Atom从诞生之初就不是一个讨人喜欢的孩子，其核心脱胎于Intel“万亿次（TeraScale）”项目，为了降低成本和功耗，还从桌面的乱序指令（out of order）改成了顺序指令执行（in order），最终Atom的性能及功耗都大幅降低了，用在上网本还算合适。只不过上网本命不长久，这个市场爆发的很快，但是沉沦的更快。失去了最大市场之后，Atom也曾在NAS、二奶机之类的市场发了发光，但是这些市场实在太小众了，根本支撑不起Atom的远大前景。
Intel有四五年的时间没有升级Atom的工艺和架构了，这期间适逢移动市场大爆炸，高通、苹果、三星及NVIDIA等“小公司”凭借低功耗的ARM处理器崛起，智能手机、平板等设备一跃成为主流。Intel也尝试用Atom处理器进军移动市场，去年推出的面向智能手机的Atom Z2460、面向平板的Atom Z2760及今年的Atom Z2580等处理器或多或少地在智能设备领域敲开了大门，如果想大举进军的话Intel还要拿出更有竞争力的产品才行。
这个杀手锏就是今天发布的22nm工艺、Silvermont架构的新一代Atom，时隔4年之后Intel终于肯用自己掌握的工艺优势对抗ARM处理器了。现在我们就以Anandtech对新一代Atom处理器的分析来看一下Intel未来如何打算称霸移动领域的。
Silvermont架构Atom亮点一：工艺升级
Intel称Silvermont架构Atom有三倍性能提升、5倍功耗降低
目前Atom处理器的架构代号Saltwell，发布于2008年，设计于2004年，虽然性能依然比Coretx-A9要快，但是相对桌面级CPU架构来说还是很古老了。Intel在2010年为Atom升级过一次32nm工艺，所以现在的Atom无论架构还是工艺相对Intel目前的标准都是落伍了。
Silvermont架构的Atom制程工艺升级到了22nm 3D晶体管工艺，与目前的IVB处理器同级；其架构也从五年前的Saltwell升级到了Silvermont，所以在性能、功耗比上有全方位的进步，Intel表示Silvermont有三倍的性能提升，而功耗降低了5倍。（虽然降低xx倍这个说法不合语法，不过现在用的真是越来越多了。）
Silvermont架构实际上只是一个开始，Intel决定每年都会升级一次Atom处理器的架构，这种做法甚至比桌面级CPU两年升级一次架构还要激进，看来Intel真的要在移动市场发威了，不愿再被人当作hello kitty了。
22nm 3D晶体管工艺
Silvermont降低功耗的功臣是22nm 3D晶体管工艺，有关这个工艺的详细介绍可以参见我们之前的评测文章。这种工艺已在目前的IVB处理器上展示了其低功耗、低电压的威力，可以猜测Atom上使用的22nm工艺会进一步优化电压及功耗。
22nm 3D晶体管工艺使得Intel成功地将阈电压（threshold voltage）降低100mV到同样的漏电流水平，由于功耗是跟电压的平方成正比的，因此在阈电压下功耗降低了25-35%。新工艺的好处不止于此，在1V电压下，22nm工艺的晶体管性能提升了18%，换句话说如果是同样的性能，那么电压只需0.8V，功耗减少了20%。电压越低带来的性能提升越明显，0.7V电压性能可提升37%，如果是保持同样的性能，那么功耗可以降低一半。
22nm 3D晶体管工艺的优点
此前Anandtch做过的X86与ARM功耗对比
回顾此前做过的X86与ARM处理器功耗对比，使用28nm工艺的高通APQ8064在待机功耗上确实比32nm工艺的Atom Z2760要好一些，但是现在Atom已经升级到更强大的22nm 3D晶体管工艺，虽然还没有具体数据，但是可以想象其功耗肯定会更低。
Silvermont架构亮点之二：乱序指令
22nm工艺带来的是Silvermont处理器功耗的降低，性能提升则要靠架构升级了。Silvermont架构相比五年前的Saltwell架构，其最大变化是从顺序指令执行升级到了乱序指令（简称OoOE）执行，Anandtech也对比做了一番解析。
