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代号Sonoma产品全揭秘

中安网  2005-01-19 15:45

  ZDNet China1月19日消息 Intel的“Centrino”(迅驰)几乎已成为当前流行的笔记本电脑的代名词,凭借更快的速度、更低的功耗和更长的电池时间,“迅驰”平台迅速成为高端和主流市场的主导,Intel所营造的迅驰品牌更具有无以伦比的影响力。相比之下,竞争对手的产品显得就有些逊色:AMD Athlon XP-M迟迟未获得用户认可,威盛和全美达的实力不济。这样,“迅驰”就成为2003年移动市场的最大热点并受到用户的热烈欢迎,而包含Pentium 4-M在内的所有移动平台都沦为配角。

  除了在性能、功耗方面的过硬品质,Intel的平台整合策略也是迅驰风靡的一大缘由。在过去,Intel只是个纯粹的移动处理器制造商,顶多加上配套的芯片组,而笔记本厂商则根据需要自行选择其余部件,这个时候,笔记本电脑的品质更多是取决于OEM厂商,Intel的实际控制力较为有限,倘若对手能抛出素质优秀的产品,抢占市场份额是可以预见的事情。“迅驰”则成为这一传统的终结者:Intel将Pentium M处理器、855/852芯片组和Intel Calexico无线模组打包为一整体,只有同时使用这三个组件的笔记本电脑才有资格标上“Centrino”的标识。同时Intel花费巨资进行宣传,令“迅驰”的概念深入人心,下游厂商无不踊跃跟风。在Intel、OEM厂商和用户的三方推动下,“迅驰”俨然成为新一代笔记本电脑的象征。

  在迅驰推出之后,Intel立即着手进行代号为“Sonoma”的第二代迅驰的开发,迅驰二代对技术提出了新的挑战,例如要在保持现有功耗水准的前提下有效提高性能、处理器频率要突破2GHz;内部总线必须作全面的升级;无线模块应该提升到更快的速度等等。对那些准备在明年更换或购买笔记本电脑的中高端用户来说,迅驰二代有足够多的理由让你给予关注,为此我们将预先对它作深入的介绍。

  一、迅驰二代的设计思想

  和迅驰一样,Sonoma平台同样包含了处理器、芯片组和无线模块三大部分:Sonoma使用代号为“Dothan”的新款移动处理器,在基本架构方面,Dothan与Banias核心的Pentium M相差不大,只是对微架构作了很小的改良,如二级缓存容量、前端总线速度和工作主频等指标有所提升,并采用了90纳米的先进制造工艺;在芯片组方面,Sonoma具有更鲜明的换代色彩:代号为“Alviso”的配套芯片组完全抛弃了老掉牙的PCI总线而全面转向先进的PCI Express,可支持DDR2内存,配备拥有丰富新特性的ICH6-M南桥;Calexico2无线模组则具有更快的速度和更高的安全性。相比之下,现在的“迅驰”平台看起来更像个试验品,Sonoma则在各方面都更为优异。

  

图1 Dothan处理器核心芯片

  在设计第一代迅驰的时候,Intel就不再从芯片设计商的角度考虑问题,而是将目光放到整套移动平台实际应用和未来发展趋势的高度,它明确定义了“迅驰”的设计目标:第一、在电池技术未取得根本性进步的情况下,整套系统应该首先服从于低功耗,确保“便携电脑”具有可满足实际应用的使用时间,增强其移动性;第二、必须在保持低功耗的前提下实现尽可能高的性能,移动平台的硬件性能允许低于顶级桌面平台,但必须赶得上主流应用的步伐,这就要求重新设计移动处理器,以往直接对桌面产品进行低功耗化的做法已经行不通,移动平台将具有同桌面平台同等的地位;第三、无线技术符合移动计算应用所需,有线网络已经难有挖掘空间,将无线技术加以整合可让“迅驰”变得更富吸引力,而这又反过来促进无线应用的高速成长,这样的双向联动使Intel有机会创造并控制这个新兴的领域。在这三点基本思想的指导下,第一代迅驰取得了辉煌的成功,而在设计Sonoma的时候,Intel提出了更高的要求:首先,随着性能的逐渐提高,移动处理器的功耗增加基本上是不可避免的,Intel必须在整套系统中作更好的均衡;其次,处理器、芯片组、无线模块的成功整合只是个开始,Intel应该将更多的子系统整合进来,确保整套平台拥有对手不可追赶的竞争实力,例如LCD显示屏、图形模块、电池系统都可以在恰当的时机加以整合,只要Intel进行概念上的大力推广,下游制造商就无法抗拒,这样做的必然结果是:Intel垄断了整个移动产业的技术之源,竞争对手不可能再有机会崛起,笔记本制造商也省了不少事情。唯一的麻烦就是,未来笔记本电脑的硬件系统可能会变得更加单一无趣。

  

