Nový SoC procesor Atom: x86 jo, PC jenom trochu
Psal se rok 2007, když Intel odpověděl první generací procesoru Atom na potřebu úsporných procesorů pro levné mini-notebooky. Do té doby byly malé počítače doménou profesionálů na cestách a patřily k těm nejdražším. ASUS to se to všechno rozhodl změnit a produkoval nejedno levné zařízení postavené na osekaném jednojádrovém Celeronu s nízkou frekvencí okolo 800 MHz a starou čipovou sadou. To byla chvíle, kdy Intel uznal, že existuje poptávka po něčem jako Atom.
Normálně se o produktech říká, jak dlouhou cestu od nějaké doby ušly. Atom je spíše opačný případ. Dlouho totiž pouze přešlapoval na místě. Z původního jednojádrového čipu s taktem 1,6 GHz a in-order zpracováním instrukcí (charakteristickým v rámci x86 spíše pro stařičkou 486) se za několik let stal pouze menší, ale podobné výkonný čip.
Později došlo k připojení na novější čipovou sadu šitou na míru nízké spotřebě a do Atomu se integrovala vlastní grafika. Intel použil licencovaný produkt (PowerVR) známý z mobilů – primitivnější a pomalejší než původní GMA950 (s rozdílem možnosti akcelerovat HD video). Poslední změnou bylo přidání druhého výpočetního jádra a navýšení taktu grafiky. Ostatní procesory ovšem po stránce výkonu ušly větší kus cesty a Atom ztrácel na procesory Core víc a víc.
UltraBook s Atomem?
O to více mě překvapilo, když Intel oznámil, že pod jeho marketingovým názvem UltraBook se budou moci schovávat také dotyková zařízení poháněná Atomem. Do teď byl Atom přece doménou nejlevnějších mini-notebooků s cenou od 5 tisíc. Proč jej tedy cpát do produktů, které se tváří jako prémiové?
Doufal jsem, že odpověď najdu už kdysi na tiskovce Intelu, ale pomocí testu Cinebench jsem si ověřil, že nový Atom v UltraBoocích je stejně rychlý jako Atomy z levnějších mininotesů.
Před koncem roku jsem dostal do ruky první UltraBook/tablet s novým Atomem a měl konečně možnost ověřit, v čem spočívá kouzlo zařízení s touto platformou.
System-on-chip
Intel si je dobře vědom, jak dlouhý vláček mu ujíždí s masivním použitím architektury ARM v mobilech a tabletech, případně všemožných ledničkách, autech a multimediálních zařízeních. Jde o větší trh než v případě počítačů a notebooků (i když s podstatně menší marží). Ignorace takového trhu však může být časem fatální a v Intelu nejsou takoví pitomci, aby si toho nevšimli. Nejnovější Atom má být konkurencí výkonným ARMům.
Výkon, který Atom nabízí, sice je na poměry počítačů a notebooků slabý, ale při porovnání s ARMem pořád patří mezi to nejlepší. Minimálně pokud jde o výpočetní jádra. Ať se to někomu líbí, nebo ne, velkou výhodou Atomu je, že do svého mikrokódu umí převádět instrukce pro architekturu x86 (bez 64bit instrukcí kvůli spotřebě) a jeho firmware je navržen tak, aby do určité míry simuloval chování současné podoby platformy PC.
Ve všem ostatním však jde o procesor vytvořený v koncepčním pojetí ARMu. Doposud byly procesory v PC (byť notebookového provedení) propojeny s čipovou sadou a s dalšími zařízeními komunikovaly po rychlé univerzální sběrnici PCIe. Jenže tohle všechno znamená řadu čipů (víc místa na desce) a obsluha klasických sběrnic dělá návrh čipu složitější a energeticky náročnější. Jestli má Atom bojovat s ARMy, musí se v některých ohledech změnit.
Hlavní změnou je koncept jednoho centrálního čipu, který nabízí pouze omezenou komunikaci s ostatními zařízeními, nejlépe ze sady podporovaných typů na připravených vývodech. Atom se tváří, že PCIe podporuje, ale jde pouze o interpretaci vnitřního propojení mezi procesorem a grafickým jádrem. Z pouzdra tato sběrnice vyvedená není, z čehož plyne, že nové SoC provedení zcela jistě neuvidíte na klasických zmenšených základních deskách s možností připojení jakýchkoli karet.
