Centrino, az Intel mobil gyermeke
Andy Grove, az Intel igazgatótanácsának magyar származású elnöke szerint a Centrino technológia legalább akkora jelentőséggel bír majd a mobil piacon, mint amekkora hatással a Pentium volt az asztali számítógépek területére. Cikkünkben a Centrino technológia alkotóelemeit mutatjuk be.
Az Intel a mai napon hivatalosan is útjára indította a Centrino mobil technológiát, amely a vállalat szerint az elkövetkező években egyértelműen meghatározza majd a hordozható számítógépek piacát. Andy Grove, a vállalat igazgatótanácsának magyar származású elnöke szerint a Centrino jelentőségében csak a Pentiumhoz hasonlítható, az Intel szerint a termékcsoport legalább akkora befolyással lesz a noteszgépek egyre növekedő piacára, mint amekkora hatással a Pentium család volt az asztali gépek területén. Nem véletlen, hogy a chipgyártó óriás egyes források szerint több mint 300 millió dollárt fordít a Centrino technológia népszerűsítésére -- ez több annál, mint amit a vállalat a Pentium 4 promóciójára költött.
A Centrino technológiai együttes összesen három alkatrészből áll: a korábban Banias kódnéven ismert Pentium M processzorból, az i855 chipkészletből, valamint a PRO/Wireless 2100 kétsávos hálózati vezérlőből. Az Intel szigorú marketingpolitikája szerint csak és kizárólag azok a számítógépek viselhetik a Centrino emblémát, amelyek mindhárom komponenst tartalmazzák. A vállalat szerint a Centrino technológiára épülő készülékek nyújtják a felhasználók számára a lehető legteljesebb, szinte tökéletes "mobil élményt", a Pentium M processzoros noteszgépek képviselik a felső és középkategóriát, ám az alsó árkategóriában továbbra is Celeron chipes megoldásokkal találkozhatunk. A Centrino, illetve Pentium M technológiákkal és termékekkel az Intel gyakorlatilag a teljes mobil piacot le fogja fedni, a nagyméretű, két vagy több meghajtót tartalmazó, nagy kijelzővel rendelkező notebookoktól kezdve egészen a Tablet PC-kig.
A HWSW hasábjain 2001 tavaszán adtunk hírt először a Banias kódnevű Intel processzorról, amelyet a világ legnagyobb félvezetőgyártó vállalata kifejezetten a mobil számítógépek igényeihez fejlesztett ki. Noha az Intelnek már az i386SL óta van notebookokba szánt processzora, az eddigi megoldások igazából csak az asztali használatra készült chipek némileg módosított, csökkentett fogyasztású változatai voltak. A Banias -- végleges nevén Pentium M -- esetében az izraeli tervezőcsapat a kezdetektől fogva egy hordozható számítógépekbe szánt megoldás elkészítésén fáradozott, a processzor teljesen önálló és különálló konstrukció, nem egy már meglevő Intel-chip átalakított változata. A fentieknek megfelelően a Pentium M mikroarchitektúrája gyökeresen eltér a vállalat jelenleg kínált asztali processzorától, a Pentium 4-től. Lássuk, miben!
A Pentium M processzor magja: jobbra az 1 MByte L2 cache
A Pentium M chipet az Intel 0,13 mikronos csíkszélességgel, hatrétegű, rézalapú CMOS technológiával gyártja. A processzor 77 millió tranzisztort tartalmaz, azaz 22 millióval többet, mint a Northwood magos Pentium 4. A viszonylag nagy méretnek az oka elsősorban az 1 Mbyte másodszintű gyorsítótár, ami még az asztali processzorokéhoz viszonyítva is hatalmasnak nevezhető. A nagy tranzisztorszám ellenére a Pentium M fogyasztása igen alacsony, hiszen a mérnökök a tervezési folyamat kezdete óta szem előtt tartották, hogy a chip mobil számítógépekbe kerül.
