Эволюция мобильных НМС Intel, часть II

--> Дата: Фев 18, 2008 47

Евгений Рудометов
rudometov@mail.ru

В статье использованы открытые материалы корпорации Intel.

На основе накопленного опыта разработки и эксплуатации настольных систем с процессорами Intel Pentium корпорации в сравнительно короткий срок удалось создать компактные и высокопроизводительные мобильные системы. Их основой стали модели мобильного процессора Intel Pentium 4-M и наборы микросхем системной логики (НМС) семейства Intel 852 (i852). Эти многофункциональные НМС, в которых нашли свое воплощение перспективные технологии энергосбережения, позволили выпускать более совершенные устройства, выгодно отличавшиеся от своих предшественников. Подробнее НМС этого семейства были рассмотрены в первой части обзора (см. "BYTE/Россия" № 4'2005).

Однако, оценивая потенциальные возможности НМС семейства i852, не следует забывать об особенностях обслуживаемых ими мобильных процессоров. Созданные на основе архитектуры ядра NetBurst, они обеспечивают относительно высокие уровни производительности, однако высокие тактовые частоты работы ядра влекут за собой и сравнительно большое энергопотребление. К сожалению, этот эффект довольно трудно компенсировать специальными технологиями энергосбережения, такими, как Enhanced Intel SpeedStep и Deeper Sleep Alert. Именно поэтому специалисты Intel начали разработку нового ядра, созданного "с нуля", которое получило название Banias.

Экономичность и беспроводность

Разработанные на основе ядра Banias новые процессоры получили наименование Intel Pentium M. Они выпускаются по технологии 130 нм (ядро Banias) или 90 нм (ядро Dothan, созданное на основе Banias).

Не вдаваясь в особенности данной архитектуры и особенности реализации внутренних структур, следует признать, что проект был крайне удачен. В результате затраченных усилий новые процессоры не только обеспечивали высокие уровни производительности, но и характеризовались чрезвычайно низким энергопотреблением. Энергию экономят все узлы процессора и системы, включая кэш-память 2-го уровня, расположенную на кристалле ядра, и системную шину процессора, неиспользуемые линии которой отключаются. Ядро процессора оптимизирует потребляемую мощность за счет отключения простаивающих блоков от электропитания и линий связи. Однако в экономичных режимах работают не только внутренние цепи ядра, кэш-память и процессорная шина, но даже подсистема оперативной памяти. Все не участвующие в работе узлы и модули либо находятся в режиме сна, либо временно отключаются до тех пор, пока они не будут востребованы выполняемыми на компьютере пакетами системного ПО или приложениями.

Все перечисленные особенности требовали соответствующей поддержки от НМС. Поэтому одновременно с процессором Intel Pentium M был разработан новый НМС, получивший наименование i855 и совместно с процессором реализующий средства и технологии энергосбережения.

Этот НМС представлен тремя вариантами. По аналогии с предшественником, i852, они получили следующие обозначения: i855GME, i855GM, i855PM.

Самый мощный вариант, i855GME, имеет встроенные графические средства и предусматривает поддержку внешнего видеоадаптера AGP 4x. Он поддерживает процессорную шину с частотой передачи данных 400 МГц и оперативную память типа DDR333/266/200 общим объемом до 2 Гбайт (рис. 1).

Рис. 1. Структура компьютера на базе НМС i855GME.

Второй вариант НМС, i855GM, также имеет встроенные графические средства, но в нем нет поддержки внешнего видеоадаптера. Этот вариант также поддерживает процессорную шину с частотой 400 МГц и оперативную память типа DDR200/266 объемом до 2 Гбайт.

Последний вариант уже не имеет встроенных графических средств, но предусматривает поддержку внешнего видеоадаптера AGP 4x. Он поддерживает процессорную шину с частотой 400 МГц и память типа DDR333/266/200 объемом до 2 Гбайт.

