Выпуск новых микропроцессоров Intel Atom серии E3800 позволил корпорации Intel сделать очень серьезный шаг вперед в сегменте компактных встраиваемых платформ бюджетного класса с малым и сверхмалым энергопотреблением.
В чем заключается главная причина этого успеха, сомневаться не приходится. Системы-на-кристалле (СнК) Atom E3800, которые многим по-прежнему привычнее называть Bay Trail (по кодовому наименованию проекта), – не просто очередное пополнение в процессорном портфолио Intel. Они обладают уникальными конкурентными преимуществами и инженерными свойствами, открывающими перед разработчиками встраиваемых систем широкий простор для существенного улучшения характеристик создаваемых продуктов и решений.
Ведущие игроки рынка встраиваемых компьютерных технологий (ВКТ) дружно сказали свое «да» процессорам Atom E3800. Выставка Embedded World 2014 в феврале нынешнего года в Нюрнберге наглядно продемонстрировала это единодушие – многочисленные анонсы серийных платформ на Bay Trail стали своего рода «фишкой» данного форума.
Логика в таком поведении производителей ВКТ-оборудования прослеживается вполне очевидная. Ведь еще до официальной премьеры процессорной платформы Bay Trail эксперты увидели в ней движущую силу кардинальных перемен на рынке. Соответственно и стали называть ее не иначе как game changer!
Самый яркий представитель поколения встраиваемых процессоров Bay Trail – серия Atom E3800. В рамках этой статьи мы попытаемся разобраться в переменах, происходящих под ее влиянием на рынке ВКТ. Но для начала вернемся на несколько лет назад.
На пути к Bay Trail
Процессорное семейство Intel Atom, можно сказать, еще сравнительно молодо. И до осени 2013 г. (официальное объявление доступности серий Bay Trail) в его истории, по большому счету, был лишь один момент из числа тех, что с легкой руки легендарного сооснователя Intel Энди Гроува именуют стратегически переломными. Это было, собственно, их появление на свет, ознаменовавшее собой важнейшую веху в истории ИТ-отрасли. Архитектуры x86 и ARM вступили в фазу открытого противоборства практически по всему фронту решений, отличительными особенностями которых являются «топливная экономичность», малые габариты и невысокая стоимость.
В последние годы как-то стало уже забываться, что компания Intel еще недавно выпускала процессоры на основе архитектуры ARM. Выйти из этого бизнеса, да еще и бросить вызов продуктам на базе ARM на их поле – шаг, мягко говоря, смелый.
Контуры будущего противостояния экосистем Intel и ARM проступили весной 2008 г., когда были представлены первые продукты семейства Atom. Через пару лет в нем появились модификации, специально разработанные для рынков класса Embedded, т.е. для встраиваемых систем. Эти процессоры оказались весьма успешными в целом ряде рыночных сегментов. Фундаментальные свойства архитектуры Atom и систем на ее основе, обусловившие этот успех, хорошо известны:
- высокая энергоэффективность;
- компактность;
- совместимость со всем спектром ПО для х86;
- длительный цикл коммерческой доступности процессоров (семь и более лет);
- возможность работы в расширенных диапазонах температуры;
- низкая стоимость.
Наиболее мощная рыночная альтернатива микропроцессорам Atom – постоянно совершенствуемая полупроводниковая продукция различных компаний, основанная на архитектуре ARM. Именно на усиление актуальных конкурентных преимуществ в секторе бюджетных встраиваемых энергоэффективных x86-решений ориентированы продукты семейства Bay Trail. И важно то, что делают они это чрезвычайно успешно, если судить по скорости появления новых изделий на этой платформе на мировом рынке.
Архитектурный прорыв
Рамки данной статьи не позволяют углубиться в детали архитектурной реализации платформы Bay Trail. Это можно сделать самостоятельно на сайте компании Intel или с помощью интернета. Но и обойти некоторые ее ключевые моменты представляется неразумным. Ведь это именно то, что во многом определяет ключевые конкурентные преимущества встраиваемых систем на базе процессоров Intel Atom E3800 в их нелегкой борьбе за место на рынке.
