Kiến trúc vi xử lý intel atom silde

Kiến trúc vi xử lý intel atom silde

Thành viên:

Học viện công nghệ bưu chính viễn thông

LOGO Báo Cáo

Tìm hiểu kiến trúc Vi Xử Lý Intel Atom

Nội dung báo cáo

Giới thiệu chung về vi xử lý Intel Atom

Kỹ thuật và công nghệ mới

4

Tìm hiểu về Intel Atom N2600

5

Phần 1: Giới thiệu khái quát về vi xử lý Intel

Atom

- Intel Atom là tên nhãn hiệu cho dòng CPU x86 (hoặc vi xử lý) của Intel , tên

mã trước đó là bộ xử lý Silverthorne và Diamondville, thiết kế cho một tiến trình CMOS cỡ 45 nm dự định dùng cho máy tính siêu di động,

điện thoại thông minh và các thiết bị bỏ túi cần tiêu thụ điện năng thấp.

- Intel Atom củng cố bộ thủ tục x86 ( IA-32 ) (bao gồm x86-64); như rất nhiều thiết kế khác nó chia một số thủ tục x86 nhất định thành các thủ tục bên

trong được tối ưu để thực thi, nhưng ở mức độ mở rộng ít hơn (chỉ ~4%) hơn gia đình Intel P6 và Intel P68 Trong Atom, các μ-op có thể chứa cả bộ nhớ nạp và một bộ nhớ lưu trữ trong kết nối với điều hành ALU , điều này càng giống với cấp độ x86 và tuyệt hơn so với thiết kế µ-op trước đó Điều này làm cho hiệu năng được cải thiện chỉ với hai ALU số nguyên, và không cần cấp phát lại bất kỳ thủ tục nào, suy đoán thực thi, hoặc thay đổi tên

thanh ghi Bởi vậy Atom giới thiệu lại từng phần của nguồn gốc sử dụng

trong các thiết kế của Intel trước đó như Intel P5 và i486 , với mục đích tăng thêm tỉ lệ hiệu năng mỗi watt

Phần 2: Vi cấu trúc

Bộ  vi  xử  lí  Atom  dựa  trên  Vi  cấu  trúc  Core  ,  có  nguồn  gốc  trong  những CPU Intel thuộc thế hệ thứ sáu như Pentium M , Pentium III .

Pipeline là những bước mà mỗi lệnh phải đi qua một cách trình tự để  thực hiện lệnh đầy đủ . Atom có Pipeline 16 tầng , nó dài hơn một chút so  với những bộ vi xử lí Core 2 hiện thời . Điều này xuất phát từ một số lí do .

Nó   sẽ  cho  phép  sử  dụng  năng  lượng  hiệu  quả  hơn    Nhiều  tầng  ( Stage ) có nghĩa là có nhiều Bộ phận , có thể dàn trải toàn bộ trên Chip  khiến cho việc tản nhiệt tốt hơn . Nếu chỉ có một vài Bộ phận thì khiến cho  nhiệt lượng dễ dàng bị tập trung tại một vài điểm . Với CPU mà có nhiều Bộ  phận thì khả năng số lượng Bộ phận được nghỉ cao hơn so với những CPU  chỉ có một vài bộ phận và như vậy dễ dàng tắt bớt những bộ phận này để tiết  kiệm năng lượng . Một thuận lợi khác của Pipeline dài hơn đó là Vi cấu trúc 

có thể đạt được tốc độ xung nhịp cao  hơn . Như vậy những bộ phận có ít  Transistor thì dễ dàng đạt được tốc độ cao hơn .

Pipeline của Intel Atom

Đặc điểm khác có trong Atom đó là Đường Dữ liệu bên trong là 128-bit , điều này đã có trong những CPU dựa trên Vi cấu trúc Core ( như : Core 2 Duo ) Trong những CPU trước kia Đường Dữ liệu bên trong chỉ là 64-bit Điều này chính là vấn đề đối với những lệnh SSE phải sử dụng những thanh ghi SSE và có tên gọi XMM lại có độ dài 128-bit Do đó khi thực hiện lệnh có dữ liệu 128-bit , thì hoạt động này lại bị bẻ thành hai phép tính 64-bit Như vậy với Đường Dữ liệu bên trong có độ rộng 128-bit cho phép Atom xử lí những lệnh SSE với dữ liệu 128-bit nhanh hơn Intel gọi nó là “Digital Media Boost”

Như đã đề cập bên trên CPU Atom có 32KB Cache lệnh L1 và 24KB Cache dữ liệu L1 với 512KB Cache L2

Atom cũng có hỗ trợ công nghệ HyperThreading và như vậy hệ điều hành

sẽ nhận ra hệ thống với hai bộ vi xử lí để cho phép xử lí hai luồng dữ liệu cùng một lúc.

