Intel Centrino — новая эра мобильных компьютеров

Сергей Пахомов

Процессор Intel Pentium M

Технология оптимизации энергопотребления процессорной шины

Усовершенствованный метод прогнозирования команд

Технология объединения микроопераций

Технология выделенного диспетчера стеков (Dedicated Stack Manager)

Чипсет Intel 855

Модуль беспроводной связи

RoverBook Nautilus B570 — Mobilis in Mobile

Давайте задумаемся над тем, каким, с точки зрения пользователя, должен быть современный ноутбук? Прежде всего, ноутбук — это мобильный компьютер, поэтому первостепенным фактором является его вес, который напрямую зависит от его размеров. В то же время желательно, чтобы не слишком большой вес по возможности сочетался с приемлемым размером экрана. Вторым немаловажным фактором является продолжительность автономной работы ноутбука от аккумулятора, что, по сути, и делает ноутбук мобильным компьютером. Кроме того, ноутбук, опять-таки по соображениям мобильности, должен по возможности обеспечивать соединение с локальной сетью и с Интернетом. И конечно, не последнее место занимает производительность ноутбука.

бъединить эти четыре фактора в одну платформу оказалось не так-то просто. Действительно, некоторые из перечисленных факторов являются в какой-то степени взаимоисключающими. К примеру, продолжительность автономной работы ноутбука от аккумуляторных батарей напрямую зависит от размера ЖК-матрицы и производительности процессора. Таким образом, чем более функциональным и производительным является ноутбук, тем меньше он сможет работать автономно.

Чтобы удовлетворить все возможные потребности пользователей, на протяжении многих лет выпускались ноутбуки нескольких разновидностей. К примеру, для тех, кто предпочитает использовать ноутбуки в основном в качестве стационарного компьютера, когда время автономной работы не является критичным, позиционировались полноразмерные ноутбуки. Они представляют собой полнофункциональные ПК с размером ЖК-матрицы 15 дюймов и более и отличаются высокой производительностью, поскольку размеры корпуса позволяют создавать необходимую для охлаждения процессора систему теплоотвода. Но подобные ноутбуки трудно назвать мобильными, поскольку вес и длительность автономной работы от батареи не позволяют эффективно использовать их в командировках или вне стационарного рабочего места.

Для той категории пользователей, которые во главу угла ставят именно мобильность ноутбуков, предназначаются легкие, тонкие (Slim) и даже сверхтонкие (UltraSlim) ноутбуки. В дизайне таких ноутбуков первостепенное значение имеют вес, размеры и продолжительность автономной работы. Кроме того, подобные ноутбуки, как правило, имеют средства доступа к локальной сети и в Интернет, что обусловлено требованием мобильности. К подобным средствам относятся интегрированные сетевые адаптеры, интегрированные модемы и, реже, беспроводные решения. К недостаткам указанных ноутбуков относятся их подчас не слишком высокая функциональность и слабая производительность. Для решения последней проблемы и с целью увеличения времени автономной работы от батареи компанией Intel были разработаны специальные версии мобильных процессоров, например Intel Pentium III – M и Intel Pentium 4 – M. Основное различие между мобильными процессорами и процессорами для стационарных ПК заключается в средствах управления энергопотреблением, что, в свою очередь, позволяет увеличить продолжительность автономной работы ноутбука на мобильном процессоре. К таким средствам относятся: технология Enhanced Intel SpeedStep, позволяющая снижать частоту процессора и напряжение питания при работе от батареи, режим ожидания Deeper Sleep, при котором значительно уменьшается потребляемая мощность процессора, а также технология Intel Mobile Voltage Positioning (IMVP), дающая возможность динамически изменять напряжение питания процессора в зависимости от его загрузки.

Конечно, использование мобильных версий процессоров отчасти позволяет решить проблему производительности с одновременным увеличением времени работы ноутбука от батареи. Однако комплексного решения проблемы, которое обеспечивало бы реализацию всех четырех векторов развития современных мобильных ПК, до нынешнего года не существовало. И вот 12 марта 2003 года корпорация Intel представила новую технологию для мобильных ПК — Intel Centrino.

Торговая марка технологии Intel Centrino имеет новый логотип, включающий знаменитый знак Intel Inside. Совершенно новый вид логотипа в сине-пурпурных цветах символизирует полет, мобильность и движение вперед.

