性能將秒殺羿龍！Intel Atom全面回顧

    泡泡網CPU頻道4月9日 不知道網友是否還記得去年7月份的一篇報道《新Atom要逆天！三年后性能超PhenomII》，當時小編看到Intel Atom SoC芯片開發部總經理Bill Leszinske的這種“狂妄”言論時并沒有太過在意，因為硬件的發展是十分迅速的，三年之內一切皆有可能，但是最近頻頻傳出的“Intel將借Atom處理器推出Medfield智能手機”以及“Intel要在將來推四核八線程Atom”的消息則讓小編不得不重新審視下看似不起眼的Atom系列了，因此小編決定翻翻故紙堆，與大家一起分享Intel Atom自誕生以來的變化。

● 起源

    Intel Atom于2008年4月發布，不過實際上Atom處理器或者說類似處理器可以追溯到1995年，當時Intel計劃利用P5 Pentium架構開發低功耗的處理器，但是后來被擱置了。等到2008年，Intel基于Bonnell架構再次發力低功耗處理器，發布了首代Atom，中文名稱則是“凌動”。

● 定位

    Atom發布之初的目標并不是現在的智能手機，而是2008年就已經火爆的MID（Mobile Internet Devices，移動互聯網設備），Intel要用Atom來對抗在這塊市場的兩大勁敵——威盛和ARM。另外Atom還擔起了更新超便攜筆記本的任務，以取代老舊的Pentium-M。

    了解了以上背景，我們可以開始追憶下那些年的Atom處理器了。

● 第一代Atom

    第一代Atom發布于2008年4月，一舉成為Intel歷史上體積最小（芯片面積不足25平方毫米）和功耗最低（最高功耗僅為2.4W）的處理器，產品基于新的微處理器架構Bonnell（同時期的桌面處理器架構為Westmere微架構），采用45nm工藝，集成4700萬晶體管，L2緩存為512KB，能支持SSE3/SSSE3指令集，支持VT虛擬化技術（Intel Virtualization Technology）、EDB防病毒（Execute Disable Bit）和高級散熱管理技術（Intel Advanced Thermal Manager）。

● Bonnell微架構

ATOM處理器核心內部結構圖

    第一代Atom采用了Intel全新設計的Bonnell微架構，采用順序執行（in-order execution）設計，盡管相比亂序執行，前者的計算效率較低，但是如此一來，Atom可以節省大量的晶體管，降低了芯片的功耗和成本，加入的超線程技術一定程度上彌補了芯片計算效率的不足。

● i945GC/i945GSE芯片組

    第一代Atom搭配的芯片組采用雙芯片設計，北橋為較老的945GC修改版——i945GC和i945GSE，支持DDR2-400/533單通道內存，集成GMA 945集顯（關于Intel集顯技術發展史可參考文章：從集顯到核顯!Intel的顯卡技術發展史），可以支持DX9 Shader Model 3.0和硬件視頻解碼引擎，在播放MPEG-2，MPEG-4AVC，WMV/VC-1視頻格式時可以降低CPU占用，南橋則采用ICH7-M。

    在2008年12月，NVIDIA發布了可搭配Intel Atom處理器的ION平臺（中文名稱為“翼揚”），該平臺的顯卡采用NVIDIA自家的Geforce 9400M顯卡，芯片組則采用MCP7A/MCP79，功耗為14W比i945GSE的5.5W略高，不過后來由于種種原因，ION平臺并未得到大范圍推廣。

● 首批產品

    首批Atom分為代號“Silverthorne”和“Diamondville”的兩個系列，前者主要面向MID等智能掌上設備，型號有Z500/510、520、530、540等，后者面向上網本市場（Netbooks），代表型號有Atom N270/280等。兩大系列均采用單核心設計，不過其中Atom Z520及之后的型號開始支持超線程技術。

●第二代Atom

    第一代Atom盡管功耗控制出色，而且售價也相比以往桌面芯片大幅降低，但是這是建立在犧牲性能的基礎上的，不只CPU性能偏弱，從芯片組到集成顯卡都不能讓人滿意。2009年第四季度，Intel推出了第二代Atom——Pine Trail平臺。

    與第一代Atom最大的不同在于，第二代Atom也就是Pineview處理器平臺改用雙芯片設計，上代的北橋i945GSE被集成到了CPU內部，也就是說內存控制器也開始被集成到CPU內部，這樣的改動大幅降低了內存的延遲，從而進一步提升了這一順序執行架構的計算效率。采用雙芯片設計后，新Atom平臺的芯片面積減少了60%-70%。

