Журнал `Компьютерра` №739

FERRMA: Алло, центральный? Часть 2: Мобильные процессоры

Автор: Олег Нечай

В отличие от рынка настольных процессоров (см. "КТ" #735), ситуация в стане мобильных чипов гораздо более определенная. Объясняется это просто: если десктопные чипы не только поставляются сборщикам компьютеров, но и в больших количествах поступают в розничную продажу, то мобильные чипы - редкие гости на прилавках магазинов.

В свою очередь, сборщики ноутбуков не склонны использовать устаревшие модели, поскольку высочайшая конкуренция на рынке портативных компьютеров моментально оставит таких производителей "за бортом". В результате на рынке присутствуют, за некоторым исключением, лишь модели последнего поколения, поэтому разобраться в ассортименте мобильных чипов не трудно, хотя и здесь есть нюансы. Начнем, как и в первой части, с продукции лидера.

Мобильная технология Intel Centrino, впервые представленная корпорацией Intel в 2003 году, стала де-факто основной платформой для портативных компьютеров практически всех производителей. Процессор Pentium M (Banias), положенный в основу Centrino, оказался столь удачным, что AMD долго не удавалось оправиться от удара, а VIA вообще практически ушла с рынка ноутбучных процессоров, сосредоточившись на специфическом сегменте встраиваемых систем, мини-ноутбуков и, частично, UMPC.

Сегодня мы имеем дело уже с четвертым поколением мобильной технологии Centrino, которое называется Centrino Duo (или Centrino Pro - в случае поддержки дополнительных средств безопасности Intel vPro). Напомним, что в ее состав обязательно входит центральный процессор, набор системной логики (со встроенным графическим ядром или без него), а также модуль беспроводной связи WiFi. Нынешнее поколение Centrino (кодовое название Santa Rosa) - это двухъядерные процессоры Intel Core 2 Duo на основе ядер Merom или Penryn, набор системной логики серии Intel Mobile 965 Express (кодовое название Crestline), а также беспроводной адаптер, работающий в диапазонах IEEE 802.11a/b/g и draft-n.

Процессоры Merom представляют собой двухъядерные чипы, появившиеся еще летом 2006 года. По сути, это мобильная версия десктопных Conroe с улучшенными энергосберегающими функциями. Принципиальное отличие Merom от мобильных процессоров предыдущего поколения - поддержка 64-разрядных расширений EM64T, которая уже давно присутствовала в настольных чипах Intel. В процессорах реализованы технология энергосбережения Enhanced SpeedStep и технология виртуализации VT.

Кстати, кодовое название Merom было придумано разработчиками процессора из израильского подразделения Intel - слово merom (????) на иврите означает "высь, небесное блаженство". (В это трудно поверить, но в разработке этого процессора принимала непосредственное участие моя одноклассница из Саратова, которая в довольно юном возрасте переехала на ПМЖ в Израиль. Надеюсь, летом взять у нее интервью. - С.В.)

Первые Merom, входившие в состав платформы Napa, могли работать с системной шиной 667 МГц, имели 2 или 4 Мбайт кэш-памяти второго уровня и термопакетом 34 Вт. Процессоры выпускались по 65-нм технологии и были рассчитаны на установку в разъем Socket M (он же Socket 479).

Чипы Merom второго поколения, которые, собственно, и входят в состав Santa Rosa, появились весной 2007 года: они уже поддерживали 800-мегагерцовую системную шину, обзавелись 4 Мбайт кэш-памяти L2 и предназначались для установки в новый процессорный разъем - Socket P.

Наряду с "обычными" Merom второго поколения были выпущены ультранизковольтные модификации (ULV), рассеивающие меньше 14 Вт. Чуть позже появились одноядерные разновидности U2100 и U2200, рассчитанные на 533-мегагерцовую шину. Термопакет обоих чипов составляет всего-навсего 5 Вт.