图2 Banias与Dothan的比较,搭载Dothan的机器压倒性胜出。

  Sonoma平台初步具备这样的特性—除去Dothan处理器、Alviso芯片组和Calexico2无线模块之外,Intel还将触角延伸到LCD显示屏领域,目前它已经圈定一批笔记本LCD制造商生产功耗仅为3W左右的低功耗产品,确保整个硬件平台的总体功耗不会因性能提升而提升。而在图形和音频领域,Intel则坚持大力推动整合的做法,nVIDIA、ATI之类的移动GPU制造商逐渐被边缘化。

  Dothan处理器规格

  - 533MHz前端总线,对应4.2GBps数据带宽;

  -基本架构延续Banias,追加了高级数据预取(Enhanced Data Prefecher)、高级记录数据重获(Enhanced Register Data Retrieval)两项新技术。

  - 64KB一级缓存容量,2MB超大容量二级缓存;

  -一亿四千万个晶体管,90纳米制造工艺,Micro-FCPGA封装,核心面积为87mm2。

  -工作电压约为1.3V,最高功耗估计达到30W左右,比Banias Pentium M稍高,电池模式下二者功耗相差不大。

  - 2004年一季度发布,首次推出1.7GHz、1.8GHz两个型号,未来频率将提到2GHz。

  二、Sonoma平台之Dothan处理器

  Dothan处理器是Banias核心Pentium M的升级版本,在内部逻辑设计上Dothan同Banias相比并没有什么大变化:在基础架构上融入了Pentium4 NetBurst的若干特点,一级缓存容量共有64KB,其中32KB为数据缓存、另外32KB为指令缓存,这一点同Pentium 4追踪式缓存的设计有所差别。内部细节方面Dothan比Banias有了一定程度的改良,增加了高级数据预取(Enhanced Data Prefecher)、高级记录数据重获(Enhanced Register Data Retrieval)两项新技术,前者可有效提高缓存命中率,后者则允许在分支预测错误时迅速找到错误点重新进行,这样Dothan就可获得更高的执行效率。不过,更重要的改进在于前端总线频率提升到533MHz、二级缓存也提升到2MB,这些措施使得Dothan的性能比目前只有1MB二级缓存的Banias Pentium M有了大幅度的提升。Intel于IDF 2003秋季论坛中展出了两套对比平台,在处理器主频率和其他所有软硬件设置都相同的情况下,Dothan和Banias Pentium M平台同时进行Excel运算和透视图的处理,结果Dothan获得了压倒性的性能优势,在这方面Dothan做得非常成功。粗略估计,Dothan 1.8GHz的性能大约与现在的Pentium 4 3.0GHz相当,这是个了不起的进步。

  Pentium M处理器采用的是130纳米(0.13微米)制造工艺,而Dothan将采用更先进的90纳米制造技术,这本来会有助于解决功耗提升问题,但Dothan的晶体管规模达到了史无前例的一亿四千万个,而Pentium M仅有7700万个,所增加晶体管基本上都是来自于所增加的1MB二级缓存。晶体管规模剧增最大的问题是令功耗急剧增加,Pentium M 1.6GHz的设计功耗为24.5W,倘若Dothan也是采用130纳米工艺制造,功耗恐怕要接近40W,这是Intel无论如何也无法承受的。幸运的是,90纳米制造技术有效地缓解这一问题,但即便如此Dothan的功耗也将达到30W左右。这个数字根本谈不上低功耗,只是我们应该明确,移动处理器在电池模式下的功耗值才是关键所在,如果节电技术足够优秀,Dothan的平均功耗完全可以降到和Banias Pentium M同样的水平。

  相比Banias,Dothan的晶体管总数几乎翻了一倍,功耗增加是必然的。在迅驰之前,移动处理器的二级缓存并不算大,占用功耗未能引起注意,而Banias Pentium M的1MB二级缓存就开始成为问题,Intel的对策是使用高能源效率的“智能型线路”。由于Dothan在此方面的设计同Banias一脉相承,我们就以Banias为例来说明问题,Banias Pentium M的1MB缓存为8路设计,每路缓存又被分为4个均等的区段,这样就形成了32个32KB大小的缓存区段。在对缓存进行操作的时候,高速缓存的逻辑线路每次只激活一个32KB缓存区段,剩余31个高速缓存则处于非工作的待命状态,所消耗的电力比运行模式少了许多,使得缓存容量增加的同时所消耗的电力却得以下降,不过重新激活待命状态的缓存需要耗费一个时钟周期,会造成轻微的性能下降,但这样的损失完全可以接受。同样,Dothan也将继承这样的设计方案,只是由于缓存容量增加的关系,具体的实现细节会有所差异。

  除了二级缓存外,Dothan的其它逻辑线路也具备类似的节电功能,某些硬件逻辑在不使用的情形下可以暂时关闭,这项技术被称为“精细硬件选通”(Fine-grain Hardware Gating)。此外,Dothan的输入扩大单元在暂时接收数据的时候,也可以和Banias一样、通过支持的芯片组将其关闭,数据被暂存在动态缓冲区内。上述这些措施都有助于功耗的降低。

