导言

最近数个月来，我们一直听到针对 MID (Mobile Internet Devices) 设计的新款专用 Intel (英特尔) 处理器的众多消息－这款产品旨在与 ARM 处理器竞争。一开始以 Silverthorne 与 Diamondville 名称为人熟知的这个新系列处理器将正式称为 Atom，它将带给世界一些意外。

有趣而意外的选择

Atom CPU 令人意外的理由不仅止于一项：Atom 是以新功能 (EM64T、SSSE3 等等) 嫁接到旧架构上设计而成，它是 Pentium 之后的第一款定序 (in-order) x86 架构。电源管理与制造成本是导引 Intel 方向的两大必要条件，但同时也牺牲了效能 (该公司也无意隐藏这点)。所以，读者们别指望会它会是 Core 2 Duo 的竞争产品。但 Atom 可以祭出什么法宝？继续阅读本文，我们就会知道答案。

Intel 与降低功耗

功耗及整合处理器到可携式或内嵌装置中一向是令 Intel 头痛的问题，这也不是该公司第一次设计这类用途的处理器了。但 Atom 从根本上的不同之处在于它拥有专门用来降低耗电的新架构。

简史：前 Pentium-M 时期

回溯 80386 时代，Intel 也提供过针对低耗电与行动使用的 CPU 版本。以 80386EX 为例，它就内建芯片组到 CPU 中，耗电就比标准 386 低上许多。另外 Intel 发展史上也曾出现了 486、Pentium 与 Pentium II (Dixon，拥有 256 kB 内建快取) 的低电压版。不过就以上例子而言，Intel 基本上是使用类似桌上型版本的类似 (若非一模一样的话) 架构。事实上，这些处理器的确较具能源效率，但标准版与可携式 PC 版本之间的差异并不大。

Pentium-M

于 2003 年推出的 Pentium-M 的创新之处在于它采用不同于 Pentium 4 的架构，保持高效能的同时还能大幅省电。不过它仍是 Pentium III 的衍生产品 (带有相同瑕疵)，Pentium-M 的后续改进版 (导致后来 Core 2 处理器的出现) 也只是增加了功耗而已。Intel 也曾试图拿出低耗电处理器 (例如 A1x0)，但基本上这只是 Pentium-M 的降频版本罢了。

Atom 改变了一切

就 Atom 的设计在于降低功耗并采用全新设计的观点而言，它的确是一项不同的架构，它并非旧架构的改编版。具体而言，Intel 现在可以提供相当低耗电的处理器－高阶 Atom 耗电比标准 CPU 架构的 ULV (通常耗电相当低) 版本还要低。

 

Atom Z500 与 SCH (Poulsbo)

Atom 第一代是 Z5x0，先前为人熟知的代号为 Silverthorne。Atom Z500 是锁定 MID (Mobile Internet Device; 行动因特网装置) 并搭售一款新芯片组 Poulsbo SCH (System Controller Hub)。

Atom Z500：ARM CPU 的竞争对手？

以 MID 的市场导向，可以明显看出 Intel 意有所指的目标为何－ARM 处理器。ARM 这个普及的架构 (用于大多数的电话、PDA 与 GPS 装置中) 有许多制造厂商采用 (ARM 授权其指令集)，在保持低耗电的同时还提供不错的效能。在行动领域中－除了采用 MIPS 架构 (例如 PSP) 的几款罕见装置之外－ARM 处理器占了大多数。恰巧 Intel 也为消费性电器生产 ARM CPU (XScale，后来卖给 Marvell) 并仍拥有一产品系列用在 RAID 卡 (IOP333) 等组件上。实际上，从 ARM 架构移转到 x86 并不会造成太大问题－Linux 明显兼容，Windows CE (用于许多 GPS 装置中) 与 Windows Mobile OS 层 (至少在旧版本中) 也不例外。此外，x86 也可利用最新的 Windows 版本，较之 ARM CPU 更能受益于广大的软件 (与技术) 支持。

Z500 处理器

在分析 Atom 架构之前，让我们先细看看 Z500 系列。这些处理器的体积非常小，封装尺寸只有 13 x 14 mm。Atom 由大约四千七百万个晶体管组成 (比原始 Pentium 4 还多)，带有 56 kB Level-1 快取 (24 kB 数据与 32 kB 指令) 及 512 kB Level-2 快取。Atom 可在标准 Intel 总线上运作－从 Pentium 4 就开始使用的相同总线。这种总线的频率是 400 MHz (QDR) 或 533 MHz (QDR)。Atom 也支持 SIMD 指令 (从 MMX 到 SSSE3)、EIST 与 HyperThreading (卷土重来)。要注意的是最后一项技术只在特定型号上提供 (带有 533 MHz QDR 总线)。

Poulsbo－Atom 的芯片组

这款 SCH (System Controller Hub) 是纳入北桥与南桥于相同芯片的芯片组。Atom 处理器专用的这款芯片组，是和特定功能 (例如在 CMOS 模式中使用总线，本文稍后会再深入讨论) 兼容的唯一版本。SCH 功能完整－它内含 GMA 绘图电路 (基于 PowerVR 架构)、HD 音讯电路 (简化过，只能以二声道运作)、P-ATA 控制器 (Ultra DMA 5, 100 MB/s) 与两个 PCI-Express 线道 (例如用在 Wi-Fi) 的支援。芯片上也具有三个 SDIO/MMC 控制器并支持 8 个 USB 接埠 (其中一个可以客户端模式运作)。芯片组选择 P-ATA 接口的做法合乎逻辑：用于闪存的控制器通常是这种格式 (Compact Flash卡使用)。三个 SD 控制器似乎有点奇怪，但特定类型的内存是使用这种联机方式 (例如 OneNAND)。另外，SCH 的 DDR2 控制器支持 1.5v (较之 JEDEC 规格的 1.8 V) 电压，这也是进一步降低功耗的方法。

Poulsbo 的绘图部份

在绘图部份，Atom 具备新的 GMA－GMA 500－它采用统一架构并支持 3.0+ Shader (着色器)。不过引人兴味的一点是它具备 H.264、MPEG2、MPEG4、VC1 与 WMV9 格式译码的硬件支持。GMA 500 的频率为 200 MHz 或 100 MHz－视芯片组版本而定，而且为 DirectX10 兼容 (并不真的实用，但值得一提)，即使驱动程序只支持 DirectX 9。要注意的是绘图端并非源自 Intel，和其它 GMA 型号不同的是，它采用 PowerVR 技术。

有趣的 TDP

Atom Z500 的 TDP 在 0.85 W (无 HyperThreading 的 800 MHz 版本) 与 2.64 W (启用 Hypertransport 的 1.86 GHz 型号) 之间。最新版 SCH 耗用约 2.3 W，因此 SCH + CPU 加起来不到 5 W。较之现有方案，这明显是一大跃进－举 Via Nano 为例，厂商宣称 1.8 GHz 版本耗电 25 W，而 900 MHz的 Celeron-M ULV 耗电 5 W。

 

Atom N200 与 i945

针对标准 PC 使用的 Atom，Intel 将提供另一系列的处理器 (Diamondville)。N200 与 200 系列的 Atom 是针对标准 PC 设计，但更偏向如 Eee PC 与竞争产品等低价可携式 PC 的方向。

Atom N200 与 200：定价诱人

Atom N200 类似 Atom Z500，唯一差别在 EMT64 (64 位) 的管理 (N200 与 200 型号有) 及缺乏 EIST。所以 Atom 200 不会立即变更频率。定价诱人：1.6 GHz (533 MHz 总线) 的 Atom N270 (2-W TDP) 定价不到 44 美元，TDP 4-W 的 230 版本定价仅 29 美元 (相同频率)。

芯片组老兵：i945

Atom N200 的主要问题源于芯片组：Intel 只搭配 i945 的衍生版本。这款「老迈」(可溯及 2005 年) 的芯片组有一重大缺点：它耗电不低 (GC 版本 22 W)。i945 芯片组支持最新技术：SATA (2)、PCI-Express (透过 ICH7 提供 1 线道)、HD Audio 等等。它显然可以支持 DDR2 内存 (二信道) 并内建 IGP (GMA 950)。不过显然使用 TDP 高出处理器十倍的旧芯片组 (Napa 平台) 并非好主意，但在更棒的方案出现之前，现在也只能将就着用了。可携式 PC 采用 i945GSE，后者只耗用 5.5 W (北桥 4 W，南桥 1.5 W)。明显可见的是，效能也不会一样－就 3D 而言，Intel 降低了此平台 GMA 的频率 (从 400 降为 133 MHz)。