Самая последняя разработка инженеров Intel - процессоры Core 2 Duo на основе ядра Penryn. Они тоже устанавливаются в разъем Socket P и работают с системной шиной 800 МГц. Принципиальных отличий от Merom у Penryn два: более совершенный 45-нм технологический процесс с использованием диэлектриков на основе гафния и поддержка набора мультимедийных инструкций SSE 4.1. Этот набор дополнен 47 новыми по сравнению с SSE 3 мультимедийными инструкциями, призванными оптимизировать работу с разнообразным цифровым контентом.

Процессоры получили 6 Мбайт кэш-памяти второго уровня (за исключением моделей младшей серии T8xxx, где L2 - всего 3 Мбайт) и термопакет, не превышающий 35 Вт.

Скажем несколько слов и о прочих составных частях технологии Centrino. Семейство наборов системной логики Mobile 965 Express (Crestline) состоит из двух моделей: GM965 со встроенным графическим ядром GMA X3100 и PM965, рассчитанного на работу с дискретным видеоконтроллером. Среди технических характеристик этих чипсетов следует отметить поддержку системной шины 800 МГц, оперативной памяти типа DDR2 533 и 667 объемом до 4 Гбайт, а также технологий Intel Dynamic Acceleration (IDA - для работы с пользовательским интерфейсом Windows Vista Aero) и Intel Turbo Memory (использование флэш-памяти для ускорения загрузки и работы системы). Существует также модификация GL960, предназначенная для недорогих систем на базе процессоров Celeron M, о которых чуть позже. Она имеет встроенное видеоядро GMA X3100, поддерживает шину 533 МГц и память DDR2 533 объемом до 2 Гбайт.

В качестве модуля беспроводной связи в составе Santa Rosa используется плата mini-PCIe c длинным названием Intel Wireless WiFi Link 4965AGN.

У мобильных Core 2 Duo, как и у одноименных настольных процессоров, есть бюджетный вариант - Celeron M. Современные Celeron M - это одноядерные процессоры на базе микроархитектуры Core. Чипы 400-й серии построены на ядре Yonah, а модели 500-й серии - на ядре Merom. Все эти процессоры выпускаются по 65-нм технологии, оснащены мегабайтом кэш-памяти второго уровня и работают с системной шиной 533 МГц, однако лишь "пятисотые" поддерживают 64-разрядные расширения EM64T. Антивирусная защита Execute Disable Bit присутствует во всех "селеронах". В отличие от "полноценных" Core 2 Duo, в Celeron M нет поддержки технологии энергосбережения Enhanced SpeedStep и технологии виртуализации VT.

"Пятисотые" Celeron M довольно часто встречаются в бюджетных ноутбуках, и это вполне востребованные процессоры. Но в некоторых специфических изделиях вроде ультрамобильных компьютеров (UMPC) или недорогих субноутбуков Asus Eee PC можно встретить совсем другие чипы - например, Celeron M ULV 353. Эти процессоры - "половинки" от старых Pentium M на ядре Dothan, которые давно ушли с рынка. Тем не менее отдельные модели этих семейств еще выпускаются и, как видим, даже находят своего покупателя.

Новое поколение мобильной технологии Centrino 2, носящее кодовое название Montevina, должно быть представлено, по предварительной информации, 14 июля 2008 года. Первоначально планировалось провести ее презентацию сразу после выставки Computex 2008 (3-7 июня), однако в последний момент выяснилось, что документы по сертификации беспроводного модуля WiFi под кодовым названием Shirley Peak еще не готовы, а в чипсетах с интегрированной графикой GM45/GM47 обнаружилась некая ошибка. В результате первая партия новых процессоров (все на том же ядре Penryn) и набор логики без графического ядра будут представлены в середине июля, а другая половина компонентов новой платформы - не раньше августа. Появление гибридной модели беспроводного адаптера с поддержкой как WiFi, так и WiMax (кодовое название Echo Peak) ожидается еще позже.

Главными потребителями электроэнергии в ноутбуке, как и несколько лет назад, остаются центральный процессор и ЖК-дисплей (точнее, его подсветка). Однако за последние годы к ним присоединились еще и мощные дискретные видеокарты, даже при средней нагрузке с удовольствием уминающие по 5-10 Вт, а также модули беспроводной связи WiFi и Bluetooth, потребляющие примерно столько же, сколько и экран. В то же время энергопотребление дисплеев и процессоров заметно снизилось: типичное потребление современного ноутбучного дисплея с подсветкой флуоресцентными лампами - уже не 10, а 3-5 Вт, а со светодиодной подсветкой - и вовсе менее 2 Вт. Столько же - около 2 Вт - приходится на 2,5-дюймовый жесткий диск. Процессоры едят в среднем 15-25 Вт, а в режиме простоя на всю связку чипсет-процессор-память приходится меньше 2-3 Вт. Разумеется, при высокой нагрузке энергопотребление всей системы вырастает до пиковых значений, а при запуске 3D-игр основным потребителем может стать дискретная видеокарта, запросто пожирающая десяток с хвостиком ватт. В большинстве современных чипов, за исключением самых дешевых моделей, реализованы технологии энергосбережения, благодаря которым общее энергопотребление системы в различных режимах может отличаться в пять-шесть раз. Так же заметно отличается и время автономной работы ноутбука в зависимости от нагрузки. (Ну и давно замечено, что одна и та же конфигурация под Windows Vista съедает батарею ощутимо быстрее, чем под XP. - С.В.)

Помимо Centrino и Celeron, Intel выпускает еще одно семейство мобильных процессоров - Atom. Эта марка была официально представлена в минувшем марте, а первые пять моделей анонсированы в апреле.

В 2007 году в Intel впервые заговорили о разработке процессоров, ориентированных на портативные и карманные устройства. По предварительной информации, эти чипы носили кодовые названия Silverthorne и Diamondville и должны были выпускаться по 45-нм технологическим нормам. Довольно долго в Интернете ходили упорные слухи, что Atom будет иметь архитектуру RISC (Reduced Instruction Set Computing - с сокращенным набором команд) как более энергоэффективную, но инженеры Intel сохранили верность архитектуре CISC (Complex Instruction Set Computing - со сложным набором команд), и Atom стал таким же x86-чипом, как "пентиумы" и "коры".

В Intel предпочитают говорить не просто о процессоре, а о новой платформе - процессорной технологии Intel Centrino Atom (кодовое название - Menlow) для мобильных интернет-устройств (MID) и встраиваемых вычислительных решений. В состав этой платформы, помимо процессора, входит микросхема-чипсет Intel System Controller Hub с интегрированным графическим адаптером, известный под кодовым названием Poulsbo. В отличие от Atom, рассчитанного на самый передовой в настоящее время техпроцесс, Poulsbo выпускается по далеко не самой тонкой 130-нм технологии, и по размеру он чуть ли не вдвое больше процессора.

Встроенное графическое ядро поддерживает программные интерфейсы DirectX 9 и 10 и способно декодировать HD-видео форматов H.264, MPEG-2 и VC-1, а также фильмы формата Blu-ray с максимальным битрейтом, при этом энергопотребление в процессе декодирования H.264 не превышает 120 мВт. Единственное "но": графический адаптер способен выводить видео с разрешением до 1366х768, так что реальной картинки высокой четкости без дополнительной обвязки увидеть не удастся.

На сегодня Atom - самый маленький полностью x86-совместимый процессор Intel: размеры кристалла - 13х14 мм, а площадь чипа - менее 25 кв. мм. Процессор состоит из 47 млн. транзисторов и выпускается по 45-нм технологии. Он рассчитан на системную шину 400 или 533 МГц, поддерживает технологию виртуализации VT, технологию безопасности Execute Disable Bit, а также наборы инструкций SSE3 и SSSE3.