[oldal:A Pentium M újdonságai]
A Pentium M-et rendkívül finom órajel-kapuzási logikával látták el, aminek köszönhetően a processzor éppen nem használt részei 1 órajelciklus alatt kikapcsolhatók, azaz megszűnik feléjük az órajel továbbítása, aminek révén elsősorban a szivárgási áram csökkenthető jelentősen. A szivárgási áram a félvezetők lezárt átmenetén létrejövő jelenség, amely szabad elektronok és lyukak kombinációjából származik és nanoamper nagyságrendű. Ez a jelenség az egyik legnagyobb probléma a nagyteljesítményű processzorok tervezésében. A processzorok fogyasztása a működési feszültség csökkentésével mérsékelhető, azonban ahogy a tranzisztorok nyitófeszültsége (az a feszültségszint, amikor a tranzisztor "bekapcsol") tart a 0 Volthoz, a szivárgási áram nő és egyre nagyobb problémát okoz. A szivárgási áram elsősorban azért jelent komoly problémát a növekvő komplexitású processzorokban, mert a chipben található tranzisztorok közül egy időpillanatban csak mintegy 10 százaléka aktív, azonban a szivárgási áram az inaktív tranzisztorokban ugyanúgy jelen van.
A Pentium M processzor futószalagja 12 fokozatú, azaz lényegesen rövidebb, mint a Pentium 4-é. Az Intel asztali processzorában használt instruction trace cache megoldástól eltérően a Pentium M "hagyományos" utasítás- és adatcache-sel rendelkezik, mindkettő mérete 32 kbyte. Ezeknek köszönhetően téves elágazásbecslés esetén a kiürítendő és újratöltendő futószalag-fokozatok száma kisebb, így a processzornak kevesebb munkát kell végeznie, amivel energiát takarít meg.
A tervezők az elágazásbecslés esetében is biztosra mentek, ugyanis a Pentium 4-ben található Bi-modális és globális elágazásbecslő logikát kiegészítették egy lokális detektorral is, ami azt eredményezi, hogy a jelenlegi Intel-chipek közül a Pentium M rendelkezik a legfejlettebb elágazásbecslő egységgel -- a téves becslések számát 20 százalékkal sikerült csökkenteni. Természetesen továbbra is előfordulnak téves becslések, ilyenkor a processzor az L2 cache-hez -- vagy a rendszermemóriához -- fordul. A Pentium M másodszintű gyorsítótára 1 Mbyte méretű és 8 utasan asszociatív. A tervezők számos fejlett technológiát vetettek be annak érdekében, hogy a nagyméretű gyorsítótár ne legyen energiaigényes. Mivel cache-eléréskor a teljes tárnak csak 1/32-ed része van bekapcsolva, jelentősen sikerült csökkenteni a szivárgási áramot is. Jelentős fejlesztésen esett át a pre-fetch egység is, a Pentium M összesen 12 utasítás-stream végrehajtását képes nyomon követni és a megfelelő adatokat idő előtt a memóriából a cache-be tölteni.
Szólnunk kell még a processzor két látványos újításáról, a hardveres veremmenedzserről, valamint az ún. microOp fusion eljárásról. A hardveres veremmenedzser lényege, hogy a veremutasításokat (pl. PUSH, POP) a processzor nem alakítja át mikroműveletekké, és ezeket a mikroműveleteket nem a 32 bites egész végrehajtóegysékek hajtják végre, hanem a veremutasításokat dedikált hardveres egység végzi el. A tervezők szerint a hardveres veremmenedzsment egység alkalmazásával több mint 5 százalékkal csökkenthető a processzor által végrehajtandó mikroutasítások száma, illetve az egész végrehajtóegységek is tehermentesíthetők, azaz más, "hasznos" munkát végezhetnek.
A microOp fusion szintén látványos és igen érdekes újítás. Mint az közismert, a modern x86 processzorok az x86 utasításokat ún. mikroutasításokra bontják szét, a végrehajtóegységek már ezeket hajták végre. Egy memóriaoperandusú x86 utasítást a dekóder adatbetöltő és végrehajtó mikroutasításokra választ szét, amelyek a processzorban már egymástól teljesen független utasításokként élnek tovább. A microOp fusion ezeket a logikailag összetartozú utasításokat kapcsolja össze, eredményeképp növekszik a teljesítmény, növekszik a cache hatékonysága, illetve akár több mint 10 százalékkal csökken a végrehajtandó mikroutasítások száma. Sajnos a microOp fusion technológiát az Intel féltett titokként kezeli, működésének részleteiről nem áll rendelkezésre bővebb információ.
