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Escuela Superior de Ingenieros de Telecomunicación Analizando Intel® AtomTM

Microprocesadores para comunicaciones

Índice de contenido

¿Qué es Intel® AtomTM?....................................................................................................................3

Arquitectura..........................................................................................................................................4

Advanced Micro-Ops..................................................................................................................4

Intel® Smart Cache.....................................................................................................................4

Intel® Digital Media Boost.........................................................................................................5

Diagrama de bloques...................................................................................................................5

El microprocesador antes conocido como... Silverthorme..............................................................8

El microprocesador antes conocido como... Diamondville.............................................................9

Plataformas Intel.................................................................................................................................10

Intel® Centrino® AtomTM......................................................................................................10

Nettops......................................................................................................................................11

Netbooks...................................................................................................................................12

Sistemas y equipos que usan Intel®Atom..........................................................................................13

TP A40/30x de Concurrent Technologies.................................................................................13

Lineas en desarrollo y futuro de la arquitectura.................................................................................14

Intel® AtomTM Medfield.............................................................................................................14

Intel® y AtomTM llegan en SoC...................................................................................................14

Plataforma Intel® Moorestown.................................................................................................14

Canmore y Sodaville.................................................................................................................15

Fuentes................................................................................................................................................16

Yeray Hernández Suárez, Enero de 2009 - 1 -



Índice de ilustraciones

Ilustración 1: Spring 2008 IDF, Shanghai ...........................................................................................3

Ilustración 2: Pipeline de 16 etapas......................................................................................................4

Ilustración 3: Diagrama de bloques de la arquitectura.........................................................................5

Ilustración 4: Intel® Deep Power Down Technology..........................................................................6

Ilustración 5: Layout de Silverthorne y datos de ocupación................................................................7

Ilustración 6: Silverthorne y moneda de 0.5€.......................................................................................8

Ilustración 7: Centrino Atom..............................................................................................................10

Ilustración 8: Centrino Atom..............................................................................................................10

Ilustración 9: Micro ATX con Intel Atom 330....................................................................................11

Ilustración 10: Intel® Desktop Board D945GCLF ...........................................................................11

Ilustración 11: Esquema Netbook.......................................................................................................12

Ilustración 12: Netbooks, IDF Shaghai.............................................................................................12

Ilustración 13: Acer Aspire One.........................................................................................................12

Ilustración 14: TP A40/30x.................................................................................................................13

Ilustración 15: SoC.............................................................................................................................14

Ilustración 16: Canmore y Sodaville..................................................................................................15




● ¿Qué es Intel® AtomTM?

Intel® Atom™ es el nombre de la nueva familia de procesadores con consumo eficiente de

energía diseñados específicamente para “dispositivos móviles para Internet” (Mobile Internet

Devices, MID) y una nueva clase de equipos portátiles (netbooks) y PC de escritorio (nettops)

económicos y sencillos centrados en Internet, que lleva desde verano de 2008 en el mercado.

Además, esta nueva familia de procesadores es una importante oportunidad de crecimiento general

del mercado para el silicio de Intel® utilizando el procesador Intel® Atom como la base. La

compañía anunció la tecnología de procesador Intel® Centrino® Atom™ para plataformas MID que

consta de múltiples chips que hacen posible la mejor experiencia en Internet en un dispositivo de

bolsillo, así como varios SoC en un futuro inmediato.

La arquitectura es completamente nueva, diseñada específicamente para dispositivos

pequeños y para ofrecer un bajo consumo de energía, conservando total compatibilidad con el

conjunto de instrucciones Intel® Core™2 Duo a la que está acostumbrado el mercado, los

consumidores y los desarrolladores en general. Por otra parte, el reducido tamaño del chip, que

mide menos de 25 mm², lo que lo convierte en el procesador más pequeño y de más bajo consumo

de energía que Intel® ha presentado hasta ahora.

El lanzamiento de la familia Intel® AtomTM,

se produjo durante el Intel® Developer

Forum (IDF) de Shanghai en la primavera de

2008. Se aunan bajo la misma marca

comercial dos microprocesadores basados en

la misma arquitectura, Silverthorne,

rebautizado como AtomTM Z series, y

Diamondville, que pasa a tener el nombre

comercial de AtomTM N series.


Ilustración 1: Spring 2008 IDF, Shanghai



● Arquitectura

Intel® Atom parte de a las arquitecturas Intel® de mediados de los noventa. Nos encontramos

frente a un microprocesador x86 de tipo CISC.

