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英特尔的迅驰凌动(Atom)处理器详解析
作者:网络转摘 文章来源:网络转摘 更新时间:2008-6-21 14:46:01
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在台北2008电脑展上,英特尔的迅驰凌动(Atom)处理器终于在千呼万唤中发布。而基于Intel凌动(Atom)处理器的轻薄型电脑更是在展会中大放异彩。靓丽的模特们手持一款功能强大的便携式超移动互联网终端,就能体验到超快的处理性能、流畅的视频播放和精彩的画面,这令喜爱口袋型设备的消费者们无不惊喜不已。这款Intel迄今为止功耗最低、体积最小的处理器产品的出现,令我们真正的感受到了将互联网放进口袋中的快感。

● 迅驰凌动(Atom)处理器:

  英特尔发布的迅驰凌动(Atom)处理器与迅驰凌动处理器技术是英特尔的第一个移动互联网设备平台。凌动(Atom)处理器的尺寸小于25平方毫米,采用45纳米High-K CMOS制造工艺,内有4700万个晶体管,它是世界上最小的晶体管制造的英特尔处理器。


口袋中的移动互联网 凌动处理器详解析
迅驰凌动(Atom)处理器

  在性能上,英特尔凌动(Atom)处理器能耗低(热功耗为0.65-2.4瓦),具备533MHz与400MHz的前端总线,其能够达到800MHz-1.86GHz的处理速度,Atom处理器支持超线程技术,能够令数字媒体处理能力增强。

● Atom为什么出现

  一方面,超低功耗处理器之争日趋明朗,随着消费者对MID设备的要求越来越高,低功耗处理器市场的兴起使得威盛、NVIDIA等厂商都在积极地开发相应的芯片组产品以开拓这份市场。Intel作为处理器产业的龙头老大,自是得开发出相对应的产品与之抗衡。

  另一方面,由于Intel基于UMPC的专用处理器A110及A100在市场中变现平平,使得Intel决心开发一种新的低功耗、低成本且高效能的产品。并且,Intel在抛弃了受制于ARM架构的Xscale 后,也急需一款能运行Linux及Windows系统的能够兼容X86指令集的处理器,以更进一步的靠X86架构统一自己的地位。因此,基于酷睿2双核微架构,采用45纳米工艺制造的凌动(Atom)处理器便应运而生了。

● Atom系统架构解析

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  Atom与以往低功耗芯片相比,其基于一个完全不同的体系结构,它的设计初衷旨在减少电力的消耗。也正是由于这一点,该处理器使用了一个完全新的设计。Atom是Intel第一款“顺序执行”(in-order) X86架构处理器。之所以设计顺序执行,主要是因为英特尔由于受到动力来源和制造成本这两个因素的牵制,不惜降低了产品的性能,从而求得处理器更加优异的功耗。

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ATOM处理器核心内部结构图  

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ATOM处理器核心结构名称解读

  Atom拥有一级的56 KB高速缓存(包括24 KB的数据和32 KB的指令)和二级的512 KB缓存。运行在一个标准的英特尔总线下,其采用了与Pentium 4完全一样的系统。Bus的频率是400MHz或533MHz。Atom支持SIMD指令,如MMX 、SSSE3、EIST、和HyperThreading。不过,Atom拥有两个系列: Z5x0系列及N2X0系列,其中N2X0系列不支持EIST技术,并且HyperThreading也只适用于某些533 MHz QDR BUS型号。

● Atom全新设计释疑

  1.双指令并发+顺序执行+SIR指令

  Atom采用了超标量双指令并发+顺序执行的核心设计,并且Intel为其配备了两个解码器。这些解码器从一级缓存中拾取运算指令,通过解读指令包含的1跟0排序来翻译指令给CPU的命令。虽然每个解码器的能力都是一样的,但是每条指令均有一快一慢两条编译路径可选。


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Atom 核心功能图

  其实,Intel在奔腾pro之后,就开始采用了性能更强的乱序执行,但能耗的损失却是相对较大。因此为了得到更低的功耗,在Atom上我们看见了全新的顺序执行架构,其虽然造成了一定的性能下降但却节省了大量的能耗跟复杂的电路设计,从而耗能大为降低。当然Atom在未来也可能集成乱序执行引擎,但那需要更小制造工艺才有可能实现。

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  不过,Atom的顺序执行架构也有几分乱序执行的能力。那就是当Atom需要执行一条高延迟的浮点运算,而后面有跟着一条短延迟整数操作时,为Atom设计的一个全新算法SIR(安全指令识别)就可以先查看两条指令所需的数据是否有关联,如果没有关联,SIR就允许将后面的整数操作提前执行,从而节省时间提高效率。 

  2.指令优化及超线程设计

   在Atom处理器上,对于load-op-store 和 load-op-execution这类格式的指令,Atom的解码器都将其视为一个单一的微操作。这样被送往流水线处理的微操作就会合而为一,大大的节省了带宽。

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优化指令

  不过,虽然Atom具备了双指令并发的能力并且优化了指令集,但由于同一线程内的两条指令所占用的数据相互独立,所以很难同时执行两条指令。因此,Intel为Atom核心引入了超线程技术,让核心同时具备双线程的执行度。这使得HT技术明显的提高了性能,弥补了顺序执行架构的不足。

  3.低功耗的超长流水线设计

  奔四时代,处理器都拥有着超长的流水线,这使得当时必须获得更高的频率才能取得更好的性能。而到了酷睿时代,Intel精简了流水线,使得酷睿处理器仅仅只有14条流水线。从而执行效率大大提高,频率及功耗也大为降低。而这次,Atom具备16级流水线,其分支预测失误的惩罚为13级。事实上,这与Atom在设计上追求低功耗的原因是分不开的,好在Atom顺序执行的设计使其拥有简单的内部结构,并且更高的频率及超线程的设计保证了其性能没有损失。

  4.全新的电源模式

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Atom全新的待机模式

  Atom引进了一个新的待机模式C6。C模式可以设置(0到6)低功耗状态,数字越高CPU消耗越少。在C6模式下,整个处理器几乎完全禁用。甚至只有几KB的缓存记忆体保持注册状态的存储。在此模式下, L2缓存是空的不用的,供电电压下降到只有0.3 V,并且只有一小部分的处理器为了唤醒功能仍然活动。该处理器可以在大约100微秒进入C6的模式,很显然这速度很快。不过针对不同型号的处理器,这种电源模式的支持又有所不同,针对Netbook低价笔记本的Atom N270电源管理模式支持C0到C4状态。针对Nettop低价台式机的Atom 230电源管理模式仅支持C0和C1。

  5.非对称一级缓存

  从前文的核心架构的图解便可看出,Atom拥有结构不对称的一级缓存。在总计56K的一级缓存中数据占了24KB而指令拥有32KB。Atom采用了8个晶体管一位(Bit)的SRAM缓存设计,相对Core2 CPU的6个晶体管一位,较大面积的SRAM Cell耗电量跟所需运行电压都较低。这样一来,前者虽然耗费更多的芯片面积,但却有着更低的功耗。

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