Intel Atom

Intel Atom on väga väikse voolutarbega Inteli protsessorite bränd. Brändi tooted on x86 ja x86-64 keskprotsessorid (CPU) (või mikroprotsessorid), ehitatud 45 nm CMOS-tehnoloogial. Neid kasutatakse põhiliselt netbookides, nettopides ja mobiilsetes internetiseadmetes (MID-ides).

21. detsembril 2009 tutvustas Intel järgmise põlvkonna Atomi protsessoreid (sh N450), mille kogu voolutarvet oli langetatud 40%.

Ajalugu 
Intel Atom on otsene Inteli A100 ja A110 (koodnimega Stealey) vähese voolutarbega mikroprotsessorite järeltulija, mis ehitati 90 nm arhitektuurile. Stealy omas 512 kB L2-vahemälu (cache) ja töötas taktsagedusel 600/800 MHz, nõutav jahutusvõimsus (TDP) oli 3 W. Enne Silverthorne'i väljakuulutamist spekuleeriti, et Atom hakkab konkureerima AMD Geode süsteemikiip protsessoriga, mida kasutati projekti "Igale lapsele sülearvuti" (One Laptop per Child) raames ning hinna- ja voolutarbetundlikes seadmetes. Olgugi et Intel teatas 15. oktoobril 2007, et arendab teist mobiilset protsessorit koodnimega Diamondville, mis on mõeldud "Igale lapsele sülearvuti" tüüpi seadmetele.

Silverthorne'i hakati müüma Atomi nime all, tugikiibistikku kutsuti Centrino Atomiks (selle varasem koodnimi oli Menlow). Inteli esialgne Atomi pressiteade rääkis ainult põgusalt Diamondville'ist ja vihjas, et ka seda hakatakse kutsuma Atomiks. Kinnistades spekulatsioone, et Diamondville on lihtsalt odavam, kuid suurema jõudlusega versioon Silverthorne'ist, millel on veidi suurem nõutav jahutusvõimsus ja väiksem taktsagedus.

2008. aasta kevadel Shanghais Inteli arendajate foorumil (IDF – Intel Developer Forum) teatas Intel ametlikult, et Silverthorne ja Diamondville baseeruvad samal mikroarhitektuuril. Silverthorne'i hakatakse kutsuma Atom Z5xx seeriaks ja Diamondville'i Atom N2xx seeriaks. Kallimaid ja energiasäästlikumaid Silverthorne'i juppe hakatakse kasutama Inteli mobiilsetes seadmetes ja Diamondville'i kasutatakse odavates laua- ja sülearvutites. Demonstreeriti ka Mini-ITX tüüpi emaplaate. Intel ja Lenovo teatasid koos Atomi protsessoril baseeruvast mobiilse interneti seadmest IdeaPad U8. IdeaPad U8 kaalub 280 g ja sel on 4,8" (12 cm) puuteekraan, mis annab parema mobiilsuse kui netbook ja paremad veebikasutusvõimalused kui mobiiltelefon või pihuarvuti. 2008. aasta aprillis hakkas Intel pakkuma Atomil baseeruvaid emaplaate.

Saadavus 
Atomi protsessorid muutusid seadmetootjatele kättesaadavaks aastal 2008. Kuna nad on joodetud põhiplaadi külge nagu põhjasild ja lõunasild, ei ole need kodukasutajatele ega arvutikoostajatele eraldi müügil. Kuigi nad on saadaval joodetuna mõne ITX tüüpi emaplaadi külge. Diamondville'i Atomit kasutatakse järgmistes seadmetes: HP Mini seeria, Aigo MID, Asus N10, Lenovo IdeaPad S10, Acer Aspire One, Packard Bell "dot" (ZG5), viimastes ASUS Eee PC-arvutites, AMtek Elego, Dell Inspiron Mini seerias, Gigabyte M912, LG X seerias, Samsung NC10, Sylvania g Netbook Meso, Toshiba NB seeria (100, 200, 205), MSI Wind PC netbookides, RedFox Wizbook 1020i, Zenith Z-Book, teatud Aleutia lauaarvutites ja Archos 10.