■ Advanced Micro-Ops

Arquitectura básica del microprocesador.

• Pipeline de 16 etapas in-order, sin ejecución especulativa o renombrado de registros,

optimizada para dar un eficiente throughput, pero siempre con el consumo como

principal clave.

• Pipeline dual, para posibilitar la decodificación, expedición y ejecución de dos

instrucciones por ciclo.

• Lógica avanzada de Stack Pointer, para mejorar la eficiencia en llamadas y retornos a

rutinas.

Intel ® Smart Cache.

Tecnología de Intel® para el mejor uso de la Cache.

• Cache L2, 512kb asociativa de 8 vías.

• 256 bit datapath entre L2 y L1.

• Lógica de carga especulativa en L1 y L2 para reducción de los Cache miss.


Ilustración 2: Pipeline de 16 etapas



Intel® Digital Media Boost

Es una tecnología orientada a la aceleración de contenidos multimedia.

• Dos puertos de expedición de instrucciones tipo SIMD a las unidades de ejecución.

• Throughput de un sólo ciclo para las instrucciones de 128bit SIMD.

• Mas de 6 operaciones de punto flotante por ciclo

• Mas de 2 operaciones de 128bit SIMD por ciclo.

• Posibilidad de ejecutar fuera de orden las instrucciones de coma flotante respecto a las

enteras.

■ Diagrama de bloques.


Ilustración 3: Diagrama de bloques de la arquitectura



En la ilustración se observa diagrama de bloques básico de la estructura de Atom, formado por

cinco clusters y dos colas del planificador;

• Bus cluster; Contiene la cache L2, el controlador de interrupciones y el interfaz de bus.

• Memory execution cluster; Formado por la cache L1 de datos, y la lógica para ejecución de

instrucciones con acceso a memoria.

• Integer execution cluster; Dos ALUs y desplazadores, separados en los dos pipelines

existentes.

• FP/SIMD execution cluster; Bloque para la ejecución de instrucciones en coma flotante, así

como de las instrucciones de aceleración multimedia.

• Front-End cluster; En este bloque se encuentra la cache L1 de instrucciones, así como la

lógica de predicción de salto. También la lógica para el control del doble pipeline.

En lineas generales toda la familia Atom se basa en lo relatado anteriormente, en el siguiente

punto se analizan las particularidades de cada núcleo. Sobre las posibilidades y compatibilidad de

Intel® AtomTM, con el resto de microprocesadores x86, este soporta la mayoría de las tecnologías

modernas de otros Intel;

• Intel® SpeedStep® Technology

• Intel® Hyper-Threading

• Intel® Deep Power Down Technology (hasta C6 en Z series y C4 en N, ver la imagen debajo

de estas lineas), incluyendo el dimensionamiento dinámico de Cache. Clock Gating.


Ilustración 4: Intel® Deep Power Down Technology



• Soporte para nuevas instrucciones y para Streaming SIMD Extensions 3 (SSSE3).

• Intel® Virtualization Technology

• Intel® 64 Architecture (solamente para Diamondville)

Conocidos originalmente con los nombres en código Silverthorne y Diamondville, su

fabricación se realiza con el proceso de 45 nm Hi-K de Intel®(libre de plomo en un 96%). Tienen

un consumo de energía promedio en un rango de 0.6 – 2.5 watts y hasta 1.8 Ghz de velocidad de

reloj, dependiendo del diseño y de las necesidades del cliente. En comparación, los chips Core 2

Duo móviles de alto rendimiento tienen un consumo de energía promedio en el rango de 35-watts.

En la ilustración vemos el layout de Silverthorne dividido en los cluster ya estudiados

anteriormente. Incluye una tabla, en la que observamos que es la L2 cache, lo que ocupa un mayor

espacio, llegando a los 30 millones de transistores, del total de 47 millones, en un área de 25mm2 .


Ilustración 5: Layout de Silverthorne y datos de ocupación.



El microprocesador antes conocido como... Silverthorme.

Intel®Atom Silverthorne es un procesador IA-

32, single core, capaz de direccionar un máximo de 4Gb

de memoria, y con un número de registros típico de las

arquitecturas x86 (GP: 32, FPU: 80, MMX: 64, XMM:

128). Usa un nivel L1 de cache de 56Kb (write-back),

repartidos de forma asimétrica entre datos e

instrucciones, asignando 32Kb para la memoria de

instrucción, y los 24Kb restantes para los datos.