时间有限，这里不再赘述太多顺序指令及乱序指令的技术术语，简单来说就是顺序指令执行时需要等上一个指令执行完才能进行下一个，而乱序指令执行体系则可以将其中的指令按照类型分类同时执行，简单的例子就像是快递员发包裹，A地点有三个包裹，B地点有2个包裹，顺序指令需要进行5次才能送完，而乱序指令则可以将A地点的三个包裹同时送出，B地点的2个也能同时送出，只需要执行2次就行了。（例子有助于理解，跟具体原理不一定一致）
Saltwell架构源于5年前，为了降低设计难度及功耗，Atom使用了顺序指令执行，如今的Atom在功耗上有更先进的工艺辅助，架构上不需要太多折衷，因此又改回了与桌面版一样的乱序指令架构。
Saltwell与Silvermont架构的流水线设计
Silvermont的流水线设计与Saltwell相比变化不大，后者有16级顺序指令流水线，其中有13级误预测（mispredict）流水线，Silvermont架构中使用了乱序指令，如果不需要从内存中读取数据那么就可以绕过这些流水线，因此误预测流水线从13级减少到10级。
Silvermont的整数流水线没有明说，但是可以预计会在14-17级之间。
Silvermont架构的分支预测单元是变化最大的，这也是其架构进步的表现。它提升了前代架构的分支预测单元的性能，涉及的任何数据结构的大小都有明显增加。此外，Silvermont架构还增加了间接分支预测单元，这些改进一同促进了Silvermont架构的分支预测精度。
得益于分支预测单元的改进及延迟的降低，Silvermont的IPC每周期性能相比Saltwell的Bonnell核心有5-10%的提升。
Silvermont架构设计亮点之三：依然是双发射（Dual-Issue）
不论是苹果还是高通或者ARM，新一代移动处理器的架构都是朝着多发射（wider）、OoOE乱序指令前进，苹果的Swift及高通的Krait架构都是如此，ARM从Cortex-A8到A9的升级中也使用了OoOE乱序指令，从A9升级到A15也升级到了3发射。Intel在Silvermont架构虽然使用了OoOE指令体系，不过Silvermont依然是双发射（Dual Issue，目前桌面的X86处理器都是4发射了，AMD的推土机架构是每个内核双发射，但是整个模块还是4发射。）
Intel在这一点采取保守的姿态是综合考虑了核心面积、功耗以及4发射的风险的。更宽的前端需要更宽的执行单元引擎，Intel认为目前的2发射前端已经可以提供足够好的性能，并不需要冒风险去使用3发射或者4发射的前端设计。
Silvermont架构的架构示意图
最初的Atom处理器的管线设计
执行单元设计
执行单元的设计与Saltwell架构看起来很相似
指令集、IPC性能及频率
最初的Atom源于Meron/Core级别的X86，因此并不支持SSE4及之后的指令集，现在Silvermont补上这一课了，它支持SSE 4.1/4.2、POPCNT及AES-NI指令集。
新指令集
新技术
IPC性能及频率
Silvermont架构所做的改进最终都是为了提高IPC每周期指令性能，根据Intel所说，其单线程性能粗略地与Cortex-A15架构相近（原文如此）。之前我们对Cortex-A15架构的性能已经有所了解，不过Silvermont依然有机会做得更好。Intel的22nm 3D晶体管工艺在同样的功耗下有18-37%的性能提升，因此Silvermont在功耗不变的情况下有可能运行在更高的频率上。
Intel也没有公布Silvermont处理器的运行频率，目前的Atom处理器频率在1.6-2.9GHz，原文作者猜测Silvermont的频率可达2.0-2.4GHz，此前的架构分析中猜测其性能差不多可以提高50%,再加上频率提升30%，因此新一代Atom在功耗不变的情况下性能可以提升83%左右。
Turbo加速及功耗管理
此前的Atom已经支持了Intel的Turbo Boost加速技术，频率可以动态提高，但是它使用的Turbo Boost其实很粗放，CPU会告诉OS系统它所有的P-State，由于之前的Turbo加速是热限制的，因此CPU也会告诉OS它存在一个最大P-State。上一代的Atom的Turbo加速都是系统驱动的，并不能充分利用CPU的热设计空间。
Silvermont上的Turbo加速更加智能，处理器内有了自己的功耗控制单元，它可以监控处理器的发热情况，动态处理SoC芯片内的各个电路的功耗分配，一旦情况合适，它就可以告诉OS可以运行在最高频率之上。与Sandy Bridge处理器类似，Silvermont也可以短时间内超越TDP上限，前提是处理器的温度允许。最后，Silvermont也可以单独加速处理器的各个IP内核，不需要太高CPU性能的时候就可以加速GPU频率，反之亦然。
与Haswell这样的大核心处理器相比，Silermont的频率加速并不是多么让人印象深刻的技术了，但是与移动领域的处理器相比，它已经是个巨大的进步了。
Silvermont的模块化设计及缓存
与AMD的推土机、Jaguar架构相似，Silvermont的架构也是模块化的，基础的Silvermont是一个双核/双线程的模块，不过它的每一个核心都是独立的，并不共享彼此的硬件单元。Silvermont支持多个模块配置，最高可搭配出8核心SoC处理器。
每个模块共享1MB L2缓存，相比目前的Atom处理器其L2缓存扩大了一倍，而且延迟减少了2个周期。
L1缓存容量和延迟没有变化，依然是32KB L1数据缓存和24KB L1指令缓存。
Slivermont支持内核异步频率：高通异步内核的学徒？
此前Intel处理器的所有核心都是同步运行的，这意味着每个内核的频率是一致的，不需要的时候就使用Power Gate关闭。高通的处理器有一个绝活就是每个内核支持不同频率不同电压下运行，在ARM处理器中也是独一份的。
现在Intel的Silvermont也支持多核异步运行了，一个核心运行在2.4GHz，而另一个核心就可以运行在1.2GHz下。不过与高通不同的是，Silvermont的异步运行是可选的，而且如果CPU内核频率异步运行，那么L2缓存的频率会与其中频率较高的内核保持一致。Intel认为这种设计的弹性更高，可以降低功耗。
前端总线：从FSB到IDI
Silvermont的前端总线设计也有所改变，FSB已经彻底走入历史，Silvermont也也使用了桌面级处理器惯用的IDI（in-die interconnect,芯内互连 ）设计。与之前的FSB总线相比，IDI对于提高处理器的单线程性能大有裨益，据悉有双位数（也就是至少10%）的提升。
系统助手也升级了
另外一个重要的单元就是系统助手（System Agent）了，它相当于传统的北桥区域，之前的Atom处理器使用的是顺序指令，内存操作必须按顺序来，现在的Silvermont的系统助手则可以处理来自CPU内核、GPU等单元的内存要求以优化性能。
SoC、图形核心及性能
Intel并没有谈及Silvemont在智能手机、平板、汽车自动化、通讯及微服务器领域的具体应用，但是我们已经支持Bay Trail分支将在今年底问世，主打Windows 8（8.1或者Blue）平板市场，面向智能手机的Merrifield则在明年登场。
来看Bay Trail，它将是一款四核处理器，GPU核心是Intel Gen7图形核心，与Intel目前的HD 4000架构相当，虽然我们不知道Bay Trail的GPU具体频率，不过它的EU单元是确定了，只有4个，相当于目前的HD 4000的1/4。
虽然还不能确定最后的性能如何，但是原文猜Bay Trail的GPU性能与iPad 4差不多。另外，Intel的Haswell处理器上已经使用了eDRAM来提升GPU性能，目前的Silvermont处理器上显然没有集成eDRAM，但是下一代的14nm工艺的产品上就有可能集成eDRAM了。
Penryn级别的性能
第一代Atom问世时，作者认为1.6GHz的Atom性能与笔记本中使用的1.2GH的Pentium M性能相当，那么Silvermont的性能相当于什么级别的PC处理器呢?
