Primo contatto con la piattaforma per tablet, slate PC e smartphone Intel Moorestown. Esaminiamo le caratteristiche dei nuovi processori Atom Z600 (Lincroft), del PCH Langwell e del nuovo MSIC (Mixed Signal IC).
A circa due anni dalla nascita dei netbook, l'ambiente del mobile computing è nuovamente in fermento: una famiglia di dispositivi a metà strada fra i Tablet PC e gli ebook reader, denominata per il momento "slate PC" ma non escludiamo cambiamenti in corsa, alletta i tecnofili con un design ultrasottile e con il fascino dell'input multitouch.
Zoom, pinch, swipe, stanno diventando gesti usuali per gli utenti, che si sentono sempre meno a loro agio con i vecchi mouse. La categoria dei computer portatili si è frantumata in una costellazione di apparecchi, accomunati spesso unicamente dalla presenza di un processore e di una batteria.
Sebbene gli analisti siano ancora incerti sulle dimensioni del fenomeno "slate", tuttavia i primi modelli introdotti sul mercato hanno riscosso un buon interesse da parte dei consumatori. Ci riferiamo ovviamente all'Apple iPad, prossimo al suo lancio europeo e forte di alcune centinaia di migliaia di unità vendute.
Nel primo trimestre del 2010 non sono mancati gli slate equipaggiati con processori Intel Atom, come WePad, Hanvon BA10E, HP Slate, JooJoo, ExoPC, ma i modelli ARM-based (con implementazioni differenti, Qualcomm Snapdragon, Texas Instruments, Nvidia Tegra, Samsung) costituiscono ancora la fetta più abbondante. Per citarne solo alcuni: Dell Streak dai 5 ai 10 pollici, Asus EeePad, Toshiba JournE, vari modelli di Archos, Compal, ViewSonic, Lenovo, Aigo N700, MSI, etc.. Lo stesso iPad è equipaggiato con un SoC Apple A4, che in sostanza è un processore ARM prodotto da Samsung.
Insomma, più ci si avvicina a formati tascabili, più l'ago della bilancia tende a sfavore di Intel. Per riportare la situazione in equilibrio, il chipmaker californiano ha rilasciato la nuova piattaforma Atom Moorestown, specificamente indirizzata a smartphone, tablet PC e handheld devices.
Scopo dichiarato: garantire un'esperienza simile a quella assicurata dai comuni PC, con piena connettività Internet a banda larga, multi-tasking, fullHD 1080p, grafica 3D, videoconferenze multi-punto, tutto in un dispositivo che entra in una mano.
Anand Chandrasekher, direttore generale dell'Ultra Mobility Group presso Intel ha salutato l'arrivo di Moorestown con queste parole: "Intel introduce un prodotto che aprirà all'Intel architecture (IA) le porte del mercato degli smartphone: Moorestown estende i benefici dell'IA riducendo in modo significativo i consumi, i costi e l'ingombro per meglio soddisfare i bisogni del mercato dei dispositivi handheld."
Un obiettivo ambizioso, se si considera che i suoi predecessori (piattaforma Menlow e processori Atom Silverthorne serie Z5**) erano partiti dai MID per poi terminare la loro carriera nei netbook. In comune con Menlow, Intel Moorestown ha la composizione su due chip, ma cambia radicalmente l'architettura. Menlow era composta da un processore ed un PCH (Platform Controller Hub) che sommava le funzioni di MCH e ICH, invece Moorestown si compone di un SoC (Lincroft) con funzioni di processore, controller di memoria e sottosistema video integrato, e di un Communication Hub, equivalente del vecchio I/O Controller Hub (Langwell).
Un altro dato importantissimo è che, al pari di quanto è successo per gli Atom serie N, anche i nuovi Atom Z6** utilizzano lo stesso core impiegato nei precedenti Atom serie Z5**. Si tratta del core Bonnell, un nome in codice finora sconosciuto ai più, anche se le sue caratteristiche sono ben note a tutti: è un nucleo di calcolo con esecuzione in ordine, la cui lentezza è mitigata dalle tecnologie HyperThreading (SMT, Simultaneous Multi-Threading) e Safe Instruction Recognition (SIR).