Místo toho ven vede několik I2C sběrnic pro komunikaci s ostatními čipy (GPS, gyroskop a další minimálně datově náročné komponenty). Tam, kde je potřeba větší datový dok (třeba zvukový kodek), se využije jednoho ze tří sériových přenosů UART (necelé 4 Mb/s). Jsou tu ještě nějaká další rozhraní (včetně USB 2.0) a jednoúčelové výstupy (například pro interní displej a HDMI). Intel samozřejmě chce, aby šlo procesor využít také pro různá průmyslová a jednoúčelová nasazení, a proto implementoval vodiče rozhraní GPIO (General Purpose I/O), přes které lze Atom propojit s jinými čipy a přenášet větší objemy dat. Tím to ovšem končí.
Kromě sběrnice PCIe zmizelo také připojení disků pomocí rozhraní SATA. Takové rozhraní vyžaduje nějakou logiku na straně počítače i disku, což znamená jen další spotřebovanou energii. Řešením je integrovaný řadič SD I/O a podpora eMMC (přímé připojení paměťového čipu vícebitovým kanálem pro vyšší rychlost). Tím je vyřešené interní úložiště, možnost připojit paměťové karty i komunikace s datově náročnějšími zařízeními (přes SD I/O se připojuje Wi-Fi modul).
V případě datového úložiště je úspora jasná. K eMMC kanálu lze připojit paměťový čip bez dalších komponent. Je to levnější, úspornější, ale také pomalejší. V UltraBooku, který jsem testoval, byly rychlosti pouhých 80 MB čtení a 30 MB zápis sekvenčně. To je podle mě větší brzda než výpočetní výkon procesoru – jsem zvědav, čím budou vybavena konkurenční zařízení.
Zajímavostí je, že Atom sice je x86 procesor, ale zařízení s ním není tak docela plnohodnotné PC. Z dokumentace vyplývá, že je přizpůsoben nárokům pro běh Windows 8, a to nejen faktem, že zařízení s ním pracují výhradně v režimu UEFI, ale také tím, že některé starší funkce, které se v PC drží z důvodu kompatibility, jsou buďto emulovány firmwarem, nebo je systém vůbec nepodporuje.
Nicméně na rozdíl od zařízení s ARMem zůstala zachována otevřenost, pokud jde o instalované operační systémy, takže lze vypnout Secure Boot a standardním způsobem (UEFI) zavést jiný systém. Teď to chce ovšem počkat, než se třeba zmíněný Linux adaptuje na změny, které byly na straně SoC Atomu provedeny. Celkově je to větší jistota i třeba s výhledem na další verze stejného operačního systému. U zařízení s Windows RT totiž pochybuju o pozdějších možnostech upgradu OS.
Podstatně nižší spotřeba
Všechny tyto změny měly pouze jediný cíl, a tím je snížení spotřeby. Výsledek mě velmi mile překvapil. Celé zařízení (ASUS VivoTab TF810) s 11,6“ IPS panelem, klávesnicí a touchpadem si při vyšším jasu displeje a on-line práci bez většího omezování řekne o 2,5-3 W. Při pouhém čtení dokumentů s polovičním jasem je ovšem spotřeba zařízení okolo 1,5 W. Nemá cenu zmiňovat, že největší žrout je v tomto případě IPS displej. S jednou baterií (29 Wh) se v případě ASUSu pohybovala výdrž od 8 hodin až po nějakých 13. S druhou baterií v části s klávesnicí (23 Wh) nebyl problém dosáhnout výsledku nejméně o polovinu vyššího. To není špatné na tablet s hmotností 695 g, případně mini-notebook s hmotností 1,37 kg.
Výsledky spotřeby více méně odpovídají ARM zařízením na platformě NVIDIA Tegra 3 (ta se používá v zařízeních s Windows RT). Výpočetní výkon Atomu je ovšem vyšší (bez ohledu na fakt, že má jen dvě jádra, proti čtyřem u NVIDIE). Dnes už existují i úspornější ARMy, ale výsledky výdrže se zas tak neliší právě kvůli spotřebě displeje a dalších potřebných komponent.
Nehlučné chlazení
S nízkou spotřebou souvisí další výhoda – nulová hlučnost. Všechna zařízení s Atomem mají flash úložiště a nepotřebují aktivní chlazení. Nic se v nich netočí a nenajdete ani typické výdechy chlazení.
Potěšilo mě, že po přiložení ucha se u mého kusu neozývalo ani jemné vysokofrekvenční „crčení“, které se ještě dnes objevuje u některých notebooků napříč výrobci. Rázem se zapnutí zařízení pozná jen podle rozsvícení displeje.