Первые пять процессоров под маркой Atom - это одноядерные сверхнизковольтные модели, известные ранее под именем Silverthorne. Они предназначены для использования в мобильных интернет-устройствах и смартфонах - их термопакет составляет от 0,65 до 2,4 Вт, а среднее энергопотребление - 160-220 мВт. У процессоров Silverthorne 16-ступенчатый конвейер - на две ступени больше, чем у Core 2 Duo. Объем кэш-памяти второго уровня - 512 Кбайт.

Младшие модели Z500 и Z510 работают на тактовых частотах 800 МГц и 1,1 ГГц, модель Z520 - на частоте 1,33 ГГц, Z530 - на частоте 1,60 ГГц, а Z540 - на частоте 1,86 ГГц. Две младшие модели рассчитаны на системную шину 400 МГц, а три старшие - на шину 533 МГц и дополнительно поддерживают технологию многопоточности Hyper-Threading. Экономические показатели младшей модели - 160 мВт энергопотребления в среднем и 80 мВт - в режиме простоя, термопакет - 0,65 Вт. Показатели остальных моделей - 220 мВт, 100 мВт и 2 Вт соответственно.

В июне ожидается презентация более мощных одно- и двухъядерных Atom, известных под кодовым названием Diamondville. Термопакет одноядерных моделей не будет превышать 4 Вт, а двухъядерных - 8 Вт. Такие чипы будут использоваться в дешевых ноутбуках вроде "двухсотдолларовых" школьных OLPC, а также в дешевых настольных ПК.

О производительности Atom говорить рано - не существует ни одного "живого" устройства, в котором бы использовался этот процессор. В ходе IDF 2008 были продемонстрированы несколько прототипов MID с 5-дюймовыми экранами, но в серийное производство пока ни один из них не запущен.

Актуальная линейка мобильных процессоров компании AMD включает в себя бюджетные чипы Mobile Sempron и двухъядерные Turion 64 X2. Одноядерные Turion 64 полностью сошли со сцены, и их место заняли Sempron - "половинки" Turion 64 X2.

Формально мобильные процессоры AMD, как и чипы Intel, входят в состав платформ, но об этом мало кто вспоминает, да и само объединение разнородных компонентов в платформы воспринимается просто как обезьянничество. Тем не менее порядка ради отметим, что Sempron и Turion 64 X2 на ядрах Richmond и Taylor относятся к платформе Kite родом из 2006 года, а чипы на ядрах Tyler и Sherman - к современной платформе Kite (ее иногда называют Kite Refresh), представленной в начале 2007 года. В июне текущего года ожидается появление мобильной платформы третьего поколения Puma, куда должны войти новые процессоры Turion Ultra.

В модельный ряд мобильных Sempron входят всего пять моделей с "индексами" производительности 3600+ (две модификации), 3800+ (две модификации) и 4000+. Чипы 3600+ работают на тактовой частоте 2000 МГц, 3800+ и 4000+ - на частоте 2200 МГц.

Процессоры изготовлены по 65-нм технологии SOI (кремний-на-диэлектрике), при этом младшие модели имеют версии, изготовленные по устаревшему 90-нм техпроцессу, - их можно отличить по маркировке, которая заканчивается буквами "CM". 65-нанометровые модификации имеют индекс, заканчивающийся на "-DN". 90-нм модели построены на ядре Richmond, 65-нм - на ядре Sherman.

Все Mobile Sempron поддерживают 64-разрядные расширения AMD64 и системную шину 800 МГц (HyperTransport - 1600 МГц), а также технологии Extended 3DNow!, Cool'n'Quiet, NX-Bit и наборы инструкций MMX, SSE, SSE2 и SSE3. Кроме того, в чипах реализована технология энергосбережения PowerNow! - аналог настольной Cool'n'Quiet.

Объем кэш-памяти второго уровня - 512 (4000+) или 256 Кбайт (3800+ и 3600+). Модели 4000+ и 3800+ рассеивают до 31 Вт тепла, а 3600+ - всего 25 Вт. Чипы рассчитаны на установку в разъем Socket S1.