GMA 950

现在让我们来瞧瞧 GMA 950－Intel 用于 i945 芯片组中的 IGP。兼容 DirectX 9 并可跑 Aero 特效的它，常见于配备 Core Duo 处理器的可携式 PC 中。它的效能弱，无法译码 HD 格式，而且它对内存频宽很敏感，同时驱动程序也未优化。最后一点，Intel 针对 IGP 使用不同的频率－从 i945G 版本 (桌上型) 的 400 MHz，到最低的可携式 PC 版本的 250 MHz与超可携式的 166 MHz (伴随着效能的损失)。Atom (i945GSE) 采用的版本局限在 133 MHz，而 i945GC 则以 400 MHz 运作。

注意，Intel 也提议可以让 Atom 搭配 SiS 芯片组使用。已在 Intel Mini-ITX 主机板中采用的这个方案是采用 SiS 671 搭配 968，耗电仅 8 W。

 

Atom：定序与 HyperThreading

Atom 采用新架构，但内含旧技术。这是 1993 年的 Pentium 之后，Intel 再次推出的第一款定序 x86－从 P6 之后的 Intel 所有其它处理器都是乱序 (out-of-order) 架构。

定序：不知所云？

简而言之，你可以想象处理器一个一个接收指令，并在执行之前放入管线中。在定序架构中，指令是以到达的顺序执行，而乱序架构可以改变其在管线中的顺序－优点是可以限制耗损。比方说，要处理一个简单的计算指令、一个内存存取动作、再一个简单的计算，定序架构会依序执行这三个作业；而在 OoO (乱序) 架构中，处理器可以同时执行这两个计算，然后处理内存存取，明显节省时间。令人意外的是，虽然定序架构通常采用短管线，而 Atom 内含一个 16 阶管线－在某些情况下反而形成劣势。

HyperThreading

HyperThreading 是首见于 Pentium 4 的技术，它可以利用未用的管线部分同时处理两个执行绪。虽然效能不如真正的双核心，但这项技术可以让 OS 以为 CPU 可以同时处理两个执行绪，并增加计算机的整体效能。Atom 的长管线配合定序架构后，HyperThreading 变得相当有效能，这项技术也可以在不影响 TDP 的情况下大幅增加效能。Intel 宣称 HyperThreading 只会增加 10% 的耗电。

处理核心

再讨论剩下的部分，Atom 配备两个 ALU (执行整数计算的单元) 与两个 FPU (专门处理浮点计算的单元，对游戏是相当重要的部分)。第一个 ALU 管理移位操作 (shift operation)，第二个 ALU 处理跳转 (jump)。所有乘法与加法作业－即使在整数中－都自动传送给 FPU。第一个 FPU 设计简单，局限在加法动作，第二个 FPU 则管理 SIMD 与乘/除运算。注意，针对 128 位计算，第一分支会连同第二分支一起使用 (两个分支都是 64 位)。

Intel 已优化基本指令

如果你注意到执行指令所需的周期数，就会发现：某些指令执行很快，其它则否 (非常慢)。例如一个 mov 或一个 add 在一个周期内执行－就像 Core 2－但乘法 (imul) 会占用五个周期，而 Core 架构只占用三个周期。更糟的是，32 位的浮点除法占用 31 个周期，而在 Core 2 Duo 上只需要 17 (或几乎只要一半数目)。实际上－Intel 也大方承认－Atom 是针对快速执行基本指令优化，这意味着就复杂指令而言，Atom 在效能上偷料。这个事实可以 Everest (举例来说) 检查出来，它内含可以量测指令延迟的工具。

Atom：快取与 FSB

Intel 为 Atom 选择一相当不寻常的组织方式，但并不牺牲效能 (当 CPU 采用定序架构时很重要的一点)。

24 kB + 32 kB: 非对称快取

Atom 的 L1 快取总共为 56 kB：24 kB 数据与 32 kB 指令快取。非对称性－对 Intel 而言令人意外－来自快取的结构。Intel 以 8 个晶体管来储存一个位－标准快取使用六个晶体管。这个技巧让保存信息的快取所需电压得以降低。从这个情况看来，移转为 8 晶体管储室 (cell) 的决定是在 CPU 设计末期决定 (当处理器设计已相当成熟时)，也就是说快取大小必须降低才能纳入这种架构－所以数据快取仅有 24 kB。这方面非官方的解释在 Atom 于四月发表时已由 AnandTech 证实。

512 kB L2，可缩放

Level-2 快取具有 512 kB 的容量，明显与处理器跑相同频率。这种 8 路快取相当典型，接近 Core 2 Duo 采用的快取效能 (它的延迟为 16 周期，Core 2 则为 14 周期)。新功能之一是可以自动关闭快取部分－当程序不需要大量高速缓存时，即可关闭部分快取。事实上，快取可从 8 路变成 2 路 (因此可从 512 kB 降为 128 可用 kB)。这项技术是节省宝贵毫瓦特的方法之一。

FSB：两种运作模式

Atom 的 FSB 是 Intel 自 Pentium 4 延用至今的设计，它以带有 GTL 发讯 (signaling) 功能的 Quad Pumped (QDR) 模式运作。有趣的观点：Atom 使用另一种发讯技术－CMOS 模式。GTL 相当有效 (总线可达到 1,600 MHz)，但相当耗电，而 CMOS 可降低总线电压。技术上而言，GTL 以电阻来改善讯号品质，但除了高频率之外，电阻的使用并非必要。就 Atom 与局限于 533 MHz 的总线而言，它可以变更为 CMOS 模式－电阻关闭，总线电压降为一半。就目前而言，只有 SCH 芯片组可以在 CMOS 模式下处理 FSB。

 

电源管理：测试与理论

功耗是这个 Intel 平台的重点所在，该公司在这方面下了许多功夫。除了较之处理器耗电不少的芯片组之外，Atom 本身还有许多具吸引力的功能。

总线与快取

我们已经说过，Intel 下了许多功夫在总线与快取上：Intel 为总线开发了不同模式 (CMOS 模式)，但视使用率而定，部分快取可以关闭。这些功能都可以降低功耗，采用定序架构与供 L1 快取使用的 8T SRAM 也有相同作用。

C6 电源状态

除了低电压 (1.05 V) CPU 的特性，Atom 也导入新的待命模式 C6。提醒一下，C 模式 (0 到 6) 是指低电状态，数字愈高，CPU 耗电愈低。在 C6 模式中，整颗处理器几乎完全关闭。只有数 kB (10.5) 的高速缓存启用，以储存缓存器的状态。在此模式下，L2 快取被清空与关闭，供应电压掉到仅 0.3 V，处理器中只有一小部分保持作用－供叫醒用途。处理器可在约 100 微秒内进入 C6 模式，这样算快了。实际上，Intel 宣称有 90% 的时间都是处于 C6 模式，以限制整体功耗 (当然，如果你开始需要大量 CPU 马力的程序，或是观看 Flash 视讯，就不会处于此模式)。

不过我们应该说明的是，搭配 Atom N200 的两款芯片组都是power users：Atom 230s 采用耗电 22 W (CPU 4 W) 的 i945GC，而 Atom N270s 搭配烧机 5.5 W (CPU 2.4 W) 的 i945GSE。

实际情况

那么 Atom 在实际上真的低耗电吗？就处理器而言，是的。就锁定易网桌上型 (nettop; 低价桌上型计算机) 的平台而言，答案是肯定的，但…… 为何而「但」？因为搭配的芯片组耗电不低，而处理器本身额定 TDP 为 4 W，行动版本 2.4 W。我们的测试主机板在待命时耗用 59 W，在最高负载下达到 62 W 的水准 (安装一部 3.5" 硬盘与一条 1 GB DDR2 DIMM)。这些数值代表完整平台量测到的数字，而非主机板，同时也未计入电源供应器耗损 (我们的测试型号的供电效率约为 80%)。这数字算少也算多－对桌上型计算机而言不多，但就绝对语言而言，实在不算少。我们要补充的是，我们最近测试了基于一颗 1.5 GHz Via C7 的主机板，此组态在搭配相同零组件的情况下耗电较低：闲置时 49 W，负载时 59 W (永远在 AC 插座处测量)。

 

Atom 对决 Pentium E 与 Sempron

针对我们的测试，我们采用一块 Gigabyte (技嘉) 的 Mini-ITX 主机板，它配备 Atom 230/i945GC。主机板具备单一 DIMM (DDR2 插槽与一 PCI 插槽－排除了插上任何最新绘图卡的可能性。有趣的是，芯片组 (请记得耗电 22 W) 是主动散热，而处理器只加上一片简单的铝散热片。

大比拼

由于这块主机板是针对初阶计算机设计，我们试图和时下的初阶方案比较－基于 Core 架构的初阶双核处理器 Pentium E2160 (1.8 GHz 出厂预设) 及 Sempron 3400+ (Socket 754 脚座)。针对测试，这两颗处理器都设定成与 Atom (1.6 GHz) 相同的时脉频率。Pentium E 的搭配主机板是 GA-GM945-S2，它的好处是使用与 Atom 主机板相同 (或几乎一样) 的芯片组 i945G。Sempron 搭配的主机板是基于 Nforce4 芯片组设计。

