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Silvermont:高性能且低功耗的Atom

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采用英特尔CPU的平板电脑和智能手机并不多见,这是因为目前英特尔面向移动处理器市场的Atom系列CPU功耗较高,但相对而言性能则仅属于平庸。英特尔CPU主要依赖多个CPU内核和随之而来的多线程(英特尔超线程)技术,许多线程并行执行应用程序,其优点是可以获得比较高的数据吞吐量,但是超线程技术本身是一个非常复杂和需要耗费大量资源的技术,而移动设备的应用程序却未必需要那么高的数据吞吐量。例如,当用户在智能手机上播放视频时,视频能够尽可能快地开始播放是关键,而通过超线程解码回放比较大的视频流是一个困难的任务。相反,一个性能较佳的单核心单线程CPU可以更好地完成这一任务。

因而,英特尔决心下大力气改进下一代Atom处理器,新一代处理器架构代号为silvermont,它将取代当前以强大物理核心和超线程技术为主的Saltwell架构。英特尔希望该系列的Atom处理器不仅能够在性能上称王,而且在能耗上也是如此。为此,英特尔改进了很多细节,尽可能地优化设计以降低能耗。与目前的Atom处理器相比,在同一性能水平下,新一代Atom处理器的平均能耗将只有当前的五分之一。

比上一代快3倍

乱序执行是Silvermont的一大创新,旧式处理器由于受到能耗等各种因素的制约,所以英特尔采用了让处理器严格按照给定的命令序列(按顺序)执行的设计,这导致处理器的性能往往得不到充分的发挥。执行单元有可能由于错误的指令和不合理的命令序列编排而浪费大量的时间来等待或重置指令,程序的执行需要花费更多的时间。与之相反,乱序执行的Silvermont优化执行顺序后较Saltwell每时钟周期指令执行的速度提升了约50%,并且新的微架构在关键的整数和浮点计算操作(乘法和除法)上功能特别强大。据英特尔称,其整体性能应能3倍于其前身。

Silvermont处理器的指令流水线设计与Saltwell相比变化不大,但是乱序执行的Silvermont处理器更灵活。另一个特别值得一提的是,Silvermont处理器优化了预测下一个需加载指令的分支预测单元,这不仅提升了分支预测的性能并加入了间接预测单元,还可以在预测错误的时候让处理器马上恢复工作。

英特尔在缓存方面也有所改善:Silvermont两个核心共享L2缓存,形成一个模块,而且缓存的容量也高达1MB。这一设计真正的优势在于,一个核心即使在单线程模式下也可以完全使用两个核心所共享的缓存。相反,此前的Atom处理器不仅缓存小,同时也不能灵活地划分。与此同时,Silvermont处理器存取高速缓存的延迟时间也有所降低,通过所谓的指令转译后备缓冲区缓存的指令增加了3倍多,达48个条目。这是一个非常大的优势,因为缓存的指令已经包含了这些指令的内存地址,当程序再次访问这些指令时加载速度会非常快。

高性能低功耗

Silvermont最主要的设计目的是节能,因而英特尔决定新的Silvermont微架构将采用22nm工艺制造(上代为32nm),此外,英特尔首次采用全新的3D晶体管,这种晶体管需要更少的开关电流,但是工作速度更快,并具有更低的漏电电流。

Silvermont架构为从智能手机到服务器的不同应用提供了选择,最高可以达8个核心。按照英特尔的设计,平板电脑将使用四核处理器,智能手机则至少使用双核心。在最新的英特尔睿频技术2.0的支持下,必要时核心可以获得高于峰值的速度,更重要的是,可以更迅速地切换回普通的时钟频率。除此之外,另一个惊人的细节是,Silvermont处理器各核心可以独立地进入睡眠模式。

大幅提高性能和降低功耗,这种改变让所有人对新一代atom处理器都感到非常好奇。华硕已经的平板电脑就采用了新一代英特尔Silvermont架构的新Atom处理器(研发代号为Bay Trail),该产品将在圣诞节前后开始发售。不过,使用新一代Atom处理器的智能手机,则需要等到2014年年初才会推出。