Итак, давайте поближе познакомимся с новой платформой, воплощающей новую эру мобильных ПК. Технология Intel Centrino представляет собой сочетание трех составляющих: процессор Intel Pentium M (ранее известный под кодовым названием Banias), чипсет Intel 855 (ранее — Odem), а также чипсет 855GМ, известный как Montara-GM, и интегрированное беспроводное решение Intel PRO/Wireless network connection. При этом в новой платформе впервые реализован комплексный подход, позволяющий объединить в одной платформе производительность, жизнеспособность батарей, формфактор и возможность установления связи.

Процессор Intel Pentium M

основе платформы лежит принципиально новый процессор Intel Pentium M (с новой процессорной микроархитектурой). Выполнен процессор по 0,13-микронному технологическому процессу и имеет 77 млн. транзисторов. При этом существуют три различных варианта процессора: Intel Pentium M, Intel Pentium M Low Voltage (LW) и Intel Pentium M Ultra Low Voltage (ULV). Различаются эти процессоры напряжением питания и возможными тактовым частотами. Стандартная версия процессора имеет сегодня тактовые частоты 1,3 ГГц, 1,4, 1,5 и 1,6 ГГц. Процессор Intel Pentium M Low Voltage (LW) выпускается с тактовой частотой 1,1 ГГц, а процессор Intel Pentium M Ultra Low Voltage — с частотой 900 МГц.

Напряжение питания нового процессора составляет от 0,85 до 1,5 В в зависимости от модели, а средняя потребляемая мощность менее 1 Вт.

Отличительной особенностью новой микроархитектуры процессора Intel Pentium M является сочетание высокой производительности при низком энергопотреблении и соответственно тепловыделении.

Кроме пониженного энергопотребления в новом процессоре реализована поддержка улучшенной технологии Intel SpeedStep и достигнута оптимизация мощности с интеллектуальным распределением энергии.

Улучшенная технология Intel SpeedStep определяет использование нескольких возможных напряжений питания и частот (в совокупности — рабочих точек), что позволяет достичь лучшего соотношения «напряжение/частота» и более эффективного режима функционирования, когда производительность согласуется с рабочей нагрузкой.

Крайние рабочие точки процессора задаются аппаратно, а промежуточные точки — программно.

Управление переходами между различными рабочими точками выполняется только самим процессором и блоком регулятора напряжения (VRM). Для установки требуемого напряжения процессор Intel Pentium M посылает служебные VID-последовательности непосредственно в VRM-модуль. При этом при осуществлении перехода между рабочими состояниями процессора никакие другие компоненты системы не используются.

Переход между различными рабочими точками процессора, характеризующимися напряжением и частотой, происходит так, чтобы обеспечить работоспособность процессора в процессе самого перехода (который не может осуществляться мгновенно). Для того чтобы произвести переход на более высокую тактовую частоту, сначала меняется напряжение процессора до требуемого уровня. Процесс изменения напряжения длится около 100 мкс, то есть является достаточно длительным. Чтобы сохранить работоспособность процессора в ходе изменения напряжения, частота процессора не меняется. Когда же напряжение изменится, достигнув требуемого уровня, происходит скачкообразное увеличение частоты процессора, которое длится около 10 мкс. Если требуется осуществить переход к меньшей частоте, первоначально происходит практически мгновенное изменение частоты (в течение 10 мкс), а после этого постепенно уменьшается напряжение самого процессора уже при неизменной частоте (рис. 1).

Архитектура процессора Intel Pentium M объединяет несколько новейших технологий:

• системную шину процессора с тактовой частотой 400 МГц, использующую технологию оптимизации энергопотребления (Power Optimized Processor Bus);
• усовершенствованный метод прогнозирования команд (Advanced Branch Prediction & Enhanced Data Prefetch);
• набор потоковых команд SIMD-расширений второго поколения, оптимизированных для процессора Intel Pentium 4;
• технологию выделенного диспетчера стеков (Dedicated Stack Manager);
• технологию объединения микроопераций (Micro-Op Fusion).

Технология оптимизации энергопотребления процессорной шины

ехнология оптимизации энергопотребления процессорной шины призвана снизить энергопотребление процессора. Как правило, процессоры оставляют свою системную шину в рабочем состоянии даже тогда, когда она не используется. При этом значительную долю энергии при использовании шины процессора потребляют усилители считывания. Эти усилители используются на шине данных (64 вывода), стробах данных (8 выводов) и для сигналов инверсии данных (4 вывода). Для оптимизации энергопотребления процессор Intel Pentium M включает усилители считывания только непосредственно при приеме данных и отключает их при отсутствии транзакций данных, что приводит к существенной экономии энергопотребления.