Omezení
Vedle nízkého výpočetního výkonu (na úrovni Core2 Solo 1,3 GHz) a pomalejšího způsobu připojení interního úložiště je potřeba počítat s tím, USB je pouze ve verzi 2.0 a nelze připojit rychlejší řadič USB 3.0. Další omezení přináší paměťový řadič, který pracuje s úspornými paměťmi LPDDR2 (800 MHz efektivně), neboť má dva kanály a na každém může být připojeno buď 512 MB, nebo 1 GB. Přes maximum 2 GB operační paměti se tedy nedostanete.
Závěrem
Po původní silně skepsi mě Atom mile překvapil. Jsou činnosti, kdy se neobejdu bez vysokého výkonu procesoru (u mě konkrétně mixování koncertních nahrávek, kterým trávím poslední dobou většinu dne). S tím často souvisí i nutnost aspoň dvou velkých monitorů a dalšího příslušenství. K něčemu podobnému se zařízení s Atomem celkem jistě hodit nebude.
Na druhou stranu na cestách si člověk kolikrát vystačí i s málem. Výkon Atomu stačí na plynulé načítání stránek a běžnou kancelářskou práci. Tablet s ním však může být stejně těžký a tlustý jako kterýkoli jiný s ARMem. Jako člověk, který především tvoří, bych docela ocenil tenký 11“ mini-notebook s pasivním chlazením, hmotností do 1,2 kg a výdrží 15 hodin. Něco podobného jsem čekal od zařízení s Windows RT, jenže ten systém je značně omezený a kvůli problémům s přístupem k API jsou vývojáři třetích stran odkázáni na dělání primitivních aplikací v rozhraní Metro.
To samé v podání Atomu a klasických Windows 8 zachovává všechny výhody mobility a spotřeby, ale ještě k tomu přidává, že si můžete spustit jakýkoli klasický program, a tím může být klidně staré účetnictví pro DOS.
Nečekám, že by teď snad měl Atom rozdrtit veškerou konkurenci mezi ARMy. To je naprostý nesmysl. Určitě ovšem nepůjde o slabého hráče na trhu, a to nejen mezi systémy s Windows. Budoucnost navíc nevypadá vůbec špatně – Intel urychlil vývoj Atomu a v průběhu letošního roku by měla přijít nová verze s přepracovaným výpočetním jádrem a hlavně novou grafikou – licencované PowerVR s výkonem ani ne GMA X3100 půjde konečně pryč a nahradí jej něco přímo od Intelu.
Ještě nás určitě čeká spousta zajímavých překvapení. Vždycky potěší, když se výrobci činí, kvůli fungující konkurenci.
NoteBookBlog.cz
Retrocomputing
1. r4in 7.1.2013 18:08:35
Mno nevím. Intel je podle mě ve velké nevýhodě už z logiky věci. ARM je sice pomalý, ale to se o něm ví, takže se developeři i uživatelé můžou přizpůsobit. Navíc u něj probíhá přirozená výkonová evoluce, tj. nová řešení bývají výkonnější při zachování kompatibility, takže starší aplikace jedou rychleji. Stručně řečeno – koupím si nový tablet a v rámci platformy mi tam jedou nové i staré aplikace.
To u x86 bohužel neplatí a od příchodů netbooků existuje „dvojkolejnost“ systému, kdy stolní PC procházejí běžnou výkonovou evolucí, zatímco Atomová zařízení výkonem postupují velice pomalu a jsou pořád nějakých pět let pozadu za desktopem, což je problém jak pro developery – mám narvat do programu spoustu funkcí za cenu vyšších nároků, nebo naopak optimalizovat pro netbooky za cenu toho, že na desktopech si pak lidi ztěžovat na nedostatek funkcí? – tak i pro uživatele, protože musí zkoumat, které programy na takovém zařízení pojedou a které ne. Třeba ona zmíněná PowerVR je sice slabá, ale na ARMech pro ni vznikla řada (i graficky zajímavých) her. Pochybuju, že s výkonem pod X3100 nějaká x86 3D hra na ni rozumně pojede.
Podle mě tohle řešení sklidí úspěch spíše u technicky zdatnějších jedinců, kteří ví, co chtějí, tj. spouštět specifické a ne moc náročné x86 aplikace, což je IMO notně vymírající skupina. Pokud totiž něco nepotřebuje moc velký výkon a má o to zájem více lidí, nic nebrání tomu, aby vznikla ARM alternativa (např. základní Office suite, PDF reader, přehrávač videa, ebook reader a další). To, co dělí x86 od ARMu – náročné aplikace typu video editor, pokročilá grafický procesor ad. – na něčem takovém stejně nerozchodím.