Dentro del conjunto de instrucciones x86, los microprocesadores Atom basados en

Silverthorne son capaces de ejecutar los subconjuntos;

• General Purpose; x86 original.

• System Instructions; Instrucciones de control.

• x87 FPU; Expansión de x86 para operaciones matemáticas complejas y punto flotante.

• x87 FPU and SIMD State Management; Instrucciones que aplican una misma operación

sobre un conjunto más o menos grande de datos.

• MMX Technology; Otro conjunto SIMD

• SSSE3 Extensions; Nuevo conjunto SIMD para procesado multimedia.

• VMX Instructions; Instrucciones creadas para el uso de máquinas virtuales.

La familia Z5xx series se compone de 5 núcleos, encapsulados en FCBGA8 de 441 pins ,

que se diferencian en su reloj y velocidad de FSB, haciéndose patente en el consumo de cada uno.

Intel® Atom™ Processor Z540 (512K Cache L2, 1.86 GHz, 533 MHz FSB) 2,4 Watts

Intel® Atom™ Processor Z530 (512K Cache L2, 1.60 GHz, 533 MHz FSB) 2 Watts



Intel® Atom™ Processor Z500 (512K Cache L2, 800 MHz, 400 MHz FSB) 0,65 Watts

Optimizado para lograr consumos muy bajos, este chip, el mas caro de la familia AtomTM,

está pensado para ser integrado en MIDs y dispositivos ultraportátiles.


Ilustración 6: Silverthorne y moneda de 0.5€



El microprocesador antes conocido como... Diamondville.

Intel®Atom Diamondville es un procesador Intel64, single y dual core, capaz de direccionar

más de 64Gb de memoria, y con un número de registros típico de las arquitecturas x86 (GP: 32,64 ,

FPU: 80, MMX: 64, XMM: 128). Al igual que Silverthorne, usa cache L1 de 56Kb (write-back),

repartidos de forma asimétrica entre datos e instrucciones, 32Kb para memoria de instrucción, y

24Kb para datos.

Al ser una estructura Intel64, soporta todos los conjuntos de IA-32 ya mencionados en

Silverthorme, y además los relativos a Intel64. En total, Diamondville soporta todas las expansiones

actuales excepto SSE4 y SMX, que tan solo funcionan en los mas actuales Quad Core, Intel®Xeon,

y los nuevos Core i7.

Diamondville, encapsulado en FCBGA8 de 437 pines, se presenta en dos formatos

diferentes, para equipos portátiles de bajo costo, con el Intel®Atom N270, y para sistemas de

sobremesa, con Intel®Atom 230. En septiembre de 2008, Intel®anunció la salida al mercado de un

nuevo núcleo Atom, el 330, orientado también a PC's de sobremesa. Este microprocesador es un

dual core basado en Atom 230.

Los dos núcleos orientados a sobremesa, soportan placas base, tanto basadas en chipset de

Intel, como de SiS. Todo esto es ampliado en el siguiente apartado, en el cual se exponen las

plataformas en las que Intel®ha localizado sus productos.

Intel® Atom™ Processor N270 512K Cache L2, 1.60 GHz, 533 MHz FSB 2,5 Watts

Intel® Atom™ Processor 230 512K Cache L2, 1.60 GHz, 533 MHz FSB 4 Watts

Intel® Atom™ Processor 330 1M Cache L2, 1.60 GHz, 533 MHz FSB 8 Watts

Optimizado mas hacia dar un mejor rendimiento, con un ligero mayor consumo de potencia

y un coste barato, este microprocesador está orientado a las plataformas Nettop y Netbook.




● Plataformas Intel.

Como estrategia de marketing, Intel auna sus diseños en plataformas, de forma que sus

microprocesadores forman parte de algo, que con un nombre único, permite tanto nombrar al micro

como al chipset, y en muchos casos otras tecnologías, tales como el WiFi. De esta forma cada sector

del mercado, es ocupado por una plataforma concreta, que especifica todo lo necesario para hacer

que el sistema funcione, y además añade la “garantía” de que Intel, ha desarrollado un producto

pensando en que se adapte de manera perfecta a sus compañeros de plataforma.

Un ejemplo, es Intel Centrino, plataforma que se va

actualizando con lo mejor de Intel para dispositivos móviles y

portátiles, que ha funcionado tan bien, que muchos usuarios creen

que es Centrino el nombre de su microprocesador, y no una

conjunción de microprocesador, chipset y tarjeta WiFi. Y formando

parte de Centrino, nos encontramos la plataforma Menlow, pensada

para MIDs, y basada en Intel Atom.