三块主机板都是以相同的操作系统测试－Windows XP Service Pack 2 搭配最新驱动程序。我们针对 Intel 平台使用 DDR2-667 内存 (1 GB)，针对 Sempron 使用 1 GB DDR-400 DIMM。最后，我们的测试硬盘是一颗 74 GB Western Digital (威腾) Raptor。

测试

我们决定以几项实际测试与综合测试来比较相同频率下的三个平台。

在 Cinebench R10 中，Sempron 落在 Atom 与 Pentium E 中间，但 Atom 搭配 HyperThreading 证明发挥了功效 (开启 HyperThreading 快了 1.53 倍)。要注意的是，真正拥有两个核心的 Pentium E 增加的效能并没有两倍那么大：快了 1.86 倍。

在综合测试的 Sandra 中，三款处理器之间的差异令人印象深刻。Pentium E 真的有比较快。注意 Atom 与 Sempron 之间的差异可能不大，但测试是多执行绪设计，而 Sempron 只有一核心，而 Pentium E 具有双核心，Atom 具备 HyperThreading 技术，这都会导致大幅效能增益。

在 3DMark 06 与 PCMark 06 CPU 测试中，Pentium E 轻松领先，而 Sempron 总是落在 Atom 与 Pentium E 之间。

在这项测试中－超频者的最爱，但基本上不具论断性 (程序代码老旧，也未优化)－Atom 比竞争者慢了许多。

最后，我们执行一项以 WinRAR 压缩约 1 GB 档案集的测试。由于 Sempron 使用不同的内存子系统 (DDR) 与外接绘图卡，因此未出现在此测试中－这样的评比应该会被忽略。实际上，两个平台的差异幅度小于在综合测试中，但 Pentium E 仍快了将近两倍。

 

Atom 对决 C7-M 与 Celeron

我们也决定以可能会在测试 Mini-ITX 主机板时出现的其它两套系统，来比较 Atom 平台。第一款是 Via PC3500G 主机板，第二款是有时候会用于超可携式中的初阶处理器 Celeron-M (Dothan)。

与 C7 比较

这块 Via PC3500G 主机板是采用 CN896 芯片组搭配 1.5 GHz 时脉 C7 CPU 的 micro-ATX 主机板。针对这项测试，我们将 Atom 的时脉降低与 C7 相同 (12 x 125 MHz 等于 1.5 GHz)。内存、硬盘与操作系统仍保持相同。

读者可以看到，在 Cinebench R10 中的 Atom 比 C7 要快，但幅度不大－至少在使用单执行绪时。在另一方面，Atom 的 HyperThreading 造就令人印象深刻的效能增益。

在 PCMark 05 中，你可以看到 Atom 平台即使在相同频率下，比 C7 平台还要快。原因有数点：PCMark 05 是多执行绪设计 (就像目前许多程序)，而 Atom HyperThreading 因此拥有优势。另外 Intel 芯片组 比 Via 芯片组快上许多 (也可以说稍微没那么慢)。

最后我们测试了两个平台的功耗。意外：拜节电芯片组之赐，Via 比 Intel 平台更为经济。闲置时的 PC3500G 吃电 49 W，而 GA-GC230D 为 59 W。但注意在负载下，Atom 只攀升了 3 W，而 Via 平台多耗了 10 W (但整体上还是低于 Intel 耗电)。注意这些值是在 AC 插座处量测，未计入电源供应器耗损 (我们的电源供应器约为 80% 能源效率)。

较之 Celeron-M

为了与 Celeron-M 比较，我们使用采用 Dothan 核心的可携式 PC。我们没跑 PCMark 测试的原因是因为这些计算机平台差异颇大，测试可能称不上有效。一如和 C7 比较时，Atom 降频为与 Celeron-M (这次使用 1.3 GHz 版本) 相同的频率。

在如 Cinebench R10 的综合测试中，读者可看到 Celeron 在相同频率下的效能为 Atom 两倍。不过 HyperThreading 仍让 Atom 多争取了一些分数。

就实际而言，这些测试显示相同频率下的 Atom 效能在 C7 与 Celeron-M 之间。有鉴于两款处理器都用于易网笔电 (Netbook; C7 频率接近 Atom，而 Celeron-M 频率低了许多)，我们可以做出的结论是，Atom 计算机的效能或多或少接近现有世代的机种。
 

本文章更多内容：1 - 2 - 下一页>>

点这里复制本页地址发送给您QQ/MSN上的好友