    芯片組部分則采用NM10 Express，它仍相當于原來的南橋ICH7-M，仍負責原來的I/O輸出等功能，芯片封裝面積為17mm X 17mm，熱設計功耗為2W。

單核版Pineview處理器內部結構圖

    Pineview處理器集成GMA3150顯卡（相當于GMA X3100的升級版），核心頻率從原來的133MHz提升到了200MHz，此外，得益于內存控制器的改進——Pineview處理器內置的內存控制器為DDR2-533/667單通道控制器，集成顯卡可以利用到更高頻率的內存。與此同時，Intel將上網本平臺的分辨率從原來的1024 X 600提升到了1366 X 768，而顯示器的最高尺寸仍然為10.2吋。

第一代和第二代Atom處理器規格對比

    第二代Atom處理器仍然分為兩個系列，N系列首批產品只有Atom N450，第二個系列則面向入門級桌面臺式機市場（Nettops），產品有Atom D410/D510，具體規格參見上表。之后，Intel在2010年第三季度推出了支持DDR3內存的Atom N455和Atom N475。

    關于第三代Atom處理器平臺——Cedar Trail則在去年頻遭推遲，一度傳言被推遲到2011年四季度，不過好在產品還是趕在三季度9月28日發布。

Intel Atom處理器路線圖

    第三代Atom基于Saltwell微架構，繼續采用雙芯片設計，繼續搭配NM10 Express芯片組，支持SSE2、SSE3、SSSE3指令集，內存控制器繼續提升——變為DDR3-800/1066單通道控制器，圖形芯片則由上代的GMA 3150變為GMA 3650（PowerVR SGX545），支持DirectX 10.1，核心頻率進一步提升到650MHz。

    Intel Cedar Trail Atom處理器采用最新的32nm工藝，TDP被控制在10W，內置支持DX10.1的物理顯示核心，其中桌面版最低端的Atom D2500采用單核設計，不支持超線程，默認主頻為1.86GHz，內置GMA 3600，核心頻率為400MHz，擁有1MB二級緩存。最高端的D2700則采用雙核四條線程設計，默認主頻提升到了2.13GHz，成為第一款主頻突破2GHz的Atom處理器，內置GMA 3650顯示核心，核心頻率為650MHz。

    盡管Intel在桌面市場占據大多數份額，但是在手機等移動計算市場卻屢入困境，面對ARM的咄咄攻勢，Intel終于還擊了——殺手锏就是基于新一代Atom的Medfield。

    其實在Medfield平臺之前，Intel推出了Moorestown平臺，Moorestown平臺包括一顆代號Lincroft的Atom Z600系列處理器，代號Langwell的MP20芯片組，可選代號Briertown的MISC混合信號芯片。其中，Atom Z600處理器有兩種規格，對應智能手機的型號最高頻率1.5GHz，對應平板機的系列最高1.8GHz，內置的圖形核心為PowerVR SGX 535。

基于Android 3.x Honeycomb操作系統的Medfield測試成績

    不過Mooretown平臺并未在智能手機和平板機市場引起重大改變，因此下一代的Medifield平臺中，Intel吸取了教訓。Medifield平臺將處理器和芯片組整合為一顆代號Penwell的高集成度SoC片上系統芯片，Penwell SoC處理器的尺寸為144平方毫米，相比上代減少了一半，所采用的Atom處理器的頻率為1.80GHz或1.86GHz，除了處理器核心，這顆單芯片平臺還包括圖形核心、視頻解碼核心、內存控制器、顯示輸出控制器、音頻加速模塊、攝像頭控制器、存儲控制器以及各種輸入輸出模塊等眾多組件，內置的圖形核心性能也比Mooretown提升了4倍。

    從前面透露的測試成績來看，在計算性能上，基于X86架構的新一代Atom無可匹敵，但美中不足的是Atom芯片的功耗一直都相對較高，2.6W的功耗相比幾百毫瓦的ARM處理器高出不少，這嚴重影響了Medfield手機的續航，不過好在2.6W只是測試樣機的功耗，據Intel透露正式版功耗將會有所降低。

● 總結

    Intel Atom處理器自發布以來就以獨特的身份影響著IT產業格局的變化，如今它從上網本轉移到了平板機和智能手機市場，究竟這顆小小的芯片能再引起什么樣的變化呢？■<