Усовершенствованный метод прогнозирования команд

совершенствованный метод прогнозирования команд включает технологию прогнозирования ветвлений Advanced Branch Prediction и технологию предвыборки данных Enhanced Data Prefetch.

Технология Advanced Branch Prediction обеспечивает увеличение производительности посредством анализа поведения программы в прошлом и прогнозирования будущих операций, то есть процессор изучает прошлое поведение программ и пытается предугадать следующие инструкции.

В процессоре Intel Pentium M реализованы блоки прогнозирования ветвлений трех типов:

• бимодальный (прогнозирование условных и безусловных переходов);
• локальный (прогнозирование циклов, завершающихся при определенном значении счетчика);
• глобальный (прогнозирование ветвлений путем отслеживания хода выполнения программы).

Для сравнения отметим, что процессоры с микроархитектурой P6 содержали только блок локального прогнозирования, а блоки бимодального и глобального прогнозирования появились лишь в микроархитектруре Intel NetBurst.

В результате использования всех блоков прогнозирования ветвлений удается снизить ошибки прогнозирования более чем на 20%.

Технология предвыборки данных подразумевает анализ кэш-памяти L1 и поиск в потоке запросов тех данных, к которым будет происходить обращение. Процессор Intel Pentium M отслеживает два типа потоковых операций:

• «поток вверх», то есть переход от низших адресов к высшим;
• «поток вниз», то есть переход от высших адресов к низшим.

Процессор Intel Pentium M позволяет отследить одновременно до восьми операций типа «поток вверх» и до четырех операций типа «поток вниз».

Для сравнения отметим, что процессор Intel Pentium III M отслеживает только операции типа «поток вверх».

Технология объединения микроопераций

ехнология объединения микроопераций (Micro-Op Fusion) обеспечивает слияние нескольких микроопераций в одну.

Инструкции, поступающие в процессор, декодируются в микрооперации. Традиционно эти микрооперации обрабатываются по отдельности. Технология объединения микроопераций позволяет объединить инструкции с операндами памяти. При этом микрокоманда выполняется за время максимальной длительности инструкции.

Эта технология способствует увеличению производительности одновременно с ростом эффективности энергопотребления.

Технология выделенного диспетчера стеков (Dedicated Stack Manager)

ехнология выделенного диспетчера стеков представляет собой специализированные аппаратные средства отслеживания загрузки системных ресурсов, что позволяет обеспечить бесперебойное выполнение процессором программных команд.

Традиционно управление стеком осуществляется программно с помощью команд PUSH, POP, RET и CALL. Естественно, что операции управления стеком приводят к непроизводительным затратам. В процессоре Intel Pentium M реализована технология аппаратного управления стеком, в результате чего происходит уменьшение числа микроопераций более чем на 5%.

Весь перечисленный комплекс новых технологий обеспечивает существенный прирост производительности без снижения времени работы от батареи.

Другим новшеством этого процессора является увеличенный размер кэшей L1 и L2. Размер L1 кэша инструкций и данных составляет по 32 Кбайт (см. таблицу), а размер кэша L2 увеличен до 1 Мбайт.

Впрочем, перемены коснулись не только размера кэша L2, но и схемы его энергопотребления.

Чипсет Intel 855

стественно, что новый по своей архитектуре процессор требует и нового набора микросхем (чипсета). В платформе Centrino это чипсет серии Intel 855, который существует в двух вариантах: Intel 855PM (рис. 2) и Intel 855GM (рис. 3). Чипсет Intel 855PM предусматривает внешний по отношению к чипсету графический контроллер, а чипсет Intel 855GM имеет интегрированную графическую подсистему.

Контроллеры памяти чипсетов Intel 855PM и Intel 855GM поддерживают работу с памятью DDR266/200 с максимальным объемом до 2 Гбайт, а взаимодействие с процессором происходит по 400-мегагерцевой шине с пониженным напряжением питания.

В качестве южного моста в чипсетах используется хорошо известный хаб ввода-вывода ICH4-M, обеспечивающий стандартные функции: шесть портов USB 2.0, AC’97 v. 2.3, два канала ATA66/100 IDE, а также PCI-шина с частотой 33 МГц.

В наборе микросхем Intel 855 используются средства оптимизации энергопотребления. К таким средствам относятся:

• сниженное до 1,2 В (вместо 1,5 В) напряжение Vcc ядра процессора;
• управление питанием памяти;
• управление питанием блока ввода-вывода Intel 855 DDR I/O;
• управление блоком FSB I/O;
• поддержка технологии DDR Read Throttling с помощью внешнего датчика температуры;
• управление вводом-выводом DDR I/O;
• сокращение питания в C3.

