全部博文（2005）
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2009-09-24 13:18:29
Intel的Atom处理器在Netbook市场已经取得长足进展,而现在他们更加关注推动Atom和Linux实时操作系统到手机上,并预计在三年内推出适合手机的芯片装置.
英特尔之前表示将加强嵌入式操作系统、开发环境和对Moblin Linux发行版的支持.同时进行Xscale的收尾工作,开始Atom的工作进程.
英特尔正是出于这样的典型考虑开始Atom的设计的。他们于2004年建立了一支小型设计团队，这一团队是一支更大的团队的一部分，后者是在德州的 奥斯汀工作，远离公司在俄勒冈州和加州的传统研究基地。这一研究团队从一开始设计Atom的时候，立足点就是低价格、弱功能，而非像通常那样设计一种功能 强大的产品，然后再缩减能力，削减成本。
该公司此前也曾经有过类似的尝试，比如其根据Arm设计推出的XScale，就是试图作为无线电话处理器销售的。该公司最终在2006年将XScale部门作价6亿美元出售给了Marvell Technology Group Ltd.(MRVL)。
观察家们感兴趣的是，他们很想知道，英特尔这一次吸取了怎样的教训，以及Atom是否真的会成为预期中的小小引擎。
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Xscale卖给Marvell不到2年光景，完成转向的Intel再度对手持设备市场虎视眈眈。2008年3月3日，Intel向世人宣布即将重返首次 移动设备领域，并发布了ATOM CPU。新的CPU拥有有着超过2GHz的工作频率和对X86指令集的兼容，还将功耗降低到了恐怖的2W。究竟Intel用了什么魔法把ATOM功耗降低 到了2W？ATOM又能否在手持设备领域掀起翻天覆地的变革？本期的新技研将会带领各位深入ATOM CPU架构，一起探索移动计算的未来。
X86入住手机，Many Core计划的意外收获
对于技术达人来说，一定对2004年Intel宣布的Many Core计划记忆犹新。在2004年底和次年初的春季IDF上，Intel认为在四内核时代之后，处理器将会全面转向多内核（Many Core）时代——这里的多内核指的是一个CPU内部有几十甚至上百个CPU核心，每个核心的设计都较为简单，可以在有限的芯片面积内实现海量并行计算。 在Many Core提出3年后的2007年，Intel高调展示了Many Core的惊人成就：Tera-Scale CPU。这款拥有80个内核，浮点运算能力超过万亿次，采用了顺序执行、VLIW（Very Long Instruction Word，超长指令集）的CPU即便在3.16GHz频率下功耗也只有65W。2007年的ISSCC大会上Intel更是现场让Tera-Scale运 行在5GHz频率上，录得1.8Tflops的浮点运算能力。
作为Intel Many Core计划的重要成员，Tera-Scale固然有里程碑式的意义，但要在短期内把VLIW等截然不同的架构导入桌面，显然是不可能的事情。为了实现双 内核向多内核渐进式的过度，2004年秋天，Intel奥斯汀设计团队开始研究如何将X86处理器的芯片面积做的足够小，功耗做的足够低，以便在一个管芯 （DIE）中放入几十个内核。整个X86处理器“瘦身”计划在公司内部被称作Bonnell Core——Bonnell是奥斯汀地区最高一座山脉的名字。
也许是歪打正着，在研究过程中奥斯汀团队发现，新的CPU虽然未能实现几十个内核，但新设计让单个内核的功耗和体积都变得非常小，即便将他们放入手 机和便携设备中，它们仍然能在性能和功耗上取得优秀的平衡，就这样Intel奥斯汀团队在迈向Many Core的道路上，通过组合Bonnell内核、前端总线、二级缓存以外收获了代号Silverthorne的超低功耗处理器。
在Intel ATOM家族中Silverthorne处理器拥有最小的芯片面积和最低的功耗，即便频率达到2GHz，Silverthorne处理器的TDP也不过 2W。采用45纳米制程后，拥有4700万个晶体管的CPU芯片面积只有25平方毫米。作为第一款可用的手持设备X86处理器，Silverthrone 将会装入代号Menlow的MID (Mobile Internet Device，移动互联网终端) 设备中。这种比智能手机略大，又远小于UMPC的移动产品被Intel寄予厚望，希望能借此颠覆手机/PDA、笔记本电脑二元化的移动计算格局。
2GHz=2W，Intel的功耗炼金术
对于手持设备CPU来说，省电第一要务，接下来才是芯片体积、成本和性能。在Xscale处理器寿终正寝后，Intel认为当年采用ARM专利来生 产手持设备CPU并非明智之举（也有传闻指出Intel和ARM合作并不愉快）。由于Intel并不擅长ARM架构，所以Xscale刚问世就被Ti、高 通、博通、Samsung等厂商产品重重包围，即便借助Intel强大量产能力强行提升频率，最终还是落得衰败下场。在缴纳不少的学费后，Intel认为 只有把最擅长的X86 CPU引入手持设备领域，才能获得更大的竞争优势。而功耗只有2W的Silverthorne正是Intel梦寐以求的利器。
Silverthorne CPU的执行内核来自于Many Core研究计划的Bonnell Core，因此Silverthorne的内部体系结构和Intel现今所有CPU都不相同。和Intel其他CPU相比，该CPU最大的差异在于在运算 单元中采用16级顺序执行(In-Order)流水线来代替X86桌面处理器根深蒂固的乱序执行(Out of Order)流水线。顺序执行顾名思义就是按照指令的先后顺序轮流执行，顺序执行最大的缺陷在于一旦遇到短期内无法完成的指令，整个CPU就将陷入等待状 态。
而乱序执行则会打散指令的顺序，无需停下来等待之前指令输出结果。毫无疑问，乱序执行的效率要远远高于顺序执行，在极端情况下顺序执行的性能只有乱 序的30%。然而，更高的执行效率是要付出晶体管和功耗作为代价的，在采用顺序执行后同样CPU逻辑所需要的晶体管只有前者的五分之一。根据Intel奥 斯汀团队的说法，将Penryn（45nm版本core2 Duo）降频降压，能够在1GHz频率下获得3W的功耗，但是为了达到空闲时毫瓦级功耗的目标，Silverthorne必须改用顺序执行设计。
随着多内核技术的发展，用顺序执行减少单内核面积，通过集成大量内核进行海量并行，用高频率弥补性能缺陷，似乎已经成了业界共识——在近期问世的 IBM Power6、Intel Tera-Scale处理器都采用了这一设计理念，Intel更是在ATOM发布会上宣称在CPU设计领域，过去五年看“乱序执行”，未来五年看“顺序执 行”。在Silverthorne上我们还能找到久违的超线程技术（Hyper-Threading）。这个自P4以后就没露过脸的秘技能让 Silverthorne实现SMT（同步多线程）功能，以进一步弥补16级顺序处理器带来的性能下跌。
至于CPU的译码单元，Intel同样根据移动设备的需求进行了取舍。Silverthorne单周期最多只有2条指令的吞吐量，这个数字要小于单周期三发射的Pentium M处理器，仅和AMD K8 CPU相当。
受限于x86译码和指令发射能力，Silverthorne并没办法让大量执行单元长期保持满载状态。为此Intel采用了合并执行单元的设计。在 Silverthorne处理器上SIMD指令（SSE）、浮点指令（FP）、整数乘除（MUL）都将采用单一的执行单元完成，而不像core2 Duo处理器分开进行。
也许是考虑到顺序执行对性能造成的负面影响，Intel没有克扣太多的缓存——凭借32KB+32KB的L1 Cache和512KB L2 Cache，Silverthorne的缓存设计足以称霸整个手持移动处理器市场。必须指出的是，Silverthorne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，前者要耗费更多的芯片面积，但却有着更低的功耗。
纵观Silverthorne CPU整个架构，Evolife认为Silverthorne的性能将会略逊于Pentium M（Dothan）CPU，但却在功耗表现方面远远抛离后者。在成本方面，ATOM家族处理器表现出色；Intel可以在一块300mm晶圆上切割 2500块CPU，从而将每片CPU的零售价格降低到30美元以下。
下一战，手机？！
在Intel宣布ATOM CPU之后，许多人认为新处理器将会直接与ARM家族展开正面交锋，然后逐步渗透入手机市场。事实上即便是最低频率的Silverthorne CPU的功耗和体积，对手机来说仍然太大，另一方面X86在移动领域仍然缺少ISV（独立软件供应商）的支持。
Silverthorne所采用的体系结构注定CPU必须借助强大的编译器优化才能获得良好性能，在移动领域几乎所有手机厂商都采用ARM架构 32bit RISC指令集，要在短期内转向X86极为困难。另一方面，与Silverthorne配套的芯片组在功耗表现与体积上仍不容乐观，实在无法与ARM派抗 衡。、
尽管短期内Xscale后继无人，但这并不意味着X86会停止对ARM领地的渗透。在Silverthorne从无到有的4年里，Intel采用了 完全模块化的设计方法，整个CPU有94%的晶体管采用了标准库设计，这样就能随意增加减少CPU内部模块从而定制出各种各样的处理器。随着处理器制程进 化到32纳米后，ATOM家族才有望和ARM家族展开全面的争夺。2007年6月，Intel在CEO欧德宁在接受德文报纸《Frankfurter Allgemeine Zeitung》访谈中就多次强调Silverthorne的重要性，甚至将其和Intel历史上8088 CPU以及的Pentium处理器相提并论，由此我们不难看出Intel要用X86在移动市场击垮ARM阵营的决心。
早在10年前就有人惊呼X86受限于先天缺陷行将就木。10年后的今天，在半导体巨人的推动下，X86不仅牢牢的占据着桌面市场，还将触角渗透到了 手持设备与图形处理领域。凭借X86指令集庞大的开发基础，也许在未来3年内我们就能看到运行完整版Windows或者Linux的手机，ATOM的问世 只是这场革命的序幕。
