四两拨千斤! Atom应用及未来发展解析
泡泡网CPU频道10月6日 提起Intel Atom处理器，我们首先想到的可能就是上网本专用等等。的确，此款产品是Intel迄今为止功耗最低、体积最小的处理器产品，它采用了全新45nm微架构，特别为小型装置及低耗电产品所设计，同时亦具有Intel Core 2 Duo指令集，带来更高的性能并增加系统响应速度。Intel在处理器行业的任何领域，从来不想分一杯羹给别人，Intel在把Xscale业务卖给Marvell之后，是铁了心要让X86 CPU成为手机和掌上电脑的心脏，目的是要统一整个处理器行业成为规范。看来不久的将来Win7手机也会走到我们身边？
Intel Atom的优势
第一：使用45纳米工艺生产，保留了Core 2 Duo指令集功能，象支持多线程。芯片可以做到很微小，更好的应用在外形更小的设备上。
第二：Atom所有产品的功耗在0.6W-4W之间，闲置时最低可达30mW，是一款不折不扣的环保型产品。
第三：Atom处理器的成本非常便宜，大约只是制造一颗286-386级别的处理器，最便宜的型号，只需要29美金。
Intel Atom的缺憾
第一：采用“顺序架构”设计为向低功耗妥协，在某种情况下与“乱序架构”设计的产品，效率落后5倍之多。处理器外频只有533Mhz，目前主流内存都要自动降为533MHz使用，影响性能。
第二：目前，与之兼容的Intel平台性能技术落后，内置显示芯片3D性能弱，无法解决1080P视频流畅运行的性能所需。此外主板芯片功耗太高，相比处理器功耗相比高达5-10倍之多。
第三：目前无更新的平台可更换，没有PCI-E高速插槽拓展，无法外接显卡，此外英特尔Atom是个相对较封闭的平台。
ATOM令我们惊奇的地方有哪些？
ATOM处理器核心内部结构图
ATOM处理器核心结构名称解读
Atom CPU令人惊奇的地方不止一个：他们将最现代的功能（EM64T，SSSE3等）移植到了老的处理器架构中。从奔腾系列以来Atom是第一款“顺序执行”即in-order X86架构。动力来源和制造成本是两个必要条件，英特尔受这两个因素的牵制，不惜以牺牲性能为代价来降低产品的功率。因此，我们不要期望其能成为Core 2 Duo或是奔腾双核的竞争对手。但是Atom究竟给我们带来了什么？未来的Atom处理器会应用在什么地方？我们将在此文中由此展开。
为何与众不同：Atom特点及新功能介绍
● 采用“顺序执行”（in-order execution）设计
英特尔Atom采用了较为简单的“顺序执行”（in-order execution）设计，对于现代X86处理器来说， 乱序执行（Out of Order）是一种行之有效的性能提升方法。但是乱序执行有着更高的执行效率，不过这是需要有更多的晶体管和更高的功耗做为代价，这显然与Atom的超低功耗是背道而驰的，由于移动设备并不会采用复杂的多任务多线程设计，所以Intel在Atom上首先抛弃了乱序执行设计。Atom处理器内部采用了简洁低效的顺序执行结构（In-Order）。这样的结构在极端情况下效率只有乱序结构的五分之一。有意思的是，曾经在处理器结构设计领域被判死刑的顺序执行架构，除了出现在ATOM CPU上以外，还被IBM用在了Power6处理器上。
只要对比当今“ 尚存” 的顺序执行处理器，我们不难得出一个结论，所有顺序执行处理器都采用了简洁的CPU内部架构、较高的工作频率和同步多线程技术来弥补效率上的缺陷。Atom处理器也不例外。根据Intel透露的参数，新处理器的频率达到了1.6GHz~1.8GHz，并且支持HT超线程技术。凭借极高的运行频率和超线程技术，Intel成功弥补了Atom处理器在性能上的缺陷。2008年Cebit展览上，Intel 1.6GHz Atom处理器运行SuperPi的成绩为108秒——该结果已经明显超过Pentium III图拉丁处理器。你千万别忘了，ATOM的功耗只有2W！
● 沿用老处理器的超线程技术：HT
超线程是一种随Pentium 4处理器出现的技术。它可以处理两个线程同时使用未使用的部分管线。虽然没有两个真正的核心的效率，该技术可以被认为CPU可以同时进行两个线程，从而增加电脑的整体表现。Atom具有较长的管线，加上顺序架构的技术，超线程技术将是非常有执行效果的，该技术可显着提高性能而不影响TDP的变化。
● ATOM处理器新核心功能
Atom配备了两个ALU（执行整数计算单位能力） ，以及两个FPU（浮点数计算的单位能力，这对游戏非常重要）。
● 英特尔优化了基本指令
英特尔Atom处理器使用45纳米工艺生产，保留了Core 2 Duo指令集功能，象支持多线程等。Atom处理器是英特尔目前耗电最低的处理器，耗电范围在0.6至2.5瓦之间，时钟速度最高为1.8GHz。
Atom支持SSE，SSE2，SSE3，SSSE3指令集，对CAD、2D&3D建模、视频编辑、数字音乐、数码照片和游戏性能有了更好的支持，将手持设备的性能有了更高的提升。
● 24K+32KB的一级缓存设计：结构不对称
Atom的一级缓存总计是56K：数据24KB和指令32KB。这种缓存结构不对称，令我们还是比较惊讶。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+24KB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。 这种技术保证应用到缓存中的电压，以保持信息有所减少。看起来在游戏中发展到8晶体管已经晚了，当处理器的设计相当先进时，这意味着缓存的大小不得不减少以适应它24KB的数据缓存。
● 512KB的二级缓存设计：结构不对称
ATOM二级缓存为512 KB ，显然与处理器运行在相同的频率。这8路缓存设计相当经典，其性能与Core 2 Duo处理器中使用相近（其潜伏期是16周期，相比而言Core 2为14周）。其中一项新功能就是可以自动关闭部分缓存：如果程序不需要太多缓存的话，它的一部分可以关闭。在实践中，缓存可以从8路至2路（从512 KB到128KB ），很显然这是一种宝贵的降低功耗的技术办法。
● 大容量前端总线
前端总线做为处理器交换数据的“马路”，其容量大小对处理器的运行效率有着直接影响。目前上市的Atom处理器FSB从400MHz到533MHz，达到了“奔4”时期的标准，对于手持设备的性能需求已经足够了。而配合Macro-Ops Fusion技术，可以在保持高FSB的同时提供更低的功耗和耗电量。
看了这么多有关Atom处理器的分析与介绍，现在我们来了解下Atom的目前应用情况以及未来的Atom处理器的发展前景：
ATOM目前应用之一：移动/节能PC设备的N2X0/N3X0系列解析
Atom为搭配标准PC的应用，英特尔将提供另一系列处理器，其名称为Diamondville，而N2X0/N3X0系列的Atom是为标准PC设计而成的，用来应用在低价便携式PC中，像Eee PC这样的产品。
Atom N2X0、N3X0可以应用在节能PC上
Atom N2X0系列现在越来越广泛的应用在上网本领域
目前仅存在N270、N230和N330型号，频率相同TDP不同，但N330采用的是双核心设计，同样缺乏对EIST的支持 。在待机情况下无法自动降频。但价格是相当有吸引力的：一个频率为1.6GHz（533 MHz bus）Atom N270，具有2W TDP价格仅44美元。另一款相同频率的N230版本，具有4W TDP ，价格仅29美元（在相同的频率情况下）。
● 官方平台方案：只支持老的i945芯片组
其实主要问题是源于芯片组：英特尔公司只提供i945的变种版本。此芯片组说实话已经“老了”，有着不小的缺陷存在：对于消耗控制不好（945GC版大约22W）。基于英特尔945GC + ICH7芯片组，可以板载Atom N2X0/N3X0处理器，支持DIMM DDR2 533/400内存和SATA接口，一个IDE接口，并整合了GMA950图形芯片。但是很明显，用高于Atom处理器10倍功耗的旧芯片组，在当今世界上可不是好的做法，但直到一些更好的产品研发出来之前，也只能这样搭配了。而便携式PC内同样使用i945GSE芯片组，且功耗为5.5W（4W为北桥、1.5W为南桥）。很显然低功耗带来了性能明显缩水，为了减少功耗，英特尔把整合图形芯片GMA的频率（从400MHz至133MHz）。