В ноутбуках Mobile Sempron последнего поколения встречаются редко - автору этих строк "живые" компьютеры с такой экзотикой вообще не попадались. И это показательно: скорее всего "семпроны" доживают последние месяцы, ведь их модельный ряд не обновлялся с прошлого года и уже вряд ли будет обновляться.

Поголовье двухъядерных Turion 64 X2 не намного многочисленнее. Сейчас на сайте AMD в качестве актуальных указано одиннадцать моделей, причем четыре из них - это две модели в двух модификациях. Речь идет о модели TL-60, которая может быть построена как на ядре Tyler (65-нм техпроцесс), так и на ядре Taylor (90-нм техпроцесс), а также о модели TL-66 на базе Tyler, выпущенной в двух степпингах. 90-нм чип легко отличить по буквам "CT" в конце индекса.

Главное отличие Tyler от устаревших Taylor - встроенный двухканальный контроллер оперативной памяти, поддерживающий не только DDR2 667, но и DDR2 800. Чипы оснащены кэш-памятью второго уровня общим объемом 1 Мбайт (по 512 Кбайт на каждое ядро) и работают с системной шиной 800 МГц (HyperTransport - 1600 МГц). Термопакет всех моделей не превышает 35 Вт. Список поддерживаемых технологий и наборов инструкций - тот же, что и у мобильных "семпронов".

Двухъядерные Turion 64 X2 довольно популярны у производителей ноутбуков - эти процессоры с удовольствием используют такие гранды портативного компьютеростроения, как Acer, Asus, Dell и Toshiba. Благодаря традиционным для AMD более низким ценам, сборщики получают возможность предложить покупателям доступные ноутбуки, нисколько не уступающие по конфигурации моделям на основе Centrino. Кроме того, "турионы" нередко используются в бюджетных моделях как гораздо более привлекательная для ограниченного в средства потребителя альтернатива интеловским Celeron M.

В самое ближайшее время на смену Turion 64 X2 должны прийти новые двухъядерные Turion Ultra (ядро Griffin). "Ультратурионы" разработаны на базе все той же заслуженной архитектуры K8, но обладают рядом функций, позаимствованных у десктопных Phenom. Речь идет о новых технологиях энергосбережения - в частности, о трех раздельных линиях питания для каждого из ядер и встроенных контроллеров ввода-вывода, а также о режиме "очень глубокого сна". В остальном Turion Ultra будут мало отличаться от Turion 64 X2.

На 2002-2003 годы пришелся пик производства портативных компьютеров, построенных на основе процессоров и других комплектующих для настольных ПК. Тогда это объяснялось просто: десктопные комплектующие были неизмеримо мощнее ноутбучных и в несколько раз дешевле. Такой гибрид обходился в заметно меньшую сумму, а работал существенно быстрее, чем лэптоп на базе мобильных комплектующих. Сегодня разница как в цене, так и в производительности кардинально уменьшилась, но пока не исчезла. В то же время моделей на настольных процессорах стало гораздо меньше. В основном это ноутбуки класса "замена настольного компьютера" с большими экранами (больше 15,4 дюйма), полноразмерными клавиатурами и дискретными видеоускорителями. Среди подобных машин встречаются даже модели с дисковыми RAID-массивами! Основная задача разработчиков таких ноутбуков - уже не снижение цены, а создание максимально производительной конфигурации в удобном форм-факторе портативного компьютера.

В самом начале статьи мы вспоминали VIA Technologies, которая почти полностью ушла с рынка чипов для ноутбуков. Тем не менее продукция этой фирмы пользуется стабильным спросом у производителей встраиваемых систем и, что нам куда интереснее, у компаний, выпускающих ультрапортативные компьютеры (UMPC) и мини-ноутбуки. Речь идет прежде всего о процессорах VIA C7-M, которые оказались чрезвычайно удачным и экономичным решением для тонких клиентов, субноутбуков и UMPC.