Pasivní chod je fajn, vysoká výdrž taky, ale to je jenom dorovnání karet s ARMem. Intel je pořád o „generaci pozadu“: Cloverview je mířen proti Tegře 3, ale dneska Nvidia představila Tegru 4. Taky je potřeba vzít v potaz cenu – řešení na Cloverview jsou dražší (někdy i výrzně) než Tegra 3 a ten rozdíl se v průběhu roku ještě zvýší. Pak je tu provázanost s Windows 8, který není přijímán zrovna s otevřenou náručí.
Osobně bych si zařízení postavená na této platformě nevsadil.
2. swarm 7.1.2013 19:22:40
[1] To je pouze jeden úhel pohledu. x86 nemusí být nutně spjaté s Windows a celkem pravděpodobně ani nebude. Podívej se na Android – ARM není jeho výhradní platforma, běží i na dalších (třeba hodně rozšířený je MIPS) včetně x86. Nic tedy nebrání přítomnosti Atomu v Androidích tabletech. Android zmiňuju hlavně proto, že jeho aplikace jsou v mezikódu, a tedy přesun na jakoukoli platformu znamená minimální problémy.
Ostatně kdyby se Apple z jakéhokoli důvodu rozhodl mít uvnitř Intel, je to opět jen otázkou rozšíření xcode o další funkce a automatická tvorba jiných binárek. Rozdělení ve storu už je triviální záležitost.
Pokud jde o Win8, tam to vidím trochu jinak. Aplikace vyvinuté pro Windows Phone mohou být velmi jednoduše portované i pro WinRT a Win8. S postupným rozšířením mobilních platforem Win přibude i řada jednodušších aplikacích zaměřených na podobně výkonné procesory/grafiky. Ostatně už teď si můžeš stáhnout nějaké ty Metroidní aplikace ve Windows Store a ty běží i na PowerVR (tj. ten nejobyčejnější uživatel to nemusí řešit o moc víc). Větší vývojáři už teď dělají aplikace pro všechny mobilní platformy – rozsah záběru se postupně určitě zvýší (tady si to MS posral, když před lety udělal vývoj pro WP7 tak hloupě).
Tegru4 jsem zatím netestoval. SoC Atom má poměrně staré výpočetní jádro a liší se pouze přepracováním toho zbytku. Ten opravdu přelomový Atom má vyjít až letos. Nevím, jak je na tom Tegra4, ale ve výpočetním testu měla Tegra3 výkon jen trochu vyšší než ještě úspornější Atom s jedním jádrem na 2,0GHz (verze do mobilů s Androidem). Řekl bych, že pro Intel nebude problém posunout výkon v další generaci o pěkný kus dopředu.
—-
Ještě k té skupině technických zdatnějších jedinců. Tady se neshodnem. Je jasné, že pro nejprostšího consumera je Android dostatečný, ale to vůbec neznamená, že cokoli složitějšího musí dělat jen technicky zdatnější jedinec. Neplatí ani nutnost vysokého výkonu. Třeba takový Android těžce zaostává v situacích, kdy je potřeba zadávat text – měl jsem tu čest s Transformerem a aby tam šla česká HW klávesnice rozumně a bylo tam přepínání rozložení, musel tam být od ASUSu hack do OS. Ani to nefungovalo bezchybně, někdy to začalo z ničeho nic psát azbukou, nebo se klávesnice z části přepnula na anglickou. Když jsem testoval Sony s klávesnicí, pro změnu tam česká klávesnice ani zapnout nešla (musela by se dokoupit aplikace třetí strany, jejíž nastavení je spíš pro technické jedince). To ani nemluvím o tom, jak je to v Androidu s další editací textu.
Tady prostě Windows vede. Vidím to na svojí přítelkyni, která není technicky založená a počítače ji vůbec neberou. Nicméně počítač používá pro přípravu do práce a ono stačí narazit na triviální úlohu typu „ořízni obrázek, spoj ho s jiným a vlož ho spolu s tabulkou do dokumentu“, nebo „vykopíruj vybrané odstavce ze dvou dokumentů do formuláře v jiném“. Na podobné primitivní kancelářské úlohy má i Atom vyšší výkon o několik řádů, než je potřeba… a ve Win se dělají lépe, a to i na 11″ zařízení, pokud má klávesnici.