Рассматривая возможности встроенных видеосредств, необходимо отметить, что графическое ядро Extreme Graphics 2 поддерживает новейшие интерфейсы API для обработки двух- и трехмерной графики. Внутренняя 256-разрядная шина позволяет обрабатывать за один проход до четырех текстур на пиксел, благодаря чему можно реализовать усовершенствованные схемы освещенности, имитацию атмосферных эффектов и более реалистичное отображение элементов поверхности. Максимальный объем видеопамяти увеличен до 64 Мбайт, что позволяет организовать более эффективную работу шины AGP с динамически выделяемой видеопамятью. В Intel Extreme Graphics 2 также улучшен механизм арбитража между центральным процессором и графической подсистемой при доступе к системной памяти. Результатом стало эффективное использование специализированных шин и повышение общей производительности всей системы.

В сочетании с модулями оперативной памяти DDR333 интегрированное графическое решение i855GME демонстрирует более высокую производительность, чем графическое решение в i855GM. В НМС i855GME используется интегрированный 32-разрядный 3D/2D графический адаптер с частотой до 250 МГц, бикубической фильтрацией, Video Mixer Rendering (или разъем AGP 4x для установки внешнего графического адаптера).

Поскольку во всех вариантах НМС семейства i855 используются те же компоненты управления периферией, что и в семействе i852, функциональность встроенных средств ввода-вывода у них совпадает. Это означает, что все варианты этого системного набора поддерживают шесть портов USB, Ultra DMA/100 и т. п., а также технологии энергосбережения типа Enhanced Intel SpeedStep и Deeper Sleep Alert.

Среди перспективных технологий экономии энергии следует отметить Intel Display Power Saving Technology (Intel DPST). Применение этой технологии позволяет снизить энергопотребление ЖК-панели на величину до 25%. Это достигается за счет ряда встроенных в видеосредства функций, например, за счет снижения частоты графического ядра при работе от батарей. Кроме того, имеется возможность автоматического анализа выводимого изображения и уровня окружающей освещенности. По результатам анализа аппаратно-программные средства выполняют автоподстройку яркости экрана без существенного снижения качества выводимого изображения, но при экономии энергии энергопитания.

Оценивая возможности семейства i855, обеспечивающего работу Intel Pentium M, необходимо отметить, что эту связку изделий компания Intel дополнила еще одним компонентом. Речь идет о средствах беспроводного доступа, которые представлены модулем Intel PRO/Wireless 2200BG и работают по стандарту IEEE 802.11а/b/g (Wi-Fi). Эти три компонента в совокупности составили технологию Intel Centrino (Intel Centrino mobile technology), на популяризацию и продвижение которой на компьютерный рынок корпорация Intel затратила и продолжает тратить значительные средства. Именно поэтому Intel решила не отказываться от брэнда Intel Centrino для своей недавно объявленной перспективной платформы Sonoma. Основу этой платформы составил новейший мобильный НМС, ранее анонсированный как Alviso и сравнительно подробно обсуждавшийся еще на осенней сессии Intel Developer Forum 2004 г.

Платформа Sonoma и НМС Alviso

Прежде чем рассматривать новейшие решения, связанные с новыми платформой и НМС, необходимо отметить, что требование мобильности вовсе не отменяет задачу увеличения производительности. Один из возможных путей ее решения — увеличение частоты передачи данных по шине процессора с 400 до 533 МГц. И недавно Intel представила соответствующую платформу, получившую имя Sonoma. Эта платформа определяет референс-дизайн мобильных систем нового поколения (рис. 2). Ее основой стал НМС Mobile Intel 915 Express с кодовым наименованием Alviso (далее i915). Основные его характеристики приведены в таблице.

Рис. 2. Один из вариантов рекомендованного корпорацией Intel дизайна ноутбука (концепт Florence) на основе платформы Sonoma.