单线程方面，2.4GHz的Silvermont性能相当于1.2GHz的Penryn处理器，再具体一点就是与2010年的11寸Macbook Air使用的Core 2 Duo处理器相当。需要注意的是，这里对比的是单线程性能，如果考虑多线程性能，4核心的Silvermont可以很轻松击败Penryn处理器，理由就是虽然Silvermont只是2发射设计，但是得益于22nm工艺的优势，其频率可以更高。
总之，Bay Trail处理器的平板有惊人的性能并不会让人意外，现在不确定的是Silvermont处理器的Win8平板是否能提供传统的Windows体验，作者猜测下一代的Airmont处理器可以达到这个程度。
如果是用于智能手机的Silvermont处理器，频率可能会更低一些，但是其功耗也会更低，续航时间也会提高。一想到新一代Atom处理器能提供2010年Macbook Air笔记本级别的性能就让人兴奋。
Silvermont平板的预期、性能及总结
平板预期
Intel表示使用Silvermont处理器的平板已经在开发中，年底就会问世，届时Silvermont处理器会拥有比去年底发布的Clover Trail（Atom Z2760）有更美好的故事。Windows 8到时也会升级到第二代（代号Windows Blue），而Intel也会同时发布Windows及Android两个系统的平板。根据Intel此前所说，Android系统的平板价格会低至200美元，这是去年的Atom Z2760平板做不到的。
还有一个问题就是Silvermont平板的工业设计，厚度可能跟Atom Z2760是一样的，但是也有可能会更薄。屏幕的质量也会比目前的Intel平板要好，Intel整合厂商一道进行屏幕的色彩校准工作，听说其屏幕表现会跟骁龙800是一个级别的。
最终我们会看到其屏幕分辨率超过1366x768，甚至达到iPad 3/4的Retina级别，Silvermont的系统助手设计在优化高分辨率下的GPU带宽方面非常有帮助。
Silvermont平板的性能
具体的性能来看Intel官方的数据吧，反正现在也没有实物可供参考。与Silvermont对比的是现在的Saltwell处理器，单线程性能有2-4.7倍的提升，多线程性能有2.5-4.4倍的提升。
再来看与竞争对手的四核处理器的对比
碾压完自家的的Atom处理器之后，Intel又开始打击对手的四核处理器了，不过Intel还是很“绅士”的，表格中并没有提及具体是哪三家的处理器。反正在性能上Silvermont处理器是他们的1.4-2.1倍，功耗则比他们低了1.6-3.1倍。
具体的平板产品的对比
具体的平板产品的对比中，Intel还是没有点名，当然结果还是一如既往的强大，2倍的性能提升，4.3倍的功耗降低。
总结：前途是光明的，竞争是激烈的
看了这么多，总结也就长话短说吧。
Anandtech网站把Silvermont比作Intel当初在笔记本市场上首先引入的Conroe扣肉架构，这是Intel憋屈的从P4时代转型的架构，意义非常重大。但是Silvermont还不够，它不像扣肉架构扭转乾坤，Silvermont并不能一夜之间就改变现在的竞争情况。虽然Silvermont是Intel进军移动市场的一大步，但是扣肉架构之后还有Penryn、Nehalem、Westmere、Sandy Bridge、Ive Bridge及Haswell，扣肉架构奠定了Intel在过去几年中遥遥领先对手的基础，Silvermont现在只是走出了扣肉架构的第一步。
移动处理器市场上的竞争也远非当时扣肉架构发布时的竞争可比，后者只有AMD一个对手，但是目前的移动处理器市场上群雄并起，Intel还只是刚刚打开了市场的大门，市场份额微不足道。当然，这不是说Silvermont不会引领Intel走向成功，只是现在的环境不一样了，获得扣肉那样的胜利并不容易。
另外，Silvermont的到来还是有点迟了，在工艺落后主流三年、架构落后主流五年之后Intel才想到为Atom升级，Intel也真够后知后觉的。现在Intel倒是觉醒了，打算一年升级一次Atom处理器的架构，明年会升级到14nm Airmont架构，届时凭借更先进的功耗管理或许能重演扣肉架构的辉煌。
Anandtech在结尾看来并没有给Intel说太多好话，实际上从官方的介绍来看，Silvermont的性能提升还是非常值得期待的，原本Atom在性能方面就不输于ARM处理器，即便是32nm工艺也能在功耗上跟ARM相抗衡，22nm+新架构的Silvermont在性能及续航两方面都会有明显进步，即使不如PPT上那样大杀四方，实际情况至少也会比目前的Atom Z2580、Z2760要好吧，况且Intel打算将Android平板的价格拉低到200美元，感觉好事一下子全来了，一切都等到年底产品上市时再说吧，到时候Intel是PPT制胜还是真的有实力在移动市场分一杯羹就能更清晰了。
游客 2015-01-13 13:12
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超能网友研究生 2013-08-30 12:26 | 加入黑名单
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我匿名了 2013-08-30 10:34
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