● 第三方平台方案：NVIDIA的ION平台令3D性能提升
在945G平台上3D性能/功能不理想的情况下，NVIDIA联合第三方合作伙伴，耗资640万美元，开发出采用Atom处理器的Ion平台产品。承诺将给消费者一个微小、低功耗、多媒体等所有先进特性集于一身的超级微小电脑平台。
如你所见，Ion离子平台的产品小巧的更像是一个I/O适配盒。在这个小小的盒子内你可以看到各种主流的I/O接口，电源，带有简单的电器元件的PCB板，网卡接口，视频接口。它看上去更像是一块单芯片解决方案。它支持Intel的Core 2系列处理器，更支持低功耗的Atom处理器。而聪明的NVIDIA使用一颗MCP芯片就实现了众多系统功能。该芯片组支持DDR2、DDR3内存，提供了一个x16 PCI Express 2.0接口，以及4个x1 PCIe接口和5个标准的PCI接口。此外还支持双DVI接口和HDMI接口，支持VGA和模拟RGB输出。再加上多达12个USB 2.0接口和6个SATA接口，一个千兆网卡接口。
最后，当然是不能忘记介绍整合的显示核心GeForce 9400M，它集成有16个着色引擎，全面兼容DX10和支持高清视频硬件加速。另外它也支持混合SLI和NVIDIA的CUDA通用计算技术。GeForce 9400M这颗芯片组，就如图瑞士军刀一样，小巧而多能。
目前大多数先进的掌上设备及手机采用功耗更低的ATOM Z5X0处理器
对于MID的定位，英特尔的竞争目标很明显，那就是目前如日中天的ARM处理器。这是一款很受消费者欢迎的架构（它可使用在大部份的电话， PDA和GPS装置中），并有许多制造商提供（ARM的授权指令组），并提供良好的性能，同时保证极低的功率消耗。在移动芯片的舞台中，除少数使用MIPS架构的设备（如PSP），ARM的处理器占了绝大多数。顺便提一下，英特尔曾经产生过ARM处理器（XScale ，出售给Marvell）供消费者应用，并且仍然有一系列的使用产品，如RAID卡（如IOP333）。在实际情况中，从ARM到X86似乎没有真正的问题存在：Linux都是兼容的，像Windows CE（用在许多GPS中）和Windows Mobile OS layer（至少在旧版本）同样兼容。此外，X86也可在最新版的Windows版本系统中使用，所以论实用性来讲比ARM处理器有更广泛的软件和技术支持。
● Z500系列处理器介绍：
分析Atom整体体系之前，让我们先看看z500系列的具体介绍：这些处理器体积非常的小，大约只有13 x 14mm的面积。处理器大约由4700万个晶体管组成（这要比原来的Pentium 4处理器多），并有1级的56 KB高速缓存（包括24 KB的数据和32 KB的指令）和2级的512 KB缓存。他们运行在一个标准的英特尔总线下，采用与Pentium 4完全一样的系统。Bus的频率是400MHz或533MHz。同样也有所支持的SIMD指令，从MMX 到SSSE3，EIST，和HyperThreading。但是请注意，后者的技术是只适用于某些533 MHz QDR BUS型号。
● ATOM Z5X0系列处理器专用芯片组Paulsbo介绍：
Atom Z5X0系列处理器搭配Paulsbo芯片组，Paulsbo SCH硅片面积22×22毫米，整合了南北桥功能，可提供两条PCI-E x1插槽、一个IDE PATA 100接口、三个SDIO和MCC存储卡插槽，内部集成了USB 2.0控制器(八个Host一个Client)、内存控制器(最高1GB DDR2-533)、高清晰度音频控制器、图形核心等众多模块。
● Poulsbo的图形系统介绍：