Основные параметры НМС семейств i915 и i910

	Mobile Intel 915GM Express	Mobile Intel 915GMS Express	Mobile Intel 915PM Express	Mobile Intel 910GML Express
Поддерживаемые процессоры	Pentium M, Pentium M (LV), Pentium M (ULV), Celeron M, Celeron M (ULV)	Pentium M (LV), Pentium M (ULV), Celeron M (ULV)	Pentium M Pentium M (LV) Pentium M (ULV) Celeron M Celeron M (ULV)	Celeron M Celeron M (ULV)
Частота шины процессора, МГц	533 (Pentium M); 400 (Pentium M (LV), Pentium M (ULV), Celeron M)	400	533 (Pentium M); 400 (Pentium M (LV), Pentium M (ULV), Celeron M	400
Память:
тип	DDR2-400/533	DDR2-400	DDR2-400/533	DDR2-400
макс. объем, Гбайт	2	2	2	2
число модулей	2	2	2	2
число каналов	2/1	1	2/1	2/1
Интегрированная графика	Intel GMA 900 (320 МГц при 1,5 В; 133/160/200 МГц при 1,05 В	Intel GMA 900 (133/160 МГц при 1,05 В)	Нет	Intel GMA 900 (133/160 МГц при 1,5 В; 133/160 МГц при 1,05 В)
TV-Out	Да	Да	Нет	Да
Число портов IDE/ATA	1/2	1/2	1/2	1/2
Число USB-портов	8	8	8	8
LAN	Да	Да	Да	Да
PCI Express I/O	4	4	4	4
Аудио	Azalia 24 бит 192 кГц; AC'97 2.3 Audio	Azalia 24 бит 192 кГц; AC'97 2.3 Audio	Azalia 24 бит 192 кГц; AC'97 2.3 Audio	Azalia 24 бит 192 кГц; AC'97 2.3 Audio

В платформе Sonoma и НМС i915 нашли воплощение разработки, уже проверенные в настольных системах, созданных на основе НМС соответствующего "настольного" семейства. Прежде всего это впервые реализованная для мобильных решений поддержка двух- или одноканальных подсистем памяти DDR2-400/533 с полосой пропускания до 8,5 Гбайт и общим объемом до 2 Гбайт; внешние видеоадаптеры, подключаемые посредством шины PCI Express x16 с пропускной способностью по 4 Мбайт в обоих направлениях (8 Гбайт против чуть более 2 Гбайт у AGP 8x); и средства встроенной графики Intel Graphics Media Accelerator 900 (Intel GMA 900) с двукратной производительностью ядра Extreme Graphics 2 (по сравнению с аналогичными средствами НМС семейства i855). Что касается управления вводом-выводом, реализованы шина PCI Express x1, используемая для карт расширений и обеспечивающая в два раза большую пропускную способность по сравнению с традиционной PCI, а также интерфейс Serial ATA для накопителей, технологии AC'97 2.3 и Intel High Definition Audio (32 бит, до 192 кГц, восьмиканальный звук стандарта 7.1, технологии Dolby) и т. п. Остается еще упомянуть встроенный ТВ-выход, обеспечивающий подключение телевизионных экранов, а также возможность использования дополнительных мониторов.

Все перечисленные функции, кстати, впервые были реализованы в настольных системах, созданных на основе моделей семейства НМС сходного наименования — i915, а также настольного НМС i925. Новый мобильный НМС i915 представлен тремя версиями: i915GM, i915PM, i915GMS. Следует отметить, что эти модели не являются полными клонами настольных вариантов, хотя во многом архитектурно и функционально совпадают с ними. Но и корпусировка, и внутренние структуры имеют свои отличия.

НМС i915GM — самый мощный вариант из мобильных наборов i915. Он поддерживает процессоры Intel Pentium M, Intel Pentium M Low Voltage (LV — низкое напряжение питания), Intel Pentium M Ultra Low Voltage (ULV — сверхнизкое напряжение питания), Intel Celeron M, Intel Celeron M ULV с процессорной шиной 533 или 400 МГц, встроенную графику Intel GMA 900, внешний видеоадаптер PCI Express x16, один или два канала DDR2 400/533. Схема компьютера на базе НМС Mobile Intel 915GM показана на рис. 3.

Рис. 3. Структура компьютера на базе НМС Mobile Intel 915GM.

НМС i915PM не имеет встроенных графических средств, но предусматривает внешний видеоадаптер PCI Express x16. Он поддерживает процессоры Intel Pentium M, Intel Pentium M (LV), Intel Pentium M (ULV), Intel Celeron M, Intel Celeron M (ULV) с процессорной шиной 533 или 400 МГц и один или два канала памяти DDR2-333/400/533.

