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《ATOM 處理器簡介》致raydar林禾的要求而發此文

作者:無痕之音│2009-01-13 01:34:59│贊助:2│人氣:4403

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這篇主要就是概略地說明 ATOM 處理器的特點及優勢之處;
雖然許多高手、有先見之士早在很久前就注意到它,並為它
寫了許多篇專門介紹它的文章,不過既然raydar林禾大有興
趣那我寫一篇專文介紹一下它吧。

「原子」(Atom) 這是一款全新開發的處理器,我們可以給它一個很酷的名稱:原子小金剛!


英特爾Atom處理器根據新的微架構打造而成,這種架構專為小型、低功耗裝置而設計。
英特爾指出,這款晶片面積小於25平方毫米,其中的11顆晶粒(dies)。
上面有4,700萬個電晶體--將擠進大小如1美分銅板的區域裡。

Atom 處理器晶片代號叫「Silverthorne」和「Diamondville」,採用45奈米製程。
這是自1995年的 Pentium Pro以來,英特爾第一次推出的全新處理器架構。


→「Silverthorne」主要是應用在 MID(Mobile Internet Device) 行動上網裝置使用;
型號為 Z500 系列,如:Z500、Z510、Z520、Z530、Z540。



→「Diamondville」主要應用在一般的輕型筆電、NOTEBOOK,主要型號就兩者:
N270、230,N270是筆電的版本,耗電量僅 2.5W;230 是桌上版本,耗電量 4W。
由於耗電量極低,所以可以不須要安裝散熱器或散熱片,即可以正常運作,且保持高效能、散熱、低功耗、省電的需求。


《ATOM 處理器》左方為桌上型標誌
ATOM,右為筆電攜帶型標誌 Centrino 迅馳


《ATOM 處理器的樣子》


《ATOM 處理器威力爆發》ATOM
の爆發


《目前的代表作》ASUS 的 Eee PC、Eee Box



ASUS Eee PC

《目前的代表作》ACER 的 ATOM 輕筆電



《ATOM 處理器》MID 行動上網裝置─Gigabyte M528

搭配 800MHz Atom 500系列 CPU, 512MB RAM, 8GB SSD 固態硬碟。


→ 搭配SCH晶片组(代號Poulsbo):


這邊我直接引用維基的介紹:

Intel Atom(中文:凌動,開發代號:Silverthorne)
是Intel的一個處理器系列。處理器採用45奈米工藝製造,4700萬個電晶體。
L2快取為512KB,支援SSE3指令集,和VT虛擬化技術。

與一般的桌面處理器不同,Atom處理器採用順序執行設計,這樣做可以減少電晶體的數量。為了彌補性能較差的問題,Atom處理器的頻率會較高。
Intel表示,早於1995年,公司已計劃開發相關的處理器。當時的目的,是利用P5 Pentium架構開發低功率處理器。最後,由於高層不喜歡此提議,所以計劃胎死腹中。直到近年,Intel才利用Core架構開發Atom。

最初,Atom處理器系列有6個型號,全部都是屬於Z500系列。
它們分別是:
Z500
Z510
Z520
Z530
Z540
Z550

最低端的Z500核心頻率是800MHz,FSB則是400MHz。而最高速的Z550,核心頻率則有2.0GHz,FSB則是533MHz。從Z520開始,所有的處理器都支援超執行緒技術,但只增加了不到10%的耗電。

雙核心版本為N系列,依然採用945GC晶片組。雙核心版本仍會支援超執行緒技術,所以系統會顯示出有4個邏輯處理器。這個版本的兩個核心並非採用原生設計,只是簡單的將兩個單核心封裝起來。目前最新的Atom處理器系列為Z3700系列。
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◆ 《ATOM 處理器》之一:與10元硬幣一樣的大小
Z500系列 ATOM 與美元對照圖片(與10元硬幣相當)

N270/230 與10元硬幣對照圖片


1.Silverthorne Atom處理器為Z500系列,而Diamondville Atom則包括兩款,分別是Atom N270Atom 230

Z500系列 提供給MID(Mobile Internet Device) 行動上網裝置,定位就是個人數位助理。
2.兩種代號處理器均為45nm製程,頻率1.6GHz,533MHz FSB,第一階快取包括 32KB 指令快取和 24KB 資料快取、512KB第二階快取,但又有著些許不同。
3.Atom N270 針對 Netbook 小筆電(上網電腦),TDP為2.5W,平均功耗0.6W,電源管理模式支援C0到C4狀態,搭配945GSE+ICH7M晶片組。
Atom 230為桌上型版本,均提供給OEM廠。

◆ 《ATOM 處理器》與一般intel 北橋、南橋晶片大小比較:
Silverthorne」核心 ATOM 與SCH晶片组對照

Diamondville」核心 ATOM 與搭配之北橋、南橋晶片對照



◆ 《ATOM 處理器》:核心架構圖




◆ 《ATOM 處理器》:與其它機種、cpu之效能差異 概略比較圖
(以ATOM z520─533mhz、1.33G、HT技術、耗電2W、官方報價 65美元)





◆ 《ATOM 處理器》的敵手─威勝 NANO 規格:


◆ 《ATOM 處理器規格概觀》:
ATOM N270 規格
ATOM 230 規格

ATOM 500 系列規格


◆ 補充:
時脈 FSB HT TDP  官方報價 用途      電力規範與節電模式
N270  533 有 2.5W 44美元 UMPC/筆電 IMVP6(C0~C4)
230  533 有 4W   29美元 桌上型     VRD11(C0、C1)

ASUS推出的Eee Box也是用N270筆電版本。
此外要特別注意:ATOM 500系列中,僅 500、510 無 HT超執行緒技術。


◆ 《ATOM 處理器》:平均達 49% 的 Hyper-Threading 效能增益。所謂的 Hyper-Threading(HT)超執行緒,其實就跟SMT十分類似;因為它的作用就是提高執行單元的利用率,也就是在一時脈週期內執行一個以上的執行緒,如 CMT、FMT 的缺點,就是一個時脈週期內只能跑一個執行緒。


◆Hyper-Threading(HT)超執行緒的原理:
一般上程式基本都是由好幾組執行緒(Thread)所組成,每一行都代表一個Thread,傳統 CPU 的做法就是一顆核心一次處理一批執行緒序列,每個Thread都必須排隊照順序來讓CPU執行運算,不過這麼一來勢必造成資源的浪費,因為同時間還有許多的運算單元被涼在那兒,它們根本無事可做。


Hyper-Threading 為了改進這個缺點,便在單一核心裡頭內建兩組暫存器,如 XMM1、XMM2,然後將一組程式內的執行緒列分成兩批,分別送至 XMM1、XMM2 暫存器,讓CPU運算單元同時執行。
所以我們看到的超執行緒通常都是單一核心2執行緒,當然,暫存器做多少,就可以跑多少執行緒 Hyper-Threading(HT)。

HT之所以之後不被延用,因為有許多玩家反應,開啟 HT 技術後效能不增反降,且容易導致效能不穩定,不過這樣的情況在『ATOM』原子小金剛上不但沒有,反而有大幅度的成長!

此外我附帶說明補充:『ATOM』並不適合超頻,它的設計理念跟原始目地很簡單,是標榜省電、低功耗的產品;往後INTEL 還將推出雙核心版本 ATOM 330,TDP 只有 8W!
搭配的南北橋延用上一代的設計,若此處理器正式推出,搭配(HT)技術下,我們將可於電腦系統管理員看到 4顆虛擬核心。這對玩不到四核心的玩家而言,爽度也是很夠的 = )
至於使用上效能如何?