在图形方面有新的图形结构：GMA500 。它使用一个统一的架构整合而成，并支持3.0+Shaders。有趣的一点是，它支持解码H.264，MPEG2 ， MPEG4，VC1 ,WMV9格式。GMA 500的核心频率是200MHz或100MHz，这取决于该芯片组的版本，图形核心部分支持DirectX 9和OpenGL(Intel标称支持从未发布的DX9L)，每秒可输出400M像素，支持720p、1080i视频解码加速。
● ATOM Z500系列功耗十分有意思：
Atom Z500的TDP分布于0.85W（没有超频800MHz版本）和2.64W瓦之间（启用超频1.86 GHz模型）。在其最进化版本SCH结合中消耗大约2.3W，从而使手机加CPU的耗能少于5W。与现有的方案相比，这显然是向前迈进了一大步。举例来说：VIA Nano的TDP宣称1.8 GHz版本为25W，而Celeron-M ULV在900MHz功耗为5W。
ATOM未来应用之一：为上网本提速 Atom下代D4X0/D5X0
目前， Intel已正式制定出下一代Atom处理器“Pineview”的型号及规格，其中上网本版本的单核心命名为Atom N400系列，而Nettop（桌面一体机）版本单核心则命名为Atom D400 、双核心命名为Atom D500系列，而与之配合的单芯片式芯片组则将命名为Intel NM10 Express，预计于2009年第四季中出货，旧有Intel Atom N230/270/280及N330处理器则暂定2010年第二季停产。
根据Intel Pine Trail平台介绍，下一代Atom处理器“Pineview”特点是采用内建北桥芯片组功能，包括了内存控制器及IGP显示核心，省下北桥空间仅需配搭南桥芯片，仅需要配搭单芯片式的全新南桥芯片Intel NM10 Express (前代号Tiger point) ，对比上代Intel Atom N270 + 945GSE + ICH7M 的三芯片组设计节省64% 空间，由 2174mm2下调至只有 773mm2，而且 PCB 亦可由6层板下降至4层板规格设计，成本可望大幅下降。
据PC业者透露，首款应用于上网本平台的Pineview处理器型号为Atom N450，BGA 封装大小为22 x 22mm与Atom N270相同，核心频率为1.66GHz 、内建512KB二级缓存，支持超线程技术，由于微架构设计与上代Diamondville类同，因此处理性能上并不会出现显成长。IGP核心频率则提升200MHz，性能表现将相较旧有945GSE的133MHz有明显成长。内存方面则只内建单通道内存控制器，支持2组SODIMM ，最高支持2GB内存容量。
新一代平台改用Intel NM10 Express系列单芯片，封装大小仅为17 x 17mm，相比之下，过去Intel 945GSE Express 芯片组再加ICH 7M一共占据31 x 31mm + 27 x 27mm的空间，因此新设计五一大幅节省了所占用的PCB空间。
值得注意的是，尽管Intel Atom N450并无微架构效能上的改进，但由于工艺成熟及经过内部改进后，Atom N450 最高TDP功耗 将由上代的8W下降至7W（包括了处理器内建的内存控制器及绘图核心功耗），平均功耗仅2W，比上代下降 0.5w ，整体平台TDP下降50% ，因此下一代可以采用无风扇散热设计，意味着下代上网本产品将变得更纤薄。
此外，首款应用于Nettop平台（桌面一体机）的Pineview处理器型号为 Atom D410 及 Atom D510 ， Atom D410 规格与 Aton N450 大致相同，唯一分别在于绘图核心频率进一步提高，同时 TDP 亦相较上网本版本为高。Atom D510则是双核心设计，核心频率同样为 1.66GHz ，内建 1MB二级缓存 ，同样支持超线程技术。
根据 Intel 最新处理器规格， Intel Atom N450 与 Intel Atom D510 将于 2009 年第四季中上市， Intel Atom D410 则在2010年第一季上市，而旧有Intel Atom N230/270/280及N330处理器则暂定2010年第二季停产。