Однако чип, ведущий свою родословную аж от VIA C3 образца 2001 года, уже порядком устарел, и с 2004 года в VIA Technologies разрабатывалась принципиально новая архитектура для универсального центрального процессора. В январе нынешнего года было, наконец, объявлено об окончании работ над архитектурой, получившей имя библейского пророка Исайи (Isaiah), а в конце мая были официально представлены первые пять процессоров под маркой Nano.

Удивительно, но буквально за пару дней до этого объявления компания представила мини-ноутбук VIA NanoBook на процессоре… VIA C7-M. Компьютер построен на платформе VIA OpenBook и представляет собой прямого конкурента популярного Asus Eee PC. Почему нельзя было показать NanoBook уже на базе процессора Nano?! Уму непостижимо!

Но вернемся к VIA Nano. Архитектура Isaiah изначально задумывалась с расчетом как на 64-разрядные приложения и технологию виртуализации, так и на многоядерные процессоры, при этом в VIA Technologies хотели сохранить главные достоинства чипов предыдущего поколения, к которым относятся достаточная для массового потребителя производительность в сочетании с низким энергопотреблением.

В основу чипа была положена суперскалярная архитектура с внеочередным выполнением инструкций и системой предсказания ветвлений, что позволило бы добиться высокой производительности. Для сравнения, Intel Atom куда проще по конструкции: здесь использована схема с последовательным выполнением инструкций. В VIA Technologies также утверждают, что архитектура Isaiah может похвастаться самым производительным на сегодняшний день вычислительным модулем для операций с плавающей запятой.

В VIA Nano реализованы фирменная энергосберегающая технология PowerSaver и режим С6, при котором отключается питание встроенной в чип кэш-памяти. К встроенным в чип системам безопасности относится аппаратный комплекс VIA PadLock, включающий в себя генератор случайных чисел для создания ключей и усовершенствованную систему шифрования данных стандарта AES.

Процессоры VIA Nano делятся на две серии: модели с индексом L предназначены для массовых настольных и мобильных компьютеров, а низковольтные модели с индексом U - для компактных настольных ПК, мини-ноутбуков и ультрапортативных компьютеров. Пока представлены лишь пять одноядерных моделей с тактовыми частотами от 1,0 до 1,8 ГГц, но в дальнейшем ожидается появление и многоядерных чипов. Максимальное энергопотребление, в зависимости от модели, составляет от 5 до 25 Вт, а в режиме ожидания все Nano потребляют не больше 0,1 Вт.

Очевидно, что главным конкурентом VIA Nano станет Intel Atom, при этом у "нано" есть все шансы обойти "атом" по производительности и составить реальную конкуренцию не только AMD Puma, но даже Intel Centrino 2. Впрочем, триумфального шествия Nano по миру ожидать не стоит: у авторов этого чипа просто нет физической возможности завалить своими процессорами весь мир, как это делает Intel, - те же Nano выпускаются по заказу VIA на заводе Fujitsu.

Собственно, они гонятся, но не так легко, как настольные процессоры. Иной раз куда проще серьезно разогнать дискретную видеокарту (при помощи специальных утилит вроде ATI Tray Tools или PowerStrip), чем повысить частоту центрального процессора хотя бы на несколько мегагерц. В чем тут дело? А дело - в блокировке изменения множителя и установки нештатных напряжений на уровне BIOS, ведь такие эксперименты могут привести к нестабильной работе и выходу всего ноутбука из строя. Но самое главное препятствие к разгону заключается в том, что компактная система охлаждения, тщательно рассчитанная конструкторами скорее всего не справится с охлаждением разогнанного ЦП, и в результате может пострадать практически вся начинка компьютера. А кому из производителей охота менять новенький лэптоп, стоящий кругленькую сумму, только из-за оверклокерского азарта покупателя? Впрочем, любители этого опасного занятия утверждают, что вполне допустимо разгонять мобильный ЦП на 5-10% при помощи утилит вроде CPUCool или ClockGen, однако существенного роста производительности вы не заметите, так что в разгоне просто нет смысла. А вот опасность "поджарить" ноутбук совсем не призрачная.