■ Intel ® Centrino ® Atom TM

Es parte de la plataforma Intel Centrino. Menlow está integrada por los microprocesadores

Silverthorne, concretamente por Z510 y Z530, y el chipset de Intel SCH US15W (de nombre código

Poulsbo) que integra una aceleradora gráfica Intel Graphics Media Accelerator 500, el controlador

de memoria, y el controlador de entrada/salida, con sonido integrado, soporte para USB 2.0, SATA,

y lógica de codificación/decodificación de vídeo

( H.264, MPEG2, MPEG4, VC1 y WMV9), en un

sólo chip de bajo consumo y reducido tamaño (aun

así, mayor que el tamaño). En la ilustración vemos la

arquitectura básica de un sistema montado con la

tecnología de esta plataforma, con un sólo chip, que

actúa como hub del sistema, dando conectividad al

microprocesador con la entrada/salida. Está pensada

para MIDs, y no para ordenadores portátiles como

había sido habitual hasta ahora en Centrino®


Ilustración 7: Centrino Atom

Ilustración 8: Centrino Atom



■ Nettops

Cuando hablamos de un Nettop, nos referimos a un

sistema básico de sobremesa, para usuarios que demandan

contenidos multimedia y navegación web, a un precio

reducido. Es una versión ligera, diseñada para ser muy

eficiente energéticamente y de pequeño tamaño, de un Pc

normal de sobremesa. Intel propone sus procesadores Intel

Atom 230 y 330 para este cometido, y su plataforma para

Nettops, los combina con un conocido chipset, el Intel®

945GC - también es posible usar un chipset de la marca SiS, pero nos centraremos en Intel, para

hablar de la plataforma que la empresa propone - . En el gráfico bajo estas lineas vemos el diagrama

de bloques de una mainboard de Intel - la misma de la foto superior - de formato Micro-ATX

(desarrollado por VIA), donde apreciamos que es un Pc completo en el que no falta de nada para

una navegación completa por internet, o el acceso a contenidos multimedia. Actualmente se

encuentran ya al alcance de los compradores, como en la foto al comienzo de esta página,

usualmente con el microprocesador 330 dado que da un mayor rendimiento. El consumo Además y

como nota gratificante, muchos fabricantes están optando por entregar estos equipos con

distribuciones de Linux amigables para el usuario, tales como Ubuntu, Kubuntu o Mandriva.


Ilustración 10: Intel® Desktop Board D945GCLF

Ilustración 9: Micro ATX con Intel Atom 330



■ Netbooks

Basados en Intel Atom N270, aunque con competidores por parte de otras marcas, como el

microprocesador VIA NANO. El nicho de mercado de esta plataforma es equivalente a un

ordenador portátil de medio rendimiento, con gran autonomía, pensado para el acceso a internet,

suites ofimáticas y acceso a contenido multimedia. Podría decirse que nos encontramos ante un

Nettop portátil. Intel plantea esta plataforma, acompañando al Intel AtomTM N270 del chipset

Mobile Intel® 945GSE Express, formado por el controlador de gráficos y memoria Intel®

82945GSE (puente norte) y el controlador de entrada/salida Intel® I/O Controller Hub7-M (puente

sur). En las ilustraciones vemos qué nos ofrece la plataforma, gracias a la gran cantidad de sistemas

integrados del chipset elegido por Intel® ,y un sencillo diagrama de de bloques de la plataforma.

El consumo del conjunto de microprocesador y chipset

está en torno a los 12w, donde el chipset es el mayor

consumidor.

En la segunda mitad de 2008, el mercado se ha llenado

de dispositivos de esta plataforma, con una agradable

aceptación por parte de los usuarios básicos, que han visto

resuelta una demanda surgida del gran uso de internet,

poder estar conectado a a red, con un dispositivo de gran batería a un precio realmente desconocido

en el campo de los ordenadores portátiles.


Ilustración 12: Netbooks, IDF Shaghai

Ilustración 13: Acer Aspire One

Ilustración 11: Esquema Netbook



● Sistemas y equipos que usan Intel®Atom.

El consumo de la familia de procesadores Intel Atom, así como su tamaño, ha llamado la

atención de otras empresas, interesadas en usar en sus productos este microprocesador. Así sacamos

a Atom del contexto en el cual lo hemos estudiado en este pequeño análisis, para integrarlo en

sistemas con buses industriales como Can, o CompacPCI, preparados para automoción, industria,

ferrocarril, o industria aeroespacial.

■ TP A40/30x de Concurrent Technologies.

1,6 Ghz Intel® Atom™ processor Z530Intel® System Controller Hub US15W

Vemos una aplicación industrial de la plataforma Menlow, para un computador encastrado en un rack con backbone CompacPCI. A partir de Menlow, el fabricante ha añadido la entrada/salida que le pareció mas interesante para la aplicación a la que está destinado el producto.

✔ Ethernet Gigabit✔ Puertos SATA✔ 1Gb DDR2-SDRAM soldado en placa.✔ Controlador para bus CompacPCI.✔ Controlador para bus CAN.


Ilustración 14: TP A40/30x



● Lineas en desarrollo y futuro de la arquitectura.

✔ Intel® AtomTM Medfield.

Para el año 2010, Intel® contempla en su hoja de ruta, la salida al mercado de una

actualización de AtomTM, haciendo coincidir su salida con el procesador VIA NANO de doble

núcleo. Este nuevo diseño se denomina Intel® AtomTM Medfield, y está construido con una

tecnología de silicio de 32nm. Con esto, se pretende trasladar la arquitectura Diamondville actual,

de 45nm, que incluye los chips Intel® AtomTM N270, 230 y 330 a una nueva tecnología de

fabricación, además de integrar en el dado elementos externos al microprocesador, tales como el

controlador de memoria y el chipset gráfico, y aceleración multimedia, todo orientado a un menor

consumo de potencia. Como ya ocurre con la actual arquitectura Diamondville, Intel® AtomTM

Medfield existirá tanto en versiones con un núcleo como con dos núcleos. De esta forma, Intel®

pretende afianzarse, continuando la linea emprendida con los primeros núcleos Atom, en el enorme

mercado de los dispositivos móviles de bajo consumo, netbooks y nettops.

✔ Intel® y AtomTM llegan en SoC.

Actualmente Intel® tiene en torno a 15 proyectos

referidos a SoC, algunos de ellos orientados a la

electrónica de consumo. Algunos de estos proyectos

están basados en Intel® AtomTM, pretendiendo brindar

la ultima tecnología, a un bajo coste a los

consumidores.

■ Plataforma Intel® Moorestown.

Llamada a suceder a la plataforma Menlow (basada en la arquitectura Silverthorme),

Intel® espera introducir a finales de 2009 o principios de 2010 un nuevo concepto de

microprocesador. Moorestown será la unión de un SoC (llamado Lincroft) en tecnología de

45nm, que integrará un microprocesador Intel® AtomTM basado en Silverthorme, chip

gráfico, controlador de memoria y un codificador/decodificador de vídeo, y un controlador


Ilustración 15: SoC



de entrada/salida preparado para altas conectividades tales como WiMAX, WiFi, GPS,

Bluetooth, TV móvil, 3G y HSDPA (alta velocidad de datos sobre redes de telefonía móvil),

además de unidades de almacenamiento. Además Intel® asegura poder reducir hasta en un

factor de 10, el consumo de los dispositivos que usen esta plataforma, en comparación con el

actual para dispositivos móviles para internet (MID's)

■ Canmore y Sodaville

Llegarán entre mediados de 2009 y final del mismo año, primero Canmore y luego su

versión mas potente, Sodaville. Estos dos SoC pretenden afianzarse en el mercado, usando

la misma idea de el chip Lincroft antes

mencionado, en sistemas de sobremesa y set-

top-boxes. Ambos estarán basados en Intel®

AtomTM Diamondville, y no se descarta, al

estar el lanzamiento de Canmore próximo a

los Atom® de 32nm, que este SoC pudiera ser

fabricado también con esta tecnología. Con

todo ello, la empresa que fundaron Gordon E.

Moore y Robert Noyce a finales de los

sesenta, pretende llevar el conjunto de instrucciones x86 a los dispositivos de electrónica de

consumo.


Ilustración 16: Canmore y Sodaville.



● Fuentes

http://www.intel.com

http://www.gizmos.es

http://www.madboxpc.com

http://en.wikipedia.org

http://www.gocct.com


http://www.intel.com/

http://www.gocct.com/

http://en.wikipedia.org/

http://www.madboxpc.com/

http://www.gizmos.es/

Índice de contenido - iuma - ulpgcnunez/clases-micros-para-com/... · • throughput de un sólo...

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