Sơ đồ khối của Silverthorne

Chipset song hành cùng Intel Atom

Tùy thuộc vào loại máy mà bạn sử dụng, các CPU Atom có thể

sẽ đi kèm với chipset 945 (Atom N2xx, 2xx) hoặc US15W (Atom Z5xx)

của Intel Ngoài Intel, có hai hãng nữa cũng sản xuất chipset cho CPU

Atom là SIS và nVIDIA Vì thế bạn cũng sẽ thấy các sản phẩm máy tính

sử dụng các chipset từ hai thương hiệu này trên thị trường.

Theo lí thuyết bất kì Chipset Intel 945 nào cũng đều có thể dùng được , nhưng Intel khuyến cáo phiên bản Mobile nên sử dụng Chipset

Intel 945GSE cho nền tảng “NetBook 08” Tất cả bộ nhớ và những đặc tính I/O cho những NetBook dùng với CPU Atom sẽ phụ thuộc vào

•Công cụ đồ hoạ kết hợp với Giải mã Video có độ nét cao hoàn toàn dựa trên

phần cứng ( hỗ trợ định dạng H.264 , MPEG2 , MPEG4 , VC1 và WMV 9 ) và khả năng đồ hoạ 3D , tốc độ làm việc 200MHz (Intel Graphics Media Accelerator

500, DirectX 9.0c/Shader 3.0).

•Hỗ trợ hai màn hình hiển thị , một bên trong thiết bị và một cho bên ngoài thiết

bị Chúng có thể làm việc như là hai màn hình độc lập hoặc hiển thị cùng hình ảnh cùng một lúc ) Sự kết nối giữa Chipset và màn hình hiển thị LCD bên trong

và màn hình Video bên ngoài được thông qua liên kết SDVO ( Serial Digital Video Out ) Liên kết SDVO này dễ dàng chuyển đổi thành bất kỳ đầu ra theo chuẩn nào ( VGA , S-Video , DVI , HDMI … ) qua Chip bên ngoài

•Hỗ trợ bộ nhớ DDR2-400 hoặc DDR2-533 lên tới 1GB với cấu hình

Single-Channel

•Bộ phận điều khiển âm thanh chất lượng cao HD với độ phân giải 32-bit và tần

số lấy mẫu 192Khz Trên thực tế chất lượng âm thanh sẽ phụ thuộc vào Codec

âm thanh được sử dụng

•08 cổng USB 2.0

•02 đường PCIe x1

•01 cổng ATA-100

•03 cổng SDIO

Những đặc tính chính của Chipset Intel US15W

•Được chế tạo dựa trên công nghệ 45nm

•Có thể đi cặp với Chipset Mobile Intel 945 ( Model Atom 2xx và Nxxx ) hoặc với Chipset Intel US15W ( Atom Z5xx ) . Những Model 2xx và Nxxx cho máy tính xách tay . Z5xx cho những thiết bị cầm tay kết nối Internet 

•237 chân cho Model “Diamondville” là 2xx và Nxxx ; hoặc 441 chân cho Model “Silverthorne” là Z5xx 

2 Tập lệnh

SSE2: Là tập lệnh hỗ trợ đồ họa mở rộng thiết kế cho Pentium 4. Vi kiến trúc Netburst mở rộng khả 

năng xử lý theo kiểu cấu trúc SIMD mà các công nghệ Intel MMX và SSE bằng cách thêm vào 144 câu lệnh mới. Các lệnh này bao gồm các tác vụ số nguyên SIMD 128 bit và các tác vụ dấu chấm động với độ chính xác gấp đôi SIMD 128 bit. Các lệnh mới này làm tối ưu hóa khả năng thực hiện các ứng dụng như phim, video, xư slý âm thanh – hình ảnh, mã hóa, tài chính, thiết kế và nghiên cứu khoa học, kết nối mạng trực tuyến

