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英特尔Atom Z2460:推动X86硬件Android手机前行
2012-08-09 16:03 出处:中国手机在线原创 作者:海涛
  目前的移动互联网时代是一个消灭传统巨头的时代,曾经占据智能手机60%市场份额的塞班几乎轰然倒塌,诺基亚总市值跌到苹果2%-3%,沦为“垃圾股”。而微软总市值也基本回到11年前,日子稍微好过点的英特尔凭借PC领域仍然居于垄断地位的巨大芯片量保持自己的体型。不过在ARM的冲击下,移动领域,英特尔屡战屡败。



  实际上,凭借极低的专利许可(1%-2%),ARM开放生态链使得众多厂商围聚在ARM旁,ARM覆盖了移动互联领域的几乎全部版图。

  我们知道十年前英特尔凭借Xscale进入市场,在WindowsMibile手机中占有重要位置,但是到2006年由于发展不顺,Intel出售了Xscale业务,或许当时Intel根本没有意识到智能手机的明天是何等的辉煌。

  2006年6月,英特尔出售旗下的Xscale处理器业务。当时Xscale市占率已跃居前三,Xscale最终以6亿美元的价格出售给了Marvell公司。

  仅仅两年后,iPhone的手机推出,随后是Android。这些智能手机的发展速度相当惊人,最初的几年几乎都是100%-300%的速度。

  而ARM的成功,让英特尔痛苦不已,但是英特尔也不会再去做ARM授权下只是当加工厂的事了——好比今天诺基亚不可能去做Android手机一样。因为自身的体积太大了,在既有的别人的框架下只能受制于人。

  Intel也没闲着。依靠缩减自己的X86处理器,2008年3月发布的首款Atom处理器代号Menlow,采用45nm工艺制造,最高主频2.0GHz,需要配合英特尔Poulsbo芯片组,主要使用在当时的MID产品中糟糕的功耗和应用体验,加上当时移动网络的不成熟造成其几乎没有市场。实际上,我们很多人熟悉的Atom是上网本——尽管这也是Intel的目标,但是当超薄笔记本特别是目前的超级本出现后,Atom较低的性能就没有任何优势了。

  2011年平板电脑随着苹果iPad的发售而开始流行,Intel在发布超级本规格应对的同时,不得不加快Atom的研发,随后发布了面向平板的Z670处理器,功耗降低至5W以内,并表示可以提供Windows、MeeGo和Android多系统支持。但这枚芯片的价格相对太过昂贵,只有在使用WindowsXP的车载电脑、工控等嵌入式领域,Z670则才获得一些市场。

  在面对苹果这个共同敌人的基础上,英特尔在IDF2011上宣布与谷歌达成战略合作,将Android系统移植至x86平台。在经过近5年的摸索后,英特尔最终确立了以Android为生态核心进军移动手持终端的路线,而代号Medfield的Atom芯片正是在这种理念下的产物,也是英特尔 5年来首款真正面向智能手机的SoC芯片。

  2012年1月12日,CES2012上,Intel宣布推出首款基于x86架构的智能手机,这一芯片为移动设备量身打造。它就是代号Penwell的Atom Z2460。

  单核超线程的Atom Z2460在性能上已可媲美ARM Cortex-A9的双核芯片,而功耗也与同性能ARM芯片相当甚至更低。这意味着英特尔首次在移动手持终端领域将x86芯片放在了与其他芯片同一起跑线上。

  Atom Z2460的表现无疑是里程碑式的,因为它终结了x86架构功耗不敌ARM的传说,并且没有牺牲很大的性能。而且,采用Atom芯片的手机也不户太昂贵,按照Intel的设想,价格超乎想象的低—在199~299美元范围之内。

  不过最大的困难不是在于性能,虽然英特尔已经完成了Android向x86架构的移植,但只是基于Dalvik虚拟机层面,对于采用ARM原生代码的应用(约占全部应用的25%),目前还没有一个完美的解决方案。来自英特尔的消息称可能会采用二进制编译,实时拦截ARM原生代码转换到x86平台,这将造成效率降低,在相同的硬件性能下,x86的这种处理方式可能会比较吃亏。