ATOM效能對一般個人電腦來說非常勉強,可以說是笑能;但若對於手機或分享器這類資料量處理量不大的裝置而言,能力卻是非常強大的,因為這類裝置通常需要極低的耗電量和熱量才能使用,可惜的是,ATOM的耗電量和續航力對於手機而言仍不理想。因此目前最佳的應用是做為網路硬碟伺服器或分享器的CPU。



註:圖片中表示的是與其它CPU 效能增益 %數,並不是代表實際
  的效能,而是表示關閉/開啟 HT 技術後的效能增益比較圖。



延伸閱讀:
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※ 簡介『ATOM』原子小金剛的架構特色:

Silverthorne Atom 系列用 45nm High-K CMOS工藝製造,無鉛,4721萬個電晶體;
DIE核心面積為7.8×3.1毫米=24.2平方毫米,封裝矽晶片體積13×14×1.6毫米;
統一配備512KB L2,支持SSE3指令集、VT虛擬化技術、EDB防毒技術、進階散熱管理技術。

需注意的是,這些處理器並不單售,一律發包給 OEM 廠商,就跟我們常見的晶片組一樣,並不售給一般消費者,僅供貨給組裝廠商,與 945GC北橋、ICH7 南橋或 SIS671+SIS968 南橋搭配使用,後者耗電較低。
因北橋內建顯示晶片,耗電量較高,南北橋耗電量 22W+ICH7 3.3W=25.3W ;若換成 SIS671+SIS968 ,南北橋耗電量 8W 而已。

本屆 Computex上有超過10家廠商展示 Diamondville 的 Netbook/Nettop 産品,包括宏碁、華碩、精英、技嘉、萬利達、Medion、微星、廣達、浩鑫等,年內還會有Sylvania、東芝等幾家廠商加入。

另一方面,Intel同樣會聯合一衆廠商在Computex展示Silverthorne“Centrino Atom”的MID産品,包括華碩、明基、歌樂(日立)、富士通、技嘉、松下、夏普、USI等。同時,Intel還聯合超過50家軟體廠商展示 MID平台上的軟體應用,包括 Joost 網路視訊,Siano移動電視,Gemtek和三星的無線網路産品等。


1.45nm 製程、4721萬電晶體、DIE大小 24.2MM、每片晶圓可產 2785顆
(Pentium 4 5500萬、Penryn 達 4E1千萬 DIE大小107MM、VIA C7-M DIE大小32MM)

2.採用 IN-ORDER+SMT 循序指令+SMT架構
處理器主要就分兩種:In-Order、Out-Of-Order Execution,前者是循序指令、後一種是將指令打散後重新排
列,目前上多數效能強大的處理器以後者為主(OOOE架構)。
前者 IN-ORDER,VIA 曾大量應用此架構技術,如C7-M;
好處是構造簡單且不耗電,DIE也可以壓到很小,壞處是較差的資源利用率。後者則反。

而ATOM為了改進IN-ORDER先天資源利用率不彰及效能較差等缺陷,所以導入了SMT架構 (Simultaneous
 Multi-Threading)同步多執行緒。
 
◆Multi-Threading概念實作:
它是利用不斷重疊的形式,讓單一處理器能夠讓多個執行緒共用一個功能單元。
因此處理器必須能快速地儲存烤貝暫存器檔案、程式計數器、分頁表、以及每個執行緒的狀態,以便方便地快速切換不同的執行緒。

其典型之範例就是伺服器系統使用的 SUN ULTRASPARC T1 <Niagara>、SUN ULTRASPARC T2 <Niagara 2>,它們分別為 8核心/32執行緒、8核心/64執行緒。

多重執行緒其基本的理念跟價值在於─能充份利用及回收OOOE的剩餘價值,以提高處理器的內部單元利用率。由於目前處理器最大之效能瓶頸不在時脈,而是記憶體延遲跟I/O延遲;
此外因管線深度較深之故,若預測錯誤導致後端全部停擺,需要花時間恢復造成長時間的等待期,就必須依賴『Multi-Threading』相互掩護的方式,讓沒事做的執行單元能趁此時間處理其它工作。

目前上多執行緒主要就三個:
1.CMT(Coarse-grained Multi-Threading) 粗質多執行緒
  Inteaum 2 <Montecito>、<Montvale> 雙核心伺服器
  優點:較好的執行緒效能
  缺點:指令輸出率較差、管線重啟動代價高