Cơ bản về Netburst: Là mô hình vi kiến trúc của Intel. Nó cung cấp một số tính năng và 

công nghệ mới rất cao như: công nghệ siêu ống, kênh truyền hệ thống 400 Mhz. Bộ nhớ nội cho phép truy cập lệnh thực thi và cơ chế thực thi lệnh nhanh chóng. Một số công nghệ và tính năng tăng cường như: Bộ nhớ nội truy cập nhanh cao cấp, đơn vị xử lý dâu chấm động và truyền thống 

đa phương tiện được cải tiến và bộ lệnh gỗ trợi đồ họa và truyền thông đa phương tiênk cấp 2

SSE2 mở rộng tập lệnh MMX để hoạt độngt rên thanh ghi XMM cho phép người sử  

dụng hoàn toàn tránh khỏi việc các thanh ghi MMX 64 bit bị chồng trong các thanh ghi stack dấu chấm động chính thức IA-32. Điều này cho phép trộn phần nguyên SIMD với cơ cấu điểm nổi vô hướng mà không có chế độ chuyển đổi giữa MMX và x87. Tuy nhiên, điều này là ovẻ-shadowed giá trị của việc có thể thực hiện các hoạt động MMX trên các thanh ghi SSE lớn hơn

SSE3: Đây là tập lệnh được bổ sung vào năm 2004 là phiên bản thứ 3 của SSE đặt cho kiến trúc IA-32, SSE3 thêm vào 13 câu lệnh mới nhằm giúp các ứng dụng xử lý video game chạy nhanh hơn và còn hỗ trợ tăng tốc kết nối mạng, đa phương tiện…

Công nghệ siêu phân luồng

Công Nghệ Intel® Hyper-Threading (Intel® HT)1 sử dụng tài nguyên của bộ xử lý hiệu quả hơn, cho phép nhiều luồng xử lý chạy trên mỗi nhân Là một tính năng nâng cao hiệu năng xử lý, Công Nghệ Intel HT cũng nâng cao năng suất bộ xử lý, nâng cao khả năng xử lý tổng thể trên phần mềm phân luồng.

•Chạy đồng thời nhiều ứng dụng đòi hỏi khả năng xử lý cao, đồng thời

duy trì khả năng đáp ứng của hệ thống

•Giữ cho hệ thống được bảo vệ, hoạt động hiệu quả, dễ quản trị đồng

thời giảm tối đa ảnh hưởng đến năng suất công việc

•Cung cấp năng lực thặng dư để sử dụng khi công việc kinh doanh sau

này phát triển và để thực hiện giải pháp mới

Kỹ thuật và công nghệ mới

Atom không giống bất cứ loại CPU nào từ trước tới nay ngoại trừ việc nó có cùng tập lệnh với CPU nhóm CORE điển hình như Core 2 Duo hay Core 2 Quad. Atom xử lý các lệnh theo thứ tự - tương tự như các thế hệ Pentium trước đây và có khả năng xử lý 2 lệnh mỗi xung nhịp. Bên cạnh đó, nó có kênh dữ liệu 16 bước – dài hơn các CPU Core 2 Duo tuy nhiên lại tiết kiệm điện hơn, tỏa nhiệt đều hơn. Một số kênh 

có thể được tắt đi khi không dùng tới để giảm lượng điện tiêu thụ. Ngoài ra, ưu điểm nữa của CPU có kênh 

dữ liệu dài hơn là nó có thể đạt được xung nhịp cao hơn

 Một trong những tính năng đáng giá của Atom là kênh dữ liệu nội bộ 128-bit – yếu tố thừa hưởng của các chip kiến trúc Core. Các chip loại cũ chỉ có kênh dữ liệu 64-bit, đây là một vấn đề đối với tập lệnh SSE vì các địa chỉ SSE (XMM) có độ dài 128-bit. Vì thế, khi các chip thế hệ cũ thực hiện lệnh SSE, chúng sẽ phải chia thành 2 đoạn 64-bit. Atom với kênh dữ liệu 128-bit sẽ thực hiện SSE nhanh hơn. Intel gọi đặc điểm này là công nghệ Digital Media Boost

 Về mặt bộ đệm, các CPU Atom có 32KB bộ đệm hướng dẫn lệnh L1, 24KB L1 dành cho dữ liệu 

và 512KB bộ đệm L2. Các chip này không có khối điều khiển bộ nhớ tích hợp mà toàn bộ phần này đều được giao phó cho chipset. Đáng chú ý, Atom được trang bị công nghệ HyperThreading cho phép biến 1 chip đơn thành 2 chip và cho phép hệ điều hành chia đôi các công việc cho mỗi lõi ảo để tận dụng tối đa hiệu năng có thể. Dĩ nhiên tốc độ đạt được không thể bằng các chip lõi kép thực thụ, tuy nhiên mọi sự gia tăng hiệu năng đều đáng để hoan nghênh

 Để tiết kiệm điện, toàn bộ các CPU Atom đều có thể sử dụng chế độ C1, C2 và C4 trên các CPU 

ảo. Bên cạnh đó, bộ đệm L2 có thể được tắt bớt một phần khi CPU chuyển qua C4 hoặc tắt toàn bộ trong C4E. Tính năng này được Intel gọi là Dynamic Cache Sizing (Atom 2xx không hỗ trợ C4 và sẽ không có tính năng này). Dĩ nhiên, công nghệ hạ xung nhịp khi rảnh rỗi (Intel Enhanced Speed Step) cũng không thể vắng mặt. 

Phiên bản chip di động Atom thế hệ mới

Phiên bản chip di động Atom thế hệ mới sẽ không cần tới chip đồ họa Nvidia bởi nó được tích hợp sẵn chip đồ họa trong lõi chip.

Tên mã của phiên bản Atom kế tiếp là Pine Trail sẽ không cần tới chip đồ họa rời được thiết kế cho những chiếc netbook (laptop cỡ nhỏ) và nettop (PC cỡ nhỏ).

Nền tảng chip Atom sẽ tích hợp luôn đồ họa và bộ điều khiển nhớ vào lõi chip, giúp giảm số lượng con chip từ 3 xuống 2 so với trước đây Riêng bộ phận I/O vẫn tiếp tục đóng vai trò là chip riêng biệt, được Intel gán tên mã là “Tiger Point”.

nVidia cũng nói rằng nền tảng Ion của hãng này sẽ kết hợp chip Atom và chip đồ họa GeForce

9400 nhằm mang lại trải nghiệm đồ họa tốt hơn, và khả năng chơi video độ nét cao (HD) 1080p Khi được hỏi liệu việc tích hợp chip đồ họa vào lõi chip Atom có vi phạm luật chống độc quyền hay không, Sujan Kamran, giám đốc tiếp thị khu vực châu Á – TBD của Intel, cho biết đây là một xu hướng tất yếu cho nên Intel không lo ngại bất cứ điều gì.

Nền tảng chip Atom mới rất được giới thử nghiệm mong đợi bởi nó có mức tiết kiệm năng lượng cao hơn, hiệu suất mạnh hơn so với các nền tảng Atom trước đây Tuy nhiên, Intel lại không công bố chi tiết mức độ cải thiện hiệu suất và tiêu thụ năng lượng so với các mẫu chip Atom hiện tại.

Cũng theo Kamran, cơ hội để các thiết bị của bên thứ ba kết nối với nền tảng Atom mới là rất lớn Netbook là thị trường mới nổi và rất có nhiều triển vọng, cho nên cơ hội của Intel

là rất lớn với những nâng cấp mới nhất dành cho Atom.

Phần 5: Intel Atom N2600

N2600 Atom là bộ xử lý lõi kép cho máy tính xách tay cấp nhập cảnh Chạy ở tốc

độ 1,60 GHz, bộ xử lý là tốt cho hầu hết các nhiệm vụ cấp nhập cảnh của bạn N2800 đã cao hơn 1,86 GHz cloked Intel đã ghép nối các lõi bộ xử lý với PowerVR SGX 545 (400 MHz) đồ họa Imagination Technologies - cùng một công

ty có nguồn gốc đồ họa tích hợp trong bộ vi xử lý A5 và A5X được sử dụng trong iPad của Apple Intel mang lại gần 2x hiệu suất đồ họa so với GMA 3150 trong

bộ vi xử lý Atom Pine Trail trước đó dựa trên Điều này làm cho cạnh tranh hơn

so với APU của AMD dựa trên sự hợp nhất Brazos Ở mức 6,5 Watts TDP bộ vi

xử lý là rất tốt cho tuổi thọ pin.

Intel® YesCông nghệ Ảo hóa Intel® (VT-

Công nghệ Ảo hóa Intel® cho  I/O trực tiếp (VT-d) NoCông nghệ Thực thi Tin cậy 

Intel® 64 Yes Công nghệ Enhanced Intel 

SpeedStep® YesChuyển theo yêu cầu của 

Biểu đồ khối của dòng Intel Atom N2600