Jõudlus 
Ühetuumalise Atomi jõudlus on sama taktsageduse juures umbes pool Pentium M-i omast. Näiteks Atom N270, mis leidub paljudes netbookides nagu Eee PC suudab teha 3300 MIPS-i ja 2,1 GFLOPS-i standard reeperi (benchmark) järgi. Võrrelduna sarnase taktsageduse (1,73 GHz) juures Pentium M 740 protsessoriga, mis suudab teha 7400 MIPS-i ja 3,9 GFLOPS-i.
Pineview' platvorm pole palju kiirem kui varasem Diamondville'i platvorm, sest Pineview kasutab sama Bonelli täitmistuuma kui Diamondville ja on endiselt ühendatud mälukontrolleri külge esisiiniga (FSB). Just seepärast pole palju protsessorijõudlust nõudvates programmides mälu latents ja arvutusjõudlus eriti paranenud.

Käsustikuarhitektuur 
Atom võttis kasutusele x86 (IA-32) käsustiku, x86-64 oli seni aktiveeritud ainult Diamondville'i lauaarvutitel ja mobiilsetel Pineview' tuumadel. Atom N2xx ja Z5xx seeria Atomi mudelid ei suuda x86-64 koodi käitada.

Bonnelli mikroarhitektuur 

Intel Atomi protsessorid baseeruvad Bonnelli mikroarhitektuuril, mis suudab täita kuni kaks käsku ühe tsükli kohta. Nagu ka paljude teiste x86 tüüpi mikroprotsessorite puhul, teisendatakse (CISC-käsud) lihtsamateks sisemisteks operatsioonideks (vahel viidatud kui micro-ops – mikrooperatsioonid, st efektiivsed RISC-tüüpi käsud) täitmise tähtsuse järjekorras. Enamik käske toodab teisendamisel ühe mikrooperatsiooni. Tüüpilised programmid, mis teevad mitmeid mikrooperatsioone, kasutavad umbes 4% käskudest. Käskude arv, mis toodavad rohkem kui ühe mikrooperatsiooni, on tunduvalt vähem just P6 ja NetBurst mikroarhitektuuri puhul. Bonnelli mikroarhitektuuris võivad sisemised mikrooperatsioonid omada nii mälupakette kui ka mälumahtu, olles ühenduses aritmeetilise loogikaseademe (ALU) operatsioonidega. Seega Bonelli arhitektuuris ei toimu mälust mällu kirjutamist, vaid ALU <--REGISTRID <-- RAM ja vastupidi. Olles seejuures sarnasem x86 tasemega ja palju võimsam kui mikrooperatsioonid varasemates disainides. See võimaldab suhteliselt hea jõudluse ainult kahe täisarvulise ALU-ga. Ilma käskude ümbertõstmiseta (instruction reordering), spekulatiivse täidesaatmise (speculative execution) või registrite ümbernimetamiseta (register renaming). Bonnelli mikroarhitektuur seega esindab osalist taaselustamise põhimõtet, mida kasutati varasemates Inteli disainides nagu P5 (mikroarhitektuur) ja i486, mille ainus eesmärk oli suurendada jõudlust vati kohta. Kuigi hüperhargtöötlust (hyper-threading) rakendatakse lihtsal (st väikse võimsusega) viisil, et hoida töös mõlemat käsukonveierit (pipeline) efektiivselt, vältides tüüpilisi ühe konveieri sõltuvusi.

