконец, была изменена организация очереди уже декодированных инструкций, состоящей из 32 макроопераций. Теперь при ее полном наполнении стало возможным отключение некоторых блоков выборки и декодирования.
Сам исполнительный конвейер сократился до трех команд, что является большим плюсом для тех команд, которым не требуется обращение к кэш-памяти. Следовательно, некоторые этапы конвейера можно пропустить. Как известно, в предыдущем поколении систем-на-кристалле Atom использовался 16-шаговый конвейер для целочисленных и логических операций. Новые SoC способны выполнить инструкции за 14 шагов. Плюс в случае неправильного предсказания операция откатывается всего на 10 шагов назад, а не на 13, как это было у Saltwell.
Модуль операций с плавающей точкой был расширен до 128 бит. Однако умножение выполняется лишь поделившись на две 64-битные части.
Архитектура Silvermont поддерживает внеочередные пересылки. При этом загрузки и выгрузки данных могут выполняться параллельно, даже несмотря на наличие всего одного AGU.
Исполнительное ядро Silvermont
Платформа Clover Trail (+) в качестве встроенного графического ядра использовала систему PowerVR SGX, которая среди обывателей заработала, мягко говоря, не самые лестные отзывы. В новом поколении Intel перешла на использование классической HD Graphics. Конечно, она несколько упрощена, нежели кластер, который используется в десктопных процессорах семейства Core. Однако ее вполне хватает, чтобы реализовать, например, в планшетах разрешение 2560×1600 точек. Конкретно Celeron J1800 и Celeron J1900 оснащены HD Graphics с шестью исполнительными устройствами.
Раз уж я заговорил о видеовозможностях Bay Trail, то стоит отметить, что платформа поддерживает видеовыходы HDMI 1.4 и DisplayPort 1.2. А встроенный декодер может работать с такими форматами, как MPEG2, MVC, VP8, VC1 и, конечно же, H.264. Поддерживается графика вплоть до разрешения Ultra HD с битрейтом до 100 Мбит/с. Также Bay Trail поддерживает технологию аппаратного кодирования видео в формат H.264 Quick Sync. А вот это уже очень приятный бонус!
Блок-схема системы-на-кристалле Bay Trail
Новые Bay Trail обзавелись двухканальным 128-битным контроллером оперативной памяти DDR3. Поддерживается ОЗУ формата LPDDR3 и DDR3L с эффективной частотой до 1333 МГц. В теории пропускная способность памяти увеличилась вдвое в сравнении с Clover Trail (+).
Система-на-кристалле оснащена новым контроллером камеры. Он поддерживает съемку в формате 1080p с частотой 60 FPS. Плюс модуль имеет аппаратный цифровой стабилизатор с компенсацией вращений. Контроллер может работать либо с одной 24-мегапиксельной камерой, либо с двумя, но с матрицами от 8 Мп до 13 Мп.
Чип Bay Trail имеет встроенные контроллеры PCI Express и USB 3.0.
Версии Bay Trail для планшетов, ноутбуков и десктопов
В самой Intel заявляют, что пропускная способность ядра архитектуры Silvermont стала на 50% быстрее, чем аналогичный параметр у SoC Saltwell. С учетом дополнительно возросших частот вот и получается обещанное кратное превосходство новых систем-на-кристалле над старыми. Выглядит весьма убедительно, особенно на фоне микроскопического прироста производительности между поколениями настольных центральных процессоров.
Страница №2: «Процессоры Intel Celeron J1800/J1900», «Платформы ASUS J1800I-C/J1900I-C», «Тестирование», «Конкуренты и аналоги», «Вывод»
Полный текст статьи читайте на Ferra.ru