[oldal:Energiatakarékos platform]
Az Intel mobil processzoraiban a mobil Pentium III óta áll a felhasználók rendelkezésre a SpeedStep technológia, amelynek segítségével a chip órajele a számítógép működés közben dinamikusan változtatható. Az eddigi chipek esetében a SpeedStep kétállapotú volt, azaz a processzornak volt egy gyors (hálózati táplálás esetére) és egy lassú (akkumulátoros üzem) üzemmódja. A Pentium M új SpeedStep megoldása kettőnél több teljesítményfokozatot kínál, a legnagyobb és legkisebb órajel hardveresen van beállítva, a köztes fokozatokat azonban szoftver szabályozza, akár a terhelésnek megfelelően. Ráadásul az egyes fokozatok közötti váltás is lényegesen gyorsabban megy végbe, mint korábban. Miért? Nyilvánvaló, hogy az órajel változtatásának idejére a processzort le kell állítani. A SpeedStep korábbi generációi az órajelet és a működési feszültséget egyszerre állították. A feszültség 16 mV-os lépésenként növekedett vagy csökkent, egy lépés beállítása pedig 15 mikrosecundumot vett igénybe. A processzor a változtatás ideje alatt állni kényszerült.
A Pentium M esetében a feszültség az órajeltől függetlenül növekedik, illetve csökken, vagyis a chip működési feszültsége úgy változik, hogy a processzor közben üzemel, "hasznos munkát", számításokat végez. Mikor a feszültség elérte a kívánt szintet, a processzor megáll és a SpeedStep logika átállítja az órajelét -- mégpedig 10 mikrosecundum alatt: összesen ennyi az az idő, amíg a processzor áll, a feszültség változásának ideje alatt végig számítási feladatokat végezhet. Természetesen energiatakarékosabb módva való váltásnál először az órajel csökken le, a feszültség csak később követi a változást.
A Pentium M processzorhoz -- a Centrino technológia részeként -- két új chipkészletet fejlesztett ki az Intel, amelyek rendkívül energiatakarékosak és ez szintén hozzájárul ahhoz, hogy a Centrino technológiára épülő noteszgépek hosszú akkumulátoros üzemidőt biztosíthassanak a felhasználók számára -- többek között például a chipsetek működési feszültsége csökkent, illetve órajel-kapuzási technológiával is ellátták őket. A két új chipkészlet az i855PM (kódnevén Odem)és i855GM (Montara-GM) névre hallgat, utóbbi tartalmazza az i845G asztali chipsetből már ismert integrált grafikus vezérlőt is. Az i855 család tagjai csak Pentium M processzorokkal működnek együtt és legfeljebb 2 Gbyte DDR200/266 SDRAM-ot támogatnak. Az i855PM AGP4X felületű videovezérlőkkel működik együtt. Mindkét chipkészlet része az ICH4-M southbridge chip, amely ATA 100/66 vezérlőt, Fast Ethernet vezérlőt és 5.1 csatornás AC'97 hangvezérlőt tartalmaz, valamint legfeljebb 6 USB2.0 eszközt támogat.
A processzor és a chipkészlet energiatakarékos funkcióinak köszönhetően a Pentium M lapkára, illetve a Centrino technológiára épülő noteszgépek akár 5 órás akkumulátoros üzemidőt is biztosíthatnak a felhasználóknak, szemben a Pentium III chipes rendszerek tipikus 4 órás, illetve a mobil Pentium 4 processzoros gépek tipikus 3 órás akkumulátoros üzemidejével. Emellett -- az Intel mérései szerint -- a Pentium M chipes notebookok több mint 40 százalékkal nagyobb teljesítményt nyújtanak az 1,2 GHz-es mobil Pentium III-ra épülő megoldásoknál és 15 százalékkal múlják felül a 2,4 GHz-es mobil Pentium 4 processzorra épülő rendszereket.
[oldal:Vezeték nélkül]
A Centrino technológia harmadik pillére a korábban Calexico néven ismert PRO/Wireless 2100 nevű, mini PCI formátumú, kétsávos vezeték nélküli hálózati vezérlő, amely 802.11a módban 54 Mbit/sec, 802.11b módben pedig 11 Mbit/sec sebességű adatátvitelre képes. A kártyához tartozik továbbá az Intel PROSet szoftver, amely segítséget nyújt a felhasználónak a hálózati kapcsolatok kiválasztásában, konfigurálásában, illetve a kapcsolatok közötti váltásban. A PRO/Wireless 2100 vezérlő támogatja a 802.11x, WEP (Wired Equivalent Privacy) és VPN biztonsági technológiákat, illetve szoftverfrissítéssel együttműködik a WPA (Wi-Fi Protected Access) protokollal is. Az Intel és a Cisco licencmegállapodásának köszönhetően a vezérlő támogatni fogja a Cisco LEAP technológiát és szoftverfrissítéssel együttműködik a Cisco Compatible Extensionszel is.
Noha nekünk, magyar vásárlóknak és felhasználóknak ez egyelőre feleslegesnek tűnhet, bízzunk benne, hogy pár hónapon vagy éven belül itthon is legalább olyan elterjedtek lesznek a vezeték nélküli hozzáférési pontok, mint tőlünk nyugatra fekvő országokban, és egyre többen, illetve több helyen használhatjuk ki a vezeték nélküli technológia előnyeit. Az IDC piackutató vállalat előrejelzése szerint 2005-re világszerte 118 ezer nyilvánosan használható vezeték nélküli hozzáférési pont, ún. hot spot lesz.
Az Intel -- számos vállalattal együtt -- a vezeték nélküli hálózatokban látja a mobilitás jövőjét. Jerry Sanders, az AMD alapítója és igazgatótanácsának elnöke a Semico Summit rendezvényen hétfőn tartott beszédében élesen kritizálta az Intel Centrino technológiát. Elmondása szerint a vezeték nélküli hálózatok csak akkor lehetnek valóban úttörőek és akkor hozhatnak áttörést a felhasználók életébe, ha a verseny teljesen nyílt és szabad. A Centrino technológiára épülő notebookok viszont kizárólag Intel alkatrészeket -- processzort, chipkészletet és vezeték nélküli vezérlőt -- tartalmazhatnak. "Bizonyára önök is látták a hirdetéseket, amelyek szerint március 12-én az Intel nem csak a munkavégzés módját változtatja meg, hanem a munkavégzés helyét is" -- mondta Sanders. "Ez a Centrino 300 millió dolláros kampányának kezdete. A Centrino pedig nem más, mint egy elégtelen sávszélességű megoldás egy öreg architektúrára építve, amely megfojtja a piaci versenyt, magasan tartja a költségeket és a félvezetőipar nyereségének még nagyobb hányadát juttatja egyetlen céghez. Ez nem valódi újítás, ezt el kell utasítani."
Valószínű az Intel nem vette komolyan Sanders kritikáját, mert a mai napon összesen hat Pentium M processzort mutatott be, ezek között megtalálható egy ultra-alacsony feszültségű és egy alacsony feszültségű változat is. A Pentium M 1,3 GHz-es, 1,4 GHz-es, 1,5 GHz-es és 1,6 GHz-es kivitelben érhető el, az alacsony feszültségű változat órajele 1,1 GHz, az ultra-alacsony feszültségű kivitel pedig 900 MHz-en működik. Az 1,6 GHz-es Pentium M processzor listaára 720 dollár, az 1,5 GHz-es, 1,4 GHz-es és 1,3 GHz-es változatok rendre 506, 377 és 292 dollárba kerülnek. Az alacsony feszültségű 1,1 GHz-es változat ára 345 dollár, az ultra-alacsony feszültségű 900 MHz-es kivitelért pedig 324 dollárt kér az Intel.
A nyilvánosságra került útitervek szerint a Pentium M órajele az idén egészen 1,8 GHz-ig emelkedik, azonban a leggyorsabb változatot az Intel már a Prescott magos Pentium 4 processzorok esetében bevezetésre kerülő, 90 nanométeres csíkszélességű technológiával gyártja.