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ATOM未来应用之二：让手机性能媲美电脑
● 更小更先进的手机将因Atom处理器发展而出现
在Computex会展上，厂商DigiCube拿出了一款使用Atom平台的智能手机产品：MIDPhone-50。这款产品拥有5英寸触摸屏，侧滑盖键盘，无论外观和设计，看起来都像是一台加了移动电话功能的MID。
该设备的具体配置为Intel Atom Z500处理器（1.1/1.6Ghz），US15W芯片组，512MB或1GB内存，5英寸触摸屏（800 x 480），16GB固态硬盘，30万像素摄像头，WiFi、蓝牙以及1800mAh电池，网络支持为3.5G或WiMAX模块，操作系统可选择Windows XP Embedded或Windows vista。
该机仅留出了音频接口和一个数据接口，其他接口例如USB/LAN/VGA输出需要手机连接充电底座才能获得。
ATOM未来应用之三：借Atom之力Intel进军手机系统
● 借Atom东风 芯片大鳄Intel进军手机操作系统
群雄逐鹿的手机操作系统战场又加入一个新的“掠食者”——英特尔。近日，这家全球最大的电脑芯片商宣布，推出面向基于Atom处理器的手机平台Moblin2.1操作系统,英特尔的入局无疑将使智能手机视窗的争夺更加激烈。英特尔通过把基于Linux的Moblin操作系统从上网本扩展到台式电脑扩大了这个操作系统的应用范围，以便在这个领域与微软的Windows操作系统展开竞争。
英特尔又推出了Moblin 2.1测试版。这个新版本的操作系统现在具有本地触摸屏输入和支持手势等功能、新的用户界面功能并且支持更多的硬件驱动程序。这个操作系统还包括逐步升级，扩大这个操作系统的有用性。Moblin原来是英特尔作为上网本操作系统开发和推广的。英特尔的一位代表说，随着Moblin 2.1的推出，这个操作系统现在有三个版本：用于掌上设备的版本、用于上网本的版本和用于上网机的版本。上网机是一种低价格的台式电脑，外形尺寸相当于一本硬皮书，可连接键盘、鼠标和显示器。
英特尔开源技术中心的技术营销工程师Amit Bapat说，英特尔必须重新考虑Moblin的用户界面以适应掌上设备和上网机的不同尺寸的显示屏。老版本的Moblin能够适应配置7至12英寸显示屏的上网本。Moblin 2.1现在能够适应掌上设备的小显示屏和台式电脑使用的大型显示屏。
Moblin的开发现在是由Linux基金会管理的，不过，这个基金会得到了英特尔的强大支持。英特尔正在设法利用Moblin把Linux推广到更多的使用英特尔Atom处理器的设备。以前发布的这个操作系统是今年5月发布的Moblin 2.0测试版。Moblin 2.1为这个操作系统在上网机等设备商运行增加了许多新功能，并且经过升级之后可适应更多尺寸的显示屏。。
台式电脑版本的Moblin进入微软Windows操作系统占统治地位的领域。目前许多上网机都配置微软的Windows Vista操作系统，并且在将来可能采用后续版本的Windows 7。Moblin 2.1最终版本将与采用英特尔Moorestown芯片平台的智能手机和掌上设备一起推出。据英特尔首席执行官欧德宁说，采用Moorestown芯片的设备将在2010年下半年出货。Moorestown平台包括一个基于Atom内核的处理器。Moblin 2.1测试版将很快提供下载。一旦达到稳定的水平，Moblin 2.1就会在moblin.org网站上发布。
ATOM未来应用之四：Intel染指豪华汽车系统
由于功耗上的突出表现，Atom应用不仅可包括体积更小的Netbook和功能更强大的MID设备，甚至是汽车市场也在染指。Intel正在以现有的Atom处理器架构，步向完全SoC领域发展，并持续与TSMC合作，为其他客户提供完全客制化的IntelSoC处理器解决方桉入侵电子市场。