2.FMT(Fine-grained Multi-Threading) 細質多執行緒
  
目前的顯示卡處理器均為FMT執行緒
  優點:較高的指令輸出率
  缺點:整體效能較差、每個執行緒執行時間較長

3.SMT(Simultaneous Multi-Threading) 同步多執行緒
  ATOM、IBM POWER5、IBM POWER6... 等等
  優點:為最佳的架構技術,擁有前兩者的優點
  缺點:必須克服較高的技術瓶頸,目前上許多已經克服
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結語:抱歉 >"< 整理的零零落落,若覺的我整理的不好,別打我。

引用網址:https://home.gamer.com.tw/TrackBack.php?sn=720990
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留言共 7 篇留言

林 禾
很詳盡的介紹文^^
推推~
不小心挖了坑
讓W大辛苦了呵呵

看到這些資訊又想起了當年學電算機的畫面
概念很有趣
但要完全搞懂腦子的思考邏輯要變的像寫程式
很難0.0

01-13 01:48

無痕之音
我補充了 HT 的介紹;
此外CPU比較圖補充說明,我發現不這麼做的話很容易被搞混。
Z500 系列因為是專給 MID使用,所以整顆顯然比筆電版本小的多!
整個也不過 1CM多大,哇~ 真小阿,說不定還會搞丟呢 XD01-13 12:26
俏皮小妖精
買給我板主 聽到了嗎

01-13 13:34

無痕之音
近日個人經濟也是捉襟見肘
Eee PC 很便宜說..
萬把小朋友就可以買一臺啦!
不過我寧可拿來升級電腦
至於高效能筆電
46000 價位就可以敗很好的一臺
顯卡 9600GT
CPU Core2 P8600
DDR2 800 2GX2
硬碟 320G
續航力 8cell電池 達3小時
15吋筆電、散熱優良

型號?
幫您推一台:ACER Aspire 5980G 別懷疑 這把超強的阿
偶都沒本給自己拜一台了 >"< ...
妳要的話 去吧 (幫人挖坑 XD)01-14 23:24
俏皮小妖精
'仙劍'
圖片我在找

01-13 13:40

無痕之音
怎麼突然對仙劍大感興趣了 0 001-14 23:25
諾亞
很專業.

01-13 13:43

無痕之音
錯 很不專業
專業的嘛...
人家通常洋洋灑灑、熱血奔騰、血脈奮張、高亢起伏、賺人熱淚
、尖酸刻薄、東挑西撿、飛龍在天...
10頁是起碼
5W字還嫌短
深度阿?
從頭到尾都是自HIGT
酷吧!01-14 23:28
無痕之音
HIGH01-14 23:29
俏皮小妖精
'圖片'

'圖片'
'圖片'
'圖片'

01-13 13:49

無痕之音
嗯 已收到
剩下的大概就要挖他們的祖宗20代
大大小小老老少少遠親近鄰阿公阿媽
最不為外人道之辛酸
最可歌可泣歷史斑斑
瘋功偉業創世之不朽
嗯...
每個人資料跟背景、轉職角色跟特長...
夢幻妳對仙劍熟嗎
若有像官方網頁的每個角色介紹或其它的如職業、轉職特色。
圖片我留著參考 辛苦囉。01-14 23:33
納蘭映雪
板大的收集的資料很多哩,映雪獲益匪淺,tks ^^

01-13 14:23

無痕之音
許多圖片都喜歡搞失蹤
沒關係人家有準備
早就各製造了一個分身
OH
蛙娃雖然是黃的
但我不會用來放A片
不想太早被污染糟糕化
愛護地球阿!01-14 23:36
無痕之音
http://www.imageshack.us/ 通稱蛙網01-14 23:39
俏皮小妖精
當然了是我第一次接觸電腦遊戲

01-15 00:49

無痕之音
我的第一次給了古墓奇兵的 LARA 女神阿!
線上 ONLINE 給了楓之谷
仙劍....? 喔 原來那是妳的第一次 XD01-15 00:54
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