Esimese põlvkonna tuumad

Silverthorne mikroprotsessor 
2. märtsil 2008 teatas Intel uutest ühetuumalistest Atom Z5xx seeria protsessoritest koodnimega Silverthorne, mida hakatakse kasutama ülimobiilsetes arvutites / mobiilsetes interneti seadmetes (MIDides), mis asendas Stealey (mikroprotsessorid) (A100 ja A110). Silverthorne protsessoril on IA arhitektuur, voolutarve 3 W ja 47 miljonit transistorit 25 mm² pindala kohta. See lubas mahutada ~2500 kiipi ühele 300 mm diameetriga pooljuhtplaadile (õhuke pooljuht toorikkristall nt. ränist), lubades üliökonoomset tootmist. Atom Z500 jõudlus hüperhargtöötlusega on võrdeline oma eelkäija Stealyga aga ületab ta programmides, mis oskavad kasutada samaaegset mitmik-hargtöötlust ja SSE3. Neid saab käitada taktsagedusel 0,8–2,0 GHz ja nõutav jahutusvõimsus jääb 0,65–2,4 W vahele, mis võib langeda tegevuseta olekus kuni 0,01 W-ni. Tunnusjoonteks on SMT (kahe probleemi samaaegne hargtöötlus), 16 astmeline korrastatud konveier (pipeline) 32 kB käsu L1- ja 24 kB andme L1-vahemälu, täisarv ja ujukoma täidesaate üksused, x86 eessüsteem, 512 kB L2-vahemälu ja andmeedastuskiirus 533 MHz esisiinil (FSB). Seda disaini toodetakse 9M (vahe kahe transistori vahel koos nende vahele jääva vaba ruumiga) 45 nm kõrgdielektrikkonstant (high-k) metallvärav CMOS ja paigutatud 441-ball (pinisesse) µFCBGA pakki.

Diamondville'i mikroprotsessor 

2. märtsil 2008 teatas Intel väikese voolutarbega Diamondville'i keskprotsessori variandist, Atom N2xx seeria. See oli algselt mõeldud netbookidele, et kasutada seda Classmate PC-tüüpi netbook'ides. Nagu eelkäijadki, on need ühetuumalised hüperhargtöötlusega.

N270 nõutav jahutusvõimsus(TDP) on 2,5 W, taktsagedus on 1,6 GHz ja esisiini (FSB) kiirus on 533 MHz. N280 taktsagedus on 1,66 GHz ja esisiini kiirus on 667 MHz. 22.09.2008 teatas Intel uuest kahetuumalisest protsessori (mitteametliku koodnimega Dual Diamondville) brändist Atom 330, osana Atom 300 seeriast, mis on mõeldud lauaarvutitele. Seda saab käitada taktsagedusel 1,6 GHz ja esisiini kiirusega 533 MHz ning nõutav jahutusvõimsus on 8 W. Ta kahetuumalisus tähendab seda, et koosneb kahest üksteise kõrval asetsevast Diamondville'ist ühel põhimikul. Atom 330 toetab 64-bitiseid käske. 2009. aasta jooksul kasutas Nvidia Atom 300 seeriat ja oma GeForce 9400M kiibistikku mini-ITX emaplaadil oma Ion-platvormi jaoks.

Teise põlvkonna tuumad

Pineview' mikroprotsessor 
21. detsembril 2009 teatas Intel N450, D510 ja D410 protsessoritest, mis on sisemise (On-die ODT) graafikaprotsessoriga (GPU). Uut protsessorit kasutavaid netbooke loodeti avalikult näha CES-il 04.01.2010 ja müügile lastuna 11.01.2010. Üks suuremaid plusse oli pikem aku kestvus, sest osad kuueelemendiste akudega süsteemid tagasid kuni 10 või enam tundi kestvust. Praeguse Atomi põlvkonna koodnimi on Pineview, mida kasutatakse Pine Traili platvormil. Inteli praegune netbooki platvorm (koodnimega Pine Trail-M) kasutab Atomi protsessorit (koodnimega Pineview-M) ja PCH-d (platvormi kontrolleri jaotur – platform Controller Hub) (koodnimega Tiger Point). Graafika- ja mälukontroller on viidud protsessorisse ja pandud kokku Tiger Point PCH-ga. See loob palju energiasäästlikuma kahekiibilise platvormi kui oli eelmise põlvkonna Atomi kolmekiibine.

01.03.2010 teatas Intel ametlikult N470 protsessorist, mille taktsagedus oli 1,83 GHz, esisiini kiirus 667 MHz ja nõutava jahutusvõimsusega 6,5 W.