  大家最关注的应该是增强型SpeedStep技术(Enhanced SpeedStep)。我们知道,Pentium4-M和PentiumⅢ-M的SpeedStep技术只提供“性能优化”和“电池优化”两种模式,前者以全速运行,后者则以较低电压、较低频率运行,以达到省电的目的。其频率调节机制也很简单:使用外接电源时处理器全速,完全依靠电池时则运行在低电压低频率下。而Banias和Dothan中使用的增强型SpeedStep有了很大改进:它提供了更多的节电模式供系统选择,例如Pentium M 1.6GHz和1.5GHz有六种模式,1.4GHz、1.3GHz的版本则有五种模式;电压调整机制也由CPU电压调整机制控制而非依靠芯片组;模式切换则根据处理器的运行负荷自动进行;在不同模式间切换的操作延迟只需要10微秒。相比SpeedStep比较机械的模式,增强型技术根据任务需求进行调节的做法具有更大的灵活性和更佳的效果,例如在仅仅浏览网页、在线聊天的时候,600MHz和1.6GHz不会有多么大的差异;如果处理Office应用,1GHz左右的速度就已够用,这些措施可实现高效的能量使用。我们可以看到,虽然Pentium M的最高功耗达到24.5W,但平均功耗却低于1W,占笔记本电脑总功耗的比例不到10%。毫无疑问,Dothan会在此基础上继续改进,例如增加更多的调节选项,以此保证在电池模式下可获得同样的低功耗。据OEM厂商透露,Dothan在600MHz频率下(最低允许频率)的驱动电压和Banias Pentium M一样为0.96V,此时它的功耗为7W,比Banias Pentium M的6W略高。

  Intel原计划在今年四季度正式推出Dothan,后来则推迟到2004年一季度,初期会有1.7GHz和1.8GHz两个版本,第二季度推出1.9GHz型号,第四季度上升至2GHz,而标准Sonoma平台要等到明年下半年才能成型,这主要跟芯片组和周边配套设备有关。

  三、Sonoma平台之Alviso系列芯片组

  Alviso芯片组是Sonoma平台的第二个关键,上一代迅驰平台包含的855系列芯片组规格较为简单,没有什么出奇之处,而Alviso提供了对PCI Express、DDR2等先进技术的支持,节能管理方面也更加成熟;它搭载最新的ICH6-M南桥,支持串行ATA、千兆网卡、Azalia音效、ExpressCard等许多让人向往的新特性,令未来的Sonoma笔记本变得更加完美。Alviso共有Alviso-GM、Alviso-PM、Alviso-GL三个版本、面向不同的市场,但三者拥有以下共同的特性:

  PCI Express总线取代PCI总线

  支持PCI Express是Alviso最令人兴奋的地方,PCI总线仅能提供133MBps的共享带宽,而PCI Express×1版本独自拥有500MBps带宽,可满足任何扩展设备的需求。更关键的是,由于主干总线的改变,系统可传输的数据量获得了惊人的提升,这对于实时视频处理、多媒体制作等专业应用来说意义重大,而大容量数据拷贝的效率也将有很大的提高。

  PCI Express最直接的应用是在图形领域,Alviso抛弃了AGP 8X而是改用PCI Express×16图形总线,这样Alviso便可以与nVIDIA、ATI的最新移动GPU搭配使用,对此我们充满期待。

  低功耗的DDR2内存和双通道技术

  

图3 Alviso芯片组架构示意图

  DDR2内存将在明年中期进入桌面PC,Intel决定也将它引入移动领域。相比现有的DDR技术,DDR2在性能提升方面有更高的冗余度,但对Dothan来说,目前的双通道DDR技术完全可以提供足够的性能,DDR2高性能的优势还无法体现。不过DDR2功耗低的特点对笔记本电脑具有现实意义:DDR2的工作电压仅有1.8V,DDR2-533芯片的标准功耗只有304毫瓦,而目前DDR266内存芯片的功耗都还要418毫瓦。

  

图4适用Sonoma平台的SODIMM DDR2模组样品,单条容量高达1GB。

  Dothan采用533MHz前端总线,理论上只要单通道的DDR2-533就足以满足需要,可Alviso竟然支持双通道方案,这意味着Alviso可提供多达8.4GBps的内存带宽,远超出了Dothan的实际需要。而OEM厂商可以根据需要自主选择采用单通道还是双通道设计,从实际需求来看,单通道DDR2-533会是主流应用方式,双通道的方案更多会作为用户升级的选择。另外,Alviso同样保持对DDR333的兼容能力,但在2004年下半年,估计没有几个OEM厂商会选择这样的搭配。

  串行ATA、千兆网卡、Azalia音效、USB 2.0

  ICH6-M是ICH6南桥的移动版本,在功能方面二者完全等同,ICH6-M支持两个串行ATA通道,同时保留对ATA/100规格的支持;它提供4个PCI Express X1端口给无线模组之类的额外扩展设备;在为人诟病的音频方面,ICH6-M也整合了Azalia声卡芯片,这项技术可提高笔记本电脑的音乐、电影以及游戏的音效质量,将取代AC’97成为新一代整合音频标准;至于USB 2.0接口当然是必备的,唯一的遗憾是:Intel还是未对IEEE1394提供支持,OEM厂商只能借助于成本较高的第三方方案。

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编辑: 丁毅
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