Управление питанием памяти DDR подразумевает отключение питания при любой возможности и использование оптимизированного метода управления страницами, при котором количество одновременно открытых страниц (что само по себе приводит к увеличению энергопотребления) сводится к минимуму.

Управление питанием блока ввода-вывода Intel 855 DDR I/O заключается в использовании сигналов управления с тремя дискретными состояниями, неполный запуск сигналов управления (во время циклов ожидания), а также сокращение числа переключений линий управления.

Управление блоком FSB I/O заключается в уменьшении до 1,05 В (вместо 1,5 В) напряжения Vccp (перепад PSB) и аппаратном стробировании для отключения.

Сокращение питания в C3 подразумевает возможность отключения интерфейса концентратора и Host PLL.

Модуль беспроводной связи

ак уже отмечалось, одним из составных компонентов новой платформы Intel Centrino является модуль беспроводной связи. Данный модуль интегрируется на PCI-шине (вставляется в разъем Mini PCI) и позволяет сегодня работать по стандарту IEEE 802.11b на скорости 11 Мбит/с или по стандарту IEEE 802.11a на скорости 54 Мбит/с.

В случае использования стандарта IEEE 802.11b, что особенно актуально для России, используется модуль Intel PRO/Wireless Network Connection.

Модуль Intel PRO/Wireless Network Connection поставляется совместно с программным обеспечением Intel PROSet, что обеспечивает улучшенное управление сетевыми соединениями, то есть позволяет настраивать неограниченное число профилей для связи с различными сетями WLAN. Также поддерживается автоматическая WLAN-коммутация между проводными и беспроводными сетями. Кроме того, в беспроводном модуле Intel PRO/Wireless Network Connection поддерживается технология Intel Wireless Coexistence System 4, обеспечивающая ограниченную совместимость между устройствами сетей 802.11b и Bluetooth.

С целью увеличения продолжительности времени работы от батареи модуль беспроводной связи поддерживает энергосберегающий протокол PSP. Это позволяет использовать пять различных параметров мощности и выбирать наиболее эффективный режим применения батареи.

Другим нововведением, реализованным в беспроводном модуле, стали разнесенные антенны. Такой подход позволяет в реальном времени оптимизировать эффективность подключения к сети WLAN.

Ну и последний момент, на который хотелось бы обратить внимание, — это реализация регулируемого сканирования. Беспроводной модуль позволяет управлять частотой сканирования точек доступа, что отражается на уменьшении потребления мощности и, следовательно, продлевает время автономной работы от батареи.

RoverBook Nautilus B570 — Mobilis in Mobile

знакомившись с общим описанием новой платформы Intel Centrino, давайте перейдем к рассмотрению конкретных образцов. Первой на российском рынке новый мобильный компьютер на платформе Intel Centrino представила компания Rover Computers. Новая линейка мобильных компьютеров получила название RoverBook Nautilus B570.

Возможно, слово Nautilus в названии ноутбука у многих ассоциируется с романом «20 000 лье под водой» Жюля Верна. В свое время идеи, изложенные в этой книге, были по-настоящему революционными, а во многом остаются таковыми и сегодня. Rover Computers планирует реализовать в мобильных компьютерах RoverBook Nautilus все передовые технологии современной IT-индустрии. А девиз «Mobilis in mobile» («Подвижный в подвижном») как нельзя более точно описывает концепцию и значимость мобильного компьютера в условиях растущей динамики современной жизни.

По своему внешнему дизайну этот новый мобильный компьютер ничем не отличается от обычного тонкого ноутбука.

Уже одно то обстоятельство, что ноутбук RoverBook Nautilus B570 имеет ЖК-матрицу с размером диагонали 15 дюймов, говорит о его функциональности. Ну а если учесть, что он оснащен комбо-приводом DVD+CDRW (Toshiba SD-R2412), то становится очевидным, что такой ноутбук вполне может заменить и стационарный компьютер.

Ноутбук RoverBook Nautilus B570 построен на базе процессора Intel Pentium 4 — M с тактовой частотой 1,7 ГГц. В основе системной платы лежит набор микросхем Intel 855PM, включающий северный мост RG824300M и южный мост Intel 82801DBM (рис. 4).