НМС i915GMS специально разработан для ноутбуков малого форм-фактора, рассчитанного на энергоэкономичные модели процессоров Intel Pentium M (LV), Intel Pentium M (ULV), Intel Celeron M (ULV). Он имеет встроенные средства Intel GMA 900 с производительностью в 1,4 раза больше, чем у i855GME (обратите внимание, что у i915GM — в 2 раза). Кроме того, i915GMS поддерживает частоту шины только 400 МГц (у i915GM — и 400, и 533 МГц) и только один канал памяти DDR2-400 (у i915GM — DDR2-400 и DDR2-533).

Остается добавить, что для управления периферийными устройствами в базовых комплектах всех моделей мобильного НМС i915 используется компонент ICH6-M. Он поддерживает работу двух портов Serial ATA-150 и одного порта Parallel ATA-100, до восьми портов USB 2.0, аудиосистемы Intel High Definition Audio (Azalia) и AC'97 2.3 (до трех кодеков), 10/100-Мбит Ethernet LAN, шины PCI и PCI Express x1 для карт расширений и т. п. Кроме того, поддерживаются технологии энергосбережения, включая Intel Display Power Saving Technology 2 (Intel DPST 2), которая снижает энергопотребление ЖК-дисплеев. Кстати, встроенные видеосредства позволяют просматривать два независимых изображения при подключении к ноутбуку внешнего монитора.

Оценивая функциональные возможности НМС i915, необходимо отметить и поддержку беспроводного подключения к сети для скоростной передачи данных, реализованную в новой версии технологии Intel Centrino. Популярный брэнд получил новое наполнение в лице процессора Intel Pentium M с шиной 533 МГц, НМС i915 и модуля беспроводной передачи данных (рис. 4). Этот модуль представлен либо адаптером Pro/Wireless 2200BG, поддерживающим стандарты IEEE 801.11b и IEEE 802.11g, либо двухдиапазонным трехрежимным адаптером Pro/Wireless 2915ABG. Последний поддерживает не только спецификации IEEE 802.11b и IEEE 802.11g, но и протокол IEEE 802.11a, работающий в диапазоне частот 5,2 ГГц. Правда, пока стандарт IEEE 802.11a в России не разрешен, но находится в стадии согласования.

Рис. 4. Компоненты Intel Centrino платформы Sonoma.

Одновременно с семейством НМС i915 для мобильных компьютеров в рамках платформы Sonoma был объявлен и выпущен набор микросхем системной логики Intel 910GML Express (i910GML, см. таблицу). Этот сравнительно недорогой НМС оптимизирован для использования с процессорами Intel Celeron M и Intel Celeron M (ULV). Он включает ту же встроенную графическую подсистему, что и в i915, — Intel Graphics Media Accelerator 900, при этом использование внешнего видеоадаптера архитектурой не предусмотрено. НМС i910GML поддерживает до 2 Гбайт одноканальной или двухканальной памяти DDR2-400 при общем низком энергопотреблении, а архитектура PCI Express, как и в случае i915, позволяет применять новейшие периферийные устройства ExpressCard. Кроме того, архитектура НМС за счет использования той же микросхемы ICH6-M обеспечивает поддержку функций ввода-вывода, аналогичных мобильному НМС i915. А это означает наличие Serial ATA и UltraDMA, PCI и PCI Express, USB 2.0, LAN, многоканального аудио и т. д.

Остается добавить, что с помощью НМС i915GM и i910GML можно создать общую плату для мобильных ПК, обеспечивающую масштабируемость мобильной платформы Sonoma. Этому в немалой степени способствует схожая архитектура НМС. Использование же новейших полупроводниковых технологий, с помощью которых удалось реализовать множество встроенных в микросхемы инноваций, включая интегрированные аудио- и видеосредства, обеспечило высокую компактность мобильных систем.

Графические средства: интегрированные или внешние

Как следует из описания мобильных НМС, часть из них имеют интегрированные графические средства, другие же предусматривают использование внешних видеоадаптеров.

В пользу интегрированных видеосредств говорят следующие факторы. Напомним, что в последних наборах микросхем системной логики реализовано оптимальное управление частотой ядра трехмерной графики, выводящей информацию на экран. В результате этого снижается энергопотребление (в зависимости от потребностей приложения). Кроме того, за счет настроек технологии энергосбережения Intel Display Power Saving и используемых аппаратных средств, как утверждают разработчики, обеспечивается снижение энергопотребления подсветки дисплея до 25%. Эта немалая экономия сопровождается минимальными потерями качества изображения для пользователя. Кроме того, необходимо отметить технологию Intel Dual-Frequency Graphics, обеспечивающую пониженное энергопотребление интегрированной графической подсистемы. Остается упомянуть, что высокая степень интеграции компонентов позволяет создавать более тонкие и легкие мобильные компьютеры. Что же касается производительности систем с интегрированной графикой, то ее более чем достаточно не только для выполнения офисных приложений, но и для мультимедийных задач, например, просмотра видео.