Il core Bonnell, unito alla cache e dotato di interfaccia FSB, diventava il processore Atom Silverthorne. Per quanto fossero ridotti consumi e footprint di questi processori e della relativa piattaforma Menlow, tuttavia non lo erano ancora abbastanza per un loro uso negli smartphone. A questo limite vuole porre rimedio la nuova piattaforma Intel Moorestown.
Fondere controller di memoria e sottosistema grafico in un unico pezzo di silicio non è però sufficiente. Questo risultato è stato ottenuto già dall'ultima piattaforma per netbook Intel Pine Trail, ma l'uso del FSB per lo scambio di dati fra nucleo di calcolo e controller di memoria vanifica buona parte dei vantaggi dell'integrazione. Anche per questa ragione, Intel ha introdotto Moorestown.
Intel ha fornito alcuni dati ufficiali sul confronto fra Moorestown e Menlow: oltre alla riduzione dei consumi in idle di oltre 50 volte, l'efficienza energetica migliora di 20 volte nella riproduzione audio e da 2 a 3 volte nella riproduzione video e nella navigazione Internet, prestazioni di calcolo fino a 3 volte superiori, grafica più veloce da 2 a 4 volte ed un incremento di oltre 4 volte nell'esecuzione di Javascript.
Tradotto in termini concreti, Menlow può assicurare decodifica video in formato Full HD e registrazione video in formato HD 720p, con una durata della batteria che può superare i 10 giorni in standby, i 2 giorni nella riproduzione audio e dalle 4 alle 5 ore di riproduzione video e Web surfing.
Lincroft è un SoC, un System-on-a-Chip, cioè un insieme di moduli non omogenei affiancati sullo stesso die, per un totale di 140 milioni di transistor. Per fare qualche proporzione, un processore Atom Silverthorne vanta 47 milioni di transistor e Nvidia Tegra 260 milioni.
Partiamo subito col dire che il processo produttivo resta ancora basato su una miniaturizzazione a 45nm. Non è esattamente un vantaggio in termini di consumi e profili termici, ma Intel assicura che si tratta di un particolare procedimento produttivo, denominato Hi-k 45nm LP (Low Power) per distinguerlo da quello comunemente impiegato sui suoi processori, che sacrifica il 6-8% delle prestazioni in cambio di un miglioramento dell'efficienza energetica del 60%.
Sebbene il core grafico sia lo stesso PowerVR SGX 535 della precedente piattaforma Menlow, tuttavia il passaggio dai 130nm del PCH U15W agli attuali 45nm ha permesso di migliorare enormemente i profili termici. Intel ha sfruttato questo vantaggio per raddoppiare la frequenza di clock da 200MHz a 400MHz, con un incremento stimato di performance del 100%. Per distinguerlo dalla soluzione IGP precedente (Intel GMA 500), Intel ha denominato il sottosistema video di Lincroft GMA 600.
Allo scopo di contenere i consumi, Intel ha fatto uso di un controller di memoria differente da quello abitualmente usato sui processori Atom, che supporta unicamente un massimo di 1GB di memoria su interfaccia LPDDR1 a 32-bit. Significa che gli smartphone Moorestown potranno disporre di non più di 1GB di memoria RAM DDR400 (200MHz).
Le applicazioni che girano sugli smartphone, in genere, sono progettate per non eccedere nell'uso della memoria, ma resta il fatto che siamo in presenza di una larghezza di banda davvero modesta. Per fortuna sembra che il chipmaker di Santa Clara sia intenzionato a rilasciare una variante per slate e tablet PC dei suoi processori Atom Z6** con memory controller capace di gestire fino a 2GB di memoria DDR2-800.
Non sono stati ancora resi noti i processor number dei primi Atom Z6**, ma sappiamo che la versione per tablet sarà in grado di operare ad una frequenza massima di 1,9GHz, mentre la variante per smartphone si fermerà a 1,5GHz. Entrambi i rami saranno dotati di tecnologia Hyperthreading per eseguire due thread simultanei sull'unico core disponibile, e di una gestione del risparmio energetico ottimizzata.
Il Platform Controller Hub di Moorestown comprende un processore dedicato all'elaborazione delle immagini che supporta due webcam, una da 5MP ed una VGA, un sottosistema audio, un controller per le interfacce USB e HDMI, ed un controller per dischi SSD, il tutto coordinato da un core RISC a 32-bit.
Lincroft e Langwell sarebbero di per sé sufficienti per soddisfare tutte le esigenze di un computer portatile ma hanno bisogno di un altro chip, denominato Briertown, per gestire alcune funzioni tipiche degli smartphone, dalle interfacce di rete WiFi e 3G all'input mediante touchscreen.
Briertown è il primo MSIC (Mixed Signal IC) di Intel, un chip polifunzionale che svolge anche l'importantissimo compito di dosare i consumi dei vari componenti della piattaforma per la massima efficienza energetica.
Va osservato, che a differenza dei SoC basati su processori ARM in uso sui telefoni cellulari, Moorestown non integra la RAM all'interno del suo design. Significa che bisogna fare posto per un altro chip sul PCB, con uno svantaggio in termini di miniaturizzazione rispetto alla concorrenza.
Per comprendere il complesso meccanismo di gestione energetica messo in piedi da Intel, bisogna tenere presente che Lincroft non è solo una CPU, ma è un SoC composto da moduli differenti. E' stato quindi opportuno affiancare ai consueti stati di risparmio energetico dei processori Atom (da C0 a C6, corrispondente ad uno spegnimento quasi totale della CPU), un nuovo set di stati di risparmio energetico che coinvolgessero tutte le sezioni del SoC. Intel ha denominato i nuovi stati S0i1 ed S0i3. S0i1 corrisponde allo stato di idle del processore: quando la CPU va in deep sleep il display si spegne e tutti i moduli del SoC entrano in uno stato di quiete. S0i3 invece corrisponde alla situazione in cui il dispositivo, facciamo l'esempio di uno smartphone, viene bloccato e infilato in tasca: in questo caso tutte le funzioni vengono disattivate, continuando ad alimentare solo la memoria.
Grazie a questi accorgimenti si riesce a ridurre il consumo in idle ad appena 100µW.
Per abbattere i consumi sotto carico, invece, è stata implementata l'ultima evoluzione della strategia "hurry up and go idle", promossa da Intel su tutti i più recenti processori prodotti. Significa che per ridurre il consumo energetico è preferibile che il processore abbia dei brevi picchi seguiti da periodi di inattività, piuttosto che un carico costante. Per questa ragione, come avviene sui processori Arrandale per notebook, le CPU Lincroft sono in grado di superare la loro frequenza nominale in caso di bisogno.
Questa tecnologia prende il nome di Burst Performance e si differenzia da Intel Turbo Boost dei processori per notebook Arrandale perché è completamente gestita dal sistema operativo tramite P-states: il BIOS tiene traccia delle frequenze associate a ciascun P-state ed è il sistema operativo a governare la frequenza del processore a seconda dei P-state richiesti, con l'unico limite che Burst Mode viene disabilitato se si supera una certa soglia di temperatura.
I vantaggi del Burst Mode sarebbero vanificati se il FSB non fosse in grado di assecondare le variazioni di frequenza della CPU. Per questa ragione, Intel ha introdotto Bus Turbo Mode, una tecnologia che raddoppia la velocità del bus di sistema quando il processore supera una certa soglia di frequenza di clock.
A livello di piattaforma, il risparmio energetico è gestito via software in quello che viene definito OS Driven Power Management (OSPM), un sistema software che identifica vari scenari d'uso in base alle applicazioni aperte. L'obiettivo è quello di esercitare un controllo quanto mai stringente sull'hardware, in modo tale da alimentare solo ed esclusivamente quei sottosistemi che sono necessari in quella determinata circostanza.
Questo controllo è diretto dal sistema operativo, ma si serve delle capacità del MSIC e di due PMU (Power Management Units) integrate in Lincroft e Langwell. Il sistema operativo svolge comunque un ruolo fondamentale per riuscire a trarre il meglio dalla piattaforma Moorestown. Da qui l'intervento diretto di Intel su Android OS e su Meego per ottimizzare il supporto al nuovo hardware.