11.01.2010 muutusid uued Atom N4xx kiibid kättesaadavaks. Neid kasutatakse netbooki/nettopi süsteemides, tunnuseks on integreeritud ühe kanaliga DDR2-mälu kontroller ja integreeritud graafika tuum. Lisaks hüperhargtöötlus ja endiselt 45 nm. Uus platvorm kasutab poole vähem energiat kui vana Menlow' platvorm. Tema suurus ja väike voolutarve teevad ta kasutamise palju ahvatlevamaks nutitelefonides ja MID-ides.
LinuxTECH.NET on kokku pannud ülevaate väljakuulutatud/väljalastud Pine Traili platvormi emaplaatidest.
23.12.2009 tutvustas MSI uut seeriat netbooke, mis lasti välja 2010. aasta jaanuaris – Wind U130 ja U135. Need mudelid on esimeste netbook'ide seas, mis kasutavad Pine Traili platvormi. Pärast seda on ka teised firmad, näiteks ASUS ja Dell, tutvustanud netbooke, mis kasutavad Pineview-M N4xx kiibistikku.
D4xx ja D5xx seeria toetab x86-64-bitist käsustikku ja DDR2-800. Seerial on integreeritud graafikaprotsessor, mis on sisse ehitatud keskprotsessorisse, et parandada jõudlust. Mudelid on suunatud nettopidele ja odavama klassi lauaarvutitele. Nad ei toeta SpeedStepi (tehnoloogia, mis lubab taktsagedust dünaamiliselt muuta).
Atom D410 protsessori tunnuseks on üks tuum, mida saab käitada taktsagedusel 1,66 GHz, 512 kB L2-vahemälu. D510 voolutarve on 13 W ja D410-l 10 W.

Lincrofti mikroprotsessor 
Oak Traili platvormil asetseb keskprotsessor Lincsoft (Z6xx) Whitney Point kiibistikuga. Oak Trail on SoC (süsteem kiibil) nagu Moorestown, mis on suunatud nutitelefonidele. Erinevalt Moorestownist on Oak Trailil PCI siin ja on võimeline käitama Windowsi. Oak Trail muutub Inteli sõnul kättesaadavaks 2011. aasta alguses. Lubatakse kuni 50% väiksemat keskmist voolutarvet, täieliku HD-kvaliteediga video mängimise tuge. Suunatud on MeeGo, Windows 7 ja Google'i operatsioonisüsteemidele.

Voolutarbe nõuded 

Olgugi, et Atomi protsessor on x86 protsessori kohta suhteliselt väikese voolutarbega, tarbivad mitmed kiibistikud, millega seda kasutatakse, siiski tunduvalt rohkem voolu. Näiteks N270 keskprotsessoril, mida tavaliselt kasutati netbookides 2010. aasta keskel, on nõutav jahutusvõimsus 2,5 W. Intel Atomi platvormil, mis kasutab 945GSE Expressi kiibistikku, on nõutav jahutusvõimsus 11,8 W. Olgugi, et protsessor kasutab väikest hulka kogu voolutarbest. Individuaalsed numbrid on 2.5 W N270 protsessor, 6 W 945GSE kiibistik ja 3.3 W 82801GBM I/O kontroller. Intel varustab ka US15W Süsteemi kontrolleri jaoturil baseeruva kiibistiku, mille kombineeritud nõutav jahutusvõimsus on alla 5 W koos Atomi protsessoriga Z5xx (Silverthorne), mõeldud kasutamiseks ultramobiilsetes arvutites / mobiilse interneti seadmetes. Olgugi, et mõni tootja on välja andnud kvaliteetseid väga õhukesi süsteeme, mida saab käitada selle seeria keskprotsessoritel (nt Sony VAIO X).

Algselt sisaldasid kõik turul saada olnud Atomi emaplaadid Intel 945GC kiibistikku, mis ainuüksi ise tarbib 22 W. 2009. aasta alguses pakkusid lõpptarbijatele madala voolutarbega 945GSE emaplaate, mis olid varustatud N270 või N280 keskprotsessoriga, ainult üksikud tootjad. Sellel ajal kui Sony VAIO P on eestvedajaks US15W kiibistikuga Z5xx seeria protsessoritele.

Tulevik 

Intel on just välja andnud uue versiooni Pineview Atomi kiibistikust (N455, N475, N550, D425 ja D525), mis toetab DDR3 mälu.
Intel on öelnud, et laseb välja uue Atomi platvormi 2011. aasta teises kvartalis netbookidele ja nettopidele, koodnimega Cedar Trail, mis toodetakse 32 nm tehnoloogial. Uue kiibi ja platvormi arendus algab 2010. aasta lõpus. Inteli väitel paistab uus kiip võrrelduna Pine Trailiga silma suurema taktsagedusega ja topeltjõudlusega, olgugi et detailid on napid. Platvormi koodnimi on Cedar View ja kuulujutud räägivad, et tal on topelt graafilist jõudlust võrrelduna praeguses Pineviews oleva GMA 3150.

Koostöö TSMC-ga 
Märtsis 2009 teatas Intel, et teeb uue Atomi protsessori tootmisel koostööd TSMC-ga (Taiwan Semiconductor Manufacturing Company).

Konkurents 
Otsene konkurent on AMD (Advanced Micro Devices) Athlon Neo, millel on suurem nõutav jahutusvõimsus (15 W) kui Atomil. Mõõtudelt on see 27 × 27 mm ja 2,5 mm paksust. Athlon Neo kasutab uut pakendit ASB1, mis on põhiolemuselt BGA (ball grid array), väiksema jalajäljega, lubades väiksemat disaini sülearvutitele ja langetades hinda. Protsessori taktsagedus on tunduvalt väiksem kui lauaarvuti ja teistel mobiilsetel kaaslastel, et saavutada madalat 15 W nõutavat jahutusvõimust, ühe tuumalise x86 keskprotsessoriga. Athlon Neo protsessorid on varustatud 512 kB L2-vahemäluga, HyperTransport 1.0-iga, mida käitatakse taktsagedusel 800 MHz.

Protsessorid, mis baseeruvad ARM (arhitektuur) versiooni 7 käsustiku komplekti arhitektuuril (nagu TI OMAP 3 seeria ja Freescale i.MX51 baseerumas Cortex-A8 protsessoril või Qualcomm Snapdragon ja Marvell Armada 500/600 baseerumas eritellimuslikul ARMv7 rakendustel), pakuvad sarnast jõudlust madalama astme Atomi kiibistikega. Kuid jämedalt võttes tarbivad ühe veerandiku voolu ja (nagu enamik ARM süsteeme) on ühe kiibiga süsteemid, mitte nagu praegused Atomi kahekiibised lahendused. Olgugi, et järgmine Atomi generatsioon, koodnimega Pineview peaks tugevalt tõstma Inteli konkurentsivõimet lahingus jõudlus vati kohta. ARM plaanib vasturünnakut ohule mitmetuumavõimelise ARM Cortex-A9 MPCore protsessoriga, mida teiste seas kasutatakse ka Nvidia Tegra 2, T.I. OMAP 4 seerias, ja Qualcommi järgmise põlvkonna Snapdragon seerias.

VIA Nano seeria on veidi üle keskmise Atomi soojuseritustaseme, aga pakub riistvaralist AES (arenenud krüpteerimisstandard – Advanced Encryption Standard) tuge, RNG-d (juhuarvugeneraatorit – random number generator), ja mitte järjestiku käsu täideviimist. Võrreldes Intel Atomi jõudlust VIA Nanoga on näha, et ühetuumaline Atom jääb alla VIA Nanole, mis omakorda jääb alla kahetuumalisele Intel Atom 330-le testides, kus kasutatakse teist tuuma.
Xcore86 (tuntud ka kui PMX 1000) on x586 baseeruv süsteem kiibil (SoC), mis on alla keskmise soojuserituse piiri võrreldes Atomiga.

Kenton Williston EE Timesist ütles, kuigi on tekkinud võimalus panna arvuti arhitektuure väiksemale, odavamale ja vähem voolu tarbivatele kujudele, mis avab Intelile uued turud, aga see ei tähenda, et Intel asendaks ARM-i tema praegusel turul.

Viited 

Inteli mikroprotsessorid