现在，我们可以看到Atom已经和众多公司合作研发多种音响和车用资讯娱乐产品，支持完整的上网功能、3D导航、鲜明绘图和高速无线连结能力，并且下一代Atom处理器已经与宝马7系及奔驰C-Class及S-Class产品达到新的合作关系。因为2009年车用电子市场预估为1.4千万台，但到了2015年将提升至3.7千万，其成长幅度绝对不能少看，Atom绝对前景无限。
ATOM未来应用之五：雄霸家电领域 英特尔近日发布了CE4100型Atom处理器，这种最新的片上系统（SoC）属于专为向数字电视、DVD播放机和先进机顶盒发布网络内容和服务而设计的媒体处理器系列。 CE4100处理器采用了45纳米工艺，是基于英特尔架构的消费电子SoC。该产品支持在单一芯片上的网络和广播应用，具有运行富媒体应用如3D图形所需的处理器性能和相关音/视频部件。英特尔数字家庭部门总经理、公司高级副总裁埃里克·基姆（Eric Kim）表示，传统广播网络正迅速从线性模式转向多流体、网络优化模式。他表示，这将为电视观众带来社交网络、3D游戏和流体视频等数字娱乐；CE4100处理器已经成为电视发展的中心，这个新架构可满足消费电子设备联网的要求。
未来Atom身影无处不在
Atom已经延伸到汽车的移动娱乐应用范畴中
与消费电子行业合作
Adobe、BBC、CBS、思科和TransGaming都准备与英特尔合作，推进针对联网消费电子设备的内容、服务和基础设备的开发。电视要提高互动性，Adobe的Flash技术是一个重要部分，可帮助内容开发者将视频、3D动画和富图形结合到一起。英特尔媒体处理器系列将兼容Adobe Flash Player 10，以优化图像回放和H.264视频，在电视上首次大量呈现基于Flash的内容。
思科也准备帮助服务商改进网络，在运营商级IP网络上集成现有广播基础设施的非常好的元素，成为一种可提供统一视频体验等新服务的媒体网络。
CE4100媒体处理器
CE4100主频最高可达1.2GHZ，同时能耗更低、体积更小。该产品向后兼容CE3100，并采用了支持高清晰图像的Precision View Technology和支持无缝音/视频的Media Play Technology。同时还支持最多2个1080p视频流和高级3D图形及音频标准的硬件解码。新功能包括增加对MPEG4视频的硬件解码和集成NAND闪存控制器，支持DDR2和DDR3内存，支持512K二级缓存。
ATOM未来应用之六：数字广告牌
未来数字广告牌主机CPU将采用Intel Atom。数字广告牌将取代以往的广告牌，在之前IDF Taiwan 2008所展出的数字广告牌中硬件部份是由台湾厂商所生产，而且主机CPU未来将会使用Intel Atom。
现场展示的数字广告牌具有人脸辨识的功能，而且可以区分男女，图中蓝色圈圈就是男性，粉红色圈圈就是女性。辨识出男女之后，旁边的屏幕就会开始播放该性别会有兴趣的广告，如辨识为男性就会播放汽车广告，女性则是化妆品广告之类的。
数字广告牌的主机还会收集数据并做分析，该数据库的数据可以应用在很多地方。
在本次IDF中，英特尔公布了后续Atom处理器的发展方向。和主流笔记本处理器一样，Atom处理器也遵循着架构和制程的提升发展方向，并且我们看到英特尔已经把未来规划到15nm时代了。据了解，下一代32nm的Atom处理器也将集成显卡和内存控制器，功耗也可以得到进一步降低。
2009年注定是移动市场不平凡的一年，Intel卷土重来、威盛的Nano和NVIDIA的Tegra虎视眈眈，外加上Ti、ARM的老牌厂商的严阵以待，也许很快我们就会发现，手中的手机已经能轻松观看Youtube，未来智能手机已经不再是WM、Symbian系统，而是标准桌面版的Vista和Linux。
毫无疑问，Intel ATOM凭借更低功耗和不俗性能，试图向人们证明未来的移动世界同样会是Intel Inside，Atom处理器的不断演变和进化以及拓展，是Intel彻底想把所有应用处理器方面的产品，全部换成X86的决心，以完成全领域的统一霸业。■<
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