Pak tu máme taky korporátní sektor, který možnosti Atomu taky ocení. Zabezpečení, nasazení specializovaných technologií i centralizovaná správa. Na to všechno už jsou pro x86/Win připravené nástroje, takže integrace takových zařízení bude jednodušší než s jinými produkty.
3. Johny007 7.1.2013 22:13:07
Android sice bezi na mips, ale nikdo by nedoporučoval koupit mips zařízení, aplikace které obsahují kód zkopilovany NDK totiž většinou neběží.
4. swarm 7.1.2013 22:44:57
[3] Nemám zkušenost, ale v mém okolí to pár lidí má a používá. Konkrétně u x86 ale problém nebude, protože Intel už kdysi (mimo jiné) naprogramoval v androidu systém na konverzi hotových ARMovských binárek na x86.
5. Logout 8.1.2013 9:40:04
[3] Aplikace obsahující NDK sice většinou neběží, ale MIPSové tablety jsou v takových cenových relacích, že to nikomu nevadí. Za tytéž peníze totiž ARMový tablet beztak nebude žádné hry zvládat a neherního softu s NDK je tak nějak minimum. Po roce s MIPS tabletem mi z neherních aplikací žádná nechybí, na web se dostanu, mail+twitter+facebook si přečtu, na offline mapu se kouknu a co víc od zařízení za 2000 chtít (podotýkám 2000 před rokem, ne dnes).
6. Logout 8.1.2013 9:42:09
A k tomu Atomu: Ukazuje se, že když se Intel neorientuje na gamesníka, zvládá dělat celkem zajímavá řešení. Potvrzuje to, co jsem vždycky říkal – v mainstreamovém desktopovém segmentu nikdo s ničím úsporným přicházet nebude, nemá k tomu důvod. Takovýhle Atom se dá použít od mobilu po prací pračku a je možné na něm optimalizovat na úrovni assembleru, protože ten x86 přeci jen zná asi nejvíce vývojářů. Nedivil bych se, kdyby rozdíl v běhu embeddedd aplikací byl časem ještě větší, než jak by plynulo z rozdílu hrubého výkonu proti ARMu.
7. mech13 8.1.2013 11:51:57
[2] Nové atomy budou Out Of Order… takže posun tam v některých situacích bude brutální. Ne všude samozřejmě, ale kde s tím nehne OOO to popožene turbo. Grafika má být z IB (jen 4EU). 3W verze s USB 3.0, 4-6,5W verze se SATA2. Taky už s DDR3. Tolik teda podle zatím uniklých informací/spekulací. Určitě bude na co se těšit.
8. Damianus 1.2.2013 0:11:55
Říkám si, že tam kam to žene Intel je sice hezké, ale kdyby tato optimalizace (3D gate, výrobní proces, etc..) proběhla u ARMu, tak by měl logicky ze své podstaty být úspornější. Nakonec i ten Atom bude úsporný, ale ztratí kompatibilitu s konceptem X86 a stále nebude tam kde ARM. Je potřeba z kočky dělat psa a z psa kočku?
Chápu, že Intel má nahnáno, že přijde o své korýtko, ale většina lidí stále bude potřebovat plnotučný OS. Nicméně, než budou hybridy ala Ubuntu zcela schopné konkurence, tak pár ARM procesorů tu ještě přejde.
9. swarm 1.2.2013 18:51:44
[8] No já si nemyslim, že by ARM musel být z podstaty úspornější (za předpokladu stejného výkonu). Samotná x86 kompatibilita je už dávno z velké části otázkou nahraného mikrokódu. Uvnitř to dávno není klasický x86 procesor – je tam nějaká jednotka, která jednotlivé CISC x86 instrukce programu převádí na RISC mikroinstrukce procesoru a ty pak provádí.
Třeba teď mám 10″ ThinkPad Tablet 2, který váží nějakých 550g. Používám ho v metro aplikacích (potřebuju akorát webový prohlížeč, čtečku PDF a prohlížeč obrázku, takže pohoda) a používá se mi to lépe než zařízení s Androidem. Přitom díky osazenému Atomu je to znatelně rychlejší při prochází webu – stránky se načítají stejně rychle jako na klasickém počítači, rychle to pracuje s taby a všechno se hýbe plynule a bez zpoždění. Navíc ta výdrž okolo 10 hodin reálného používání +- odpovídá stejně vybaveným zařízením s často pomalejším ARMem.