  另外,Z2460已经略微胜出主流双核ARM处理器,但这是在目前Cortex-A9的情况下,未来Cortex-A15有更现代化的设计,乱序执行指令宽度也要远大于A9。此外目前四核芯片已经在高端市场铺开,目前来看x86产品只在中端市场与ARM竞争,除非迅速过度到22nm工艺,且实现双核四线程Medfield,否则按照现在的性能来说,Medfield的价格实在太高了。

  Atom Z2460目前最大优势其实在于品牌,英特尔在PC领域的绝对领先,“Intel inside”的标识,很容易俘获大众的心。

  对英特尔而言,借助Android进入移动互联市场只是一个开端。当前的移动互联生态圈主要由封闭的苹果iOS、开放的谷歌Android以及半开放的微软Windows Phone组成,以谷歌Android的硬件阵营最为强大,笼络了包括高通、德州仪器、三星、NVIDIA在内的多个ARM芯片制造商,Windows Phone阵营目前来看只有高通。英特尔虽然看似已经加入谷歌阵营,但其实它比较特殊,x86架构并不能直接使用谷歌发布的Android系统,而必须经过英特尔的第三方移植。英特尔在芯片领域的强大能量正通过Android悄悄传递给其他生态环境。

  英特尔正在通过与谷歌的合作来吸纳其他伙伴,如果英特尔在Android产品上表现出色,与其他软、硬件厂商的合作只是个时间问题。英特尔其实是把自己划入了一个独立的生态圈——x86生态圈,并且试图拥有从手持到桌面的垂直产品线。

  实际上,目前英特尔最大的危险还是来自微软。随着ARM版Windows 8上市的临近,目前各大ARM芯片巨头都在尝试设计超轻薄笔记本电脑的ARM处理器,虽然在性能上英特尔去年发布的超极本相差较大,但是Ivy Bridge内黑的超级本市场价格高高在上,在硬件过剩的今天,拥有更加轻薄省电且价格更低,用户体验接近的ARM处理器,恐怕就是追求便携性的采用9英寸到11英寸笔记本的用户的最好选择了。

Atom Z2460

  Medfield平台和之前的Moorestown有明显不同。之前的Moorestown平台采用了双芯片架构,包含了一颗英特尔Atom Z600系列处理器以及一颗平台控制集线器,前者拥有CPU和GPU核心,主要提供计算性能;后者主要提供互联和无线等功能,其作用类似桌面主板的PCH。虽然Moorestown平台已经在功耗控制方面不遗余力,但双芯片设计和相对ARM处理器较高的功耗依旧使得它的推广受到了限制。

  Atom Z2460集成了绝大多数的功能模块,包括内存控制器、32nm的CPU核心、PowerVR SGX 540图形核心、512KB二级缓存、来自ImgTec的视频编码/解码引擎、视频输出模块、双通道LPDDR2内存控制器(每通道支持LPDDR2 800的内存,最大可支持1GB)等。英特尔没有将所有的核心都平铺在基板上,而是采用了堆叠封装的方式来完成整个芯片的设计和制造,最终得到了这颗面积大约62mm2的产品。单纯比较面积,它比首款双核心Cortex-A9处理器Tegra 2的49mm2略大一些,但基本和市售主流双核心Cortex-A9处理器差不多。

  Atom Z2460的核心依旧是CPU和GPU。不过和ARM平台上CPU核心超快的进化速度相比,英特尔的移动平台多年来一直使用的Atom核心几乎没有做出任何更改。目前Atom Z2460中的单核心CPU和我们几年前看到的上网本内的那颗Atom,在内核架构上没有本质的区别,它们都采用了双发射设计(英特尔主流的桌面处理器已经全部是四发射设计),顺序执行架构(Pentium Pro以后就没有出现过顺序执行的主流CPU,不过ARM家族中的Cortex-A8依旧是顺序执行的架构),没有设计单独的整数乘法和除法单元(只能依靠浮点硬件来完成),内核拥有16级流水线(比ARM处理器普遍要长),拥有24KB L1数据缓存、32KB L1指令缓存以及512KB L2缓存。另外,Atom Z2460由于部分寄存器和指令序列的重复设计而获得了超线程技术的支持。