В качестве графического адаптера в ноутбуке RoverBook Nautilus используется… мобильная версия адаптера ATI M9 RADEON Mobility 9000 с 64 Мбайт видеопамяти. Адаптер поддерживает на аппаратном уровне приложения MPEG-2 и DirectX 8.1, что позволяет использовать ноутбук как для просмотра DVD-дисков, так и для игр.

Кроме того, в ноутбук интегрированы сетевой адаптер Ethernet 10/100Base-TX на основе чипа Realtek RTL8100BL и софт-модем. Естественно, имеются и разъемы RJ-45 и RJ-11 для подключения ноутбука к локальной сети и к телефонной линии соответственно. Помимо этого для обеспечения возможности беспроводного соединения в ноутбук RoverBook Nautilus интегрирован… модуль Intel PRO/Wireless Network Connection (используется PCI-слот MiniPCI Socket), позволяющий устанавливать соединение по стандарту IEEE 802.11b.

Кроме различных возможностей для установления связи, ноутбук RoverBook Nautilus позволяет подключать… внешний монитор. К тому же в нем имеются три разъема USB 2.0 и разъем Mini 1394, а для подключения PCMCIA-карт предусмотрен разъем CardBus Socket. Отметим также наличие инфракрасного порта и слота для карт SD/MMС.

Традиционно предусмотрены параллельный LPT-порт и гнезда для подключения внешнего микрофона и внешних динамиков.

Может показаться несколько странным отсутствие последовательного COM-порта, однако это общая тенденция. В ноутбуках последовательные порты уже практически не встречаются. Дело в том, что все современные устройства (за редким исключением) имеют USB-интерфейс, а последовательный порт постепенно уходит со сцены. Если же все-таки возникнет необходимость подключить внешнее устройство по COM-порту, то можно воспользоваться переходником с USB-порта на последовательный порт.

Несмотря на то что данный ноутбук представляет собой высокопроизводительный компьютер, работает он практически бесшумно. Это и понятно: сниженное энергопотребление системы позволяет использовать всего один вентилятор, обеспечивая при этом необходимый теплоотвод.

Мы не имели возможности полнофункционально протестировать новый ноутбук, но даже те тесты, которые нам удалось провести, говорят о его высокой производительности. Так, в тесте Business Winstone 2002 v. 1.0.2 ноутбук продемонстрировал результат 27,6 единиц, а в тесте Multimedia Content Creation Winstone 2003 v. 1.0 — 32,8 единиц.

В тесте Business Winstone 2002 BatteryMark, измеряющем продолжительность автономной работы ноутбука при работе с офисными приложениями, RoverBook Nautilus B570 смог проработать от батареи 4 ч 24 мин, что, безусловно, является рекордно высоким результатом среди современных ноутбуков.

Конечно, без сравнения с другими системами трудно понять, насколько высоки эти результаты. Поэтому в качестве сравнения приведем результаты тестирования данными бенчмарками высокопроизводительного персонального компьютера следующей конфигурации:

• процессор AMD Athlon XP 2600+ (частота FSB 166 МГц, реальная тактовая частота 2083 МГц);
• материнская плата MSI K7N2G-ILSR на основе набора микросхем NVIDIA nForce2;
• жесткий диск IBM IC35L020AVER07 20 Гбайт с файловой системой NTFS;
• 512 Мбайт оперативной памяти (PC3200, Kingston);
• видеокарты ABIT Siluro Ti4200 OTES-64MB (GeForce4 Ti4200 + 64 Мбайт DDR SDRAM) с видеодрайвером Detonator 40.72.

Для такого мощного ПК результаты тестов следующие:

• Business Winstone 2002 v. 1.0.2 — 34,8 единиц;
• Multimedia Content Creation Winstone 2003 v. 1.0 — 38,3.

Если же сравнивать данные результаты не с результатами настольных ПК, а с результатами других ноутбуков, то станет очевидно, что новый мобильный ПК обеспечивает высокую производительность.

В заключение отметим, что ноутбук оснащен 512 Мбайт памяти DDR266 и жестким диском объемом 60 Гбайт. Предварительная цена ноутбука составит от 1900 долл. за минимальную конфигурацию, что делает его, безусловно, очень выгодной покупкой. Кроме того, ноутбук комплектуется лицензионной русской версией Microsoft Windows XP Professional, «Антивирусом Касперского», а также рядом других программ. Гарантия на ноутбук в компании Rover Computers составляет 3 года.

Редакция выражает признательность компании Rover Computers (тел.: (095) 745-8464, http://www.rovercomputers.com/) за предоставленный для обзора ноутбук RoverBook Nautilus B570.

КомпьютерПресс 3'2003