И это только часть преимуществ интегрированных средств, реализованных инженерами корпорации Intel, контролирующей с помощью своих изделий более 80% (по некоторым данным, более 85%) современного рынка мобильных решений.

Однако определенные преимущества имеют и те решения, в которых используются соответствующие внешние видеоадаптеры. Учитывая, что графический процессор пространственно отделен от ядра северного моста НМС (MCH), появляется реальная возможность обеспечить оптимальные условия для эксплуатации за счет улучшения электромагнитной совместимости, тепловых режимов и т. п. Это благотворно сказывается на качестве видеоизображения в высоких разрешениях. Кроме того, внешние видеоадаптеры обеспечивают более высокие уровни производительности. Правда, необходимо подчеркнуть, что это достигается за счет повышения энергопотребления и ухудшения ряда потребительских параметров (массы, габаритов, времени автономной работы от батарей и т. п.).

В конечном же счете выбор между интегрированным и внешним решением — равно как и то, каким платформам (и НМС) отдать предпочтение, — зависит от стоящих перед пользователем задач.

НМС для дескноутов

Рассматривая особенности реализации архитектуры мобильных систем, необходимо отметить, что, кроме мобильных процессоров и соответствующих НМС, в последнее время некоторые производители наладили выпуск изделий на основе комплектующих для настольных решений. Такие псевдомобильные компьютеры выпускаются, как правило, без автономных источников питания и служат исключительно для замены громоздких настольных систем. Эти компактные решения получили даже специальное название: компьютеры класса DeskNote. В них активно используются высокопроизводительные процессоры Intel Pentium 4 и настольные НМС семейств i845, i865, i875, i915, i925.

Имеет место и противоположная тенденция — существуют настольные системы, основу которых составляют мобильные процессоры и мобильные НМС. Предпосылкой такого подхода стало желание создать энергоэкономичные решения c существенно меньшими уровнями теплообразования. Как следствие, не требуются мощные средства охлаждения, в результате чего такие системы характеризуются существенно меньшими уровнями шума по сравнению с настольными аналогами. Более того, на рынке имеются предложения использовать подобные решения при разработке экономичных серверных систем, как, правило, модульных (формата blade).

Перспективы

В настоящее время самые современные и популярные мобильные процессоры Intel — это изделия на основе ядра Dothan, выпущенные по технологии 90 нм. Однако во втором полугодии 2005 г. запланирован выпуск процессора, обладающего уже двумя вычислительными ядрами и кэш-памятью значительно большей емкости. Он получил наименование Jonah.

В дальнейшем, как следует из материалов IDF 2004, на основе Jonah планируется выпуск изделий следующего поколения многоядерных процессоров — Merom и Conroe. Они будут созданы по технологии 65 нм, и их появление на компьютерном рынке ожидается в 2006 г. Эти процессоры будут обладать двумя, а возможно, и большим числом ядер, 4 Мбайт кэш-памяти L2, будут поддерживать 64-разрядные расширения и технологию аппаратного шифрования LaGrande. В дальнейшем к 32-разрядной архитектуре добавятся расширенные возможности аппаратной реализации 64-разрядных вычислений.

Конечно, все эти процессоры для реализации своих возможностей потребуют соответствующих НМС. Возможно, как и в случае мобильных НМС семейства i915, основой для них послужат будущие настольные решения. Например, для поддержки ближайших планов можно опереться на НМС i945, свойства которых подробно обсуждают в Интернете. В этом случае вероятно появление мобильных i945.

Оценивая планы Intel, отметим, что конкуренты этой компании вряд ли останутся в стороне от научно-технического прогресса. Без сомнения, они предложат свои варианты систем. И пользователи от этого только выиграют, получив большее разнообразие решений за приемлемую цену.