  Atom Z2460中集成的CPU与ARM 阵营的Cortex-A9很相似,比如缓存结构上,Cortex-A9也拥有32KB L1数据缓存和32KB L1指令缓存;指令结构方面二者都是双发射设计,都拥有两个解码单元,指令队列排序后进入整数和浮点运算。在整数方面,Cortex-A9有自己的整数乘法单元,有两个ALU单元(这一点和Atom Z2460相同)。但Cortex-A9相比Atom Z2460,没有专门的FP浮点单元,也没有FP/SSE单元(压根不支持SSE多媒体指令集),只有一个单独的VFPv3/NEON模块用于处理一些有关浮点计算的操作。

  从CPU架构来看,Atom Z2460相比ARM的Cortex-A9不会强太多,但Cortex-A9的内存控制器不如Atom Z2460优秀,内存带宽过低,CPU缓存命中率不高,这在很大程度上影响了处理器的性能发挥。这样的劣势在Cortex-A15之后才能得到一定程度的解决,因此Atom Z2460会有一定的领先空间。

  和上代产品Moorestown一样,Medfield中的GPU也来自于Powe rVR,不过型号由Powe rVR SGX 535升级成更优秀的PowerVR SGX 540——这颗GPU核心在200MHz下就拥有28MT/s的纹理填充率和接近1000MP/s的像素填充率,浮点运算能力达到了7.2GFLOPS。而且Atom Z2460中的GPU实际主频达到了400MHz,性能还要比200MHz的型号快很多(英特尔给出的数据是2000MP/s的像素填充率和40MT/s的纹理填充率)。依照惯例,英特尔依旧称呼这颗GPU产品为Graphics Media Accelerator,也就是我们熟知的GMA集成显卡。

  Atom Z2460支持MPEG 4.2、H.264、WMV、VC-1等各种编码格式的硬解码功能,播放高清不再是什么难题。视频输出上,Atom Z2460最高支持1280×1024分辨率的视频输出,借助HDMI接口可以输出1080p/30fps的视频。目前很多手持移动设备都可以作为小型高清播放平台接驳大屏幕视频设备,英特尔也看准了这一潮流给予了有力的支持。

  Atom Z2460定义了C6功耗级别。在这个级别下,几乎所有的核心和缓存都处于关闭状态,总功耗接近0W。当CPU接收到任务开始运作时,并不是瞬间唤醒,而是从0开始,以100MHz为基准,一步一步增加频率直到1.6GHz。在普通状态下,CPU最高运行频率不超过1.3GHz,只有在特殊情况下才运行在1.6GHz的高位上—这有点类似桌面和x86移动平台的睿频技术。

   Atom Z2460还隐藏了256KB的超低功耗缓存,用于待机、低任务状态时系统使用。不过目前所有的内部架构图中,这256KB都被“隐藏”起来,并未明确标识。

  Atom Z2460另一个优势之处在于其出色的制程工艺。英特尔在Medfield平台上采用了专门为低功耗设备优化的32nm LP工艺,漏电率只有上代的1/10。从英特尔以及台积电公布的数据来看,英特尔的32nm工艺应该和台积电的28nm工艺在漏电率方面处于相同的水平线上。因此,Medfield比上代Moorestown在相同的总功耗级别下,要么降低43%的动态功耗,要么提升37%的运行频率,这是非常明显的进步。

Medfield频率/功耗比
频率 100MHz 600MHz 1.3GHz 1.6GHz
芯片功耗 约50mW 约175mW 约500mW 约750mW

  即使满载的状态下,功耗也小于1W。要知道Atom Z2460绝大部分时间都不会超过1.3GHz,功耗甚至会低于500mW。这样的功耗表现比某些双核心的Cortex-A9处理器还要优秀。

  不过,随着四核心Cortex-A9以及双核心Cortex-A15陆续到来,Medfield又将面临新的压力。此外英特尔目前还要面临平台兼容性问题。因为ARM毕竟是RISC精简指令集的产品,而Medfield是x86的CISC复杂指令集的。为了做到这一点,英特尔采用了二进制转换的方法,简单来说就是将ARM的原生库在执行前就转换成x86指令进行处理。这样的转换发生在底层,用户完全感觉不到任何差异。英特尔表示通过这样的手段可以保证90%的应用程序兼容性。好在Android NDK已经开始提供对x86和ARM的同时支持,因此未来x86处理器的兼容性应该不是难题。

本文地址:http://www.cnonline.org/2012/article/11773.html

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