Микроархитектуру Silvermont, составляющую основу процессоров Bay Trail, никак не назовешь очередной эволюционной ступенью в развитии семейства Atom. Это – самая настоящая революция! По масштабу и значимости ее можно сравнить, например, с микроархитектурой Intel Core, из которой выросли уже четыре поколения процессоров Intel для высокопроизводительных мобильных и настольных систем. Подчеркнем главное: Silvermont наконец-то реализует полноценный механизм внеочередного исполнения команд OOE (Out-of-Order Execution). Тем самым раз и навсегда обрывается нить, связывавшая семейство Atom с доисторическими, по меркам электронной отрасли, временами процессоров Pentium (в оригинальном варианте на ядре P5) и Pentium MMX. Еще одним большим шагом вперед является использование графической подсистемы Intel седьмого поколения – аналогичной той, что реализована в процессорах Intel Core третьего поколения (Ivy Bridge). Прямое следствие этих революционных преобразований – внушительный прирост производительности. К нему мы еще вернемся.
Интегрированная графика – одно из самых сильных мест Bay Trail, особенно на фоне предыдущего поколения встраиваемых платформ на базе Atom. Упомянутая выше графическая подсистема Intel седьмого поколения позволяет выводить на экран изображение с разрешением вплоть до 2560×1600 (при кадровой частоте 60 Гц), допускает одновременный вывод двух независимых видеопотоков и включает аппаратную поддержку графических интерфейсов DirectX 11 и OpenGL 4.0, а также ряда популярных видеокодеков. Но, на самом деле, лучше самому увидеть, как в действительности работает встраиваемая система визуализации на базе Atom. Вывод напрашивается сам собой: это то, что необходимо разработчикам для широчайшего спектра встраиваемых приложений – от промышленных АСУ, систем видеонаблюдения (см. рис. 1) и медицинского оборудования до цифровых табло, торговых автоматов, интерактивных информационных киосков, кассовых терминалов и прочих устройств, применяющихся в рекламном бизнесе и розничной торговле. В таблице 1 представлены технические характеристики процессоров Intel Atom серии E3800.
Рис. 1. Возможности цифровых систем видеонаблюдения на базе процессоров Intel Atom серии E3800 включают одновременную обработку и отображение видеосигнала с ряда IP-камер параллельно с отслеживанием перемещения объектов с помощью соответствующего ПО
Таблица 1. Технические характеристики процессоров Intel Atom серии E3800
Наименование продукта | Intel Atom E3815 | Intel Atom E3825 | Intel Atom E3826 | Intel Atom E3827 | Intel Atom E3845 |
Конструктив | FCBGA 1170 | ||||
Техпроцесс | 22 нм | ||||
Количество процессорных ядер | 1 | 2 | 4 | ||
Тактовая частота процессорного ядра, ГГц | 1,46 | 1,33 | 1,46 | 1,75 | 1,91 |
Кэш-память L2 | 512 Кбайт | 1 Мбайт | 2 Мбайт | ||
Тип и объем поддерживаемой памяти | до 4 Гбайт DDR3L-1067 (1 канал) | до 8 Гбайт DDR L-1067 (2 канала) |
до 8 Гбайт DDR3L-1333 (2 канала) | ||
Поддержка ECC | да | ||||
Базовая частота графического ядра, МГц | 400 | 533 | 533 | 542 | 542 |
Пиковая частота графического ядра в режиме Burst Mode, МГц | 400 | 533 | 667 | 792 | 792 |
Поддержка PCI Express | 4 линии PCI Express 2.0 | ||||
Поддержка USB | USB 2.0, 3.0 | ||||
Поддержка SATA | 2 порта SATA II | ||||
Технология Intel VT-x | да | ||||
Технология Intel 64 | да | ||||
Контроллер Intel HD Audio | да | ||||
Инструкции AES-NI | да | ||||
Диапазон допустимых температур (для кристалла процессора) | –40…110°C | ||||
Требования по теплоотводу (TDP), Вт | 5 | 6 | 7 | 8 | 10 |
Габаритные размеры | 25×27 мм | ||||
Рекомендованная цена 1, долл. | 31 | 34 | 37 | 41 | 52 |
Немаловажным фактором для многих разработчиков является и то, что продукты серии Atom E3800 представляют собой однокристальные микросхемы СнК с соответствующим набором интегрированных функций, для реализации которых в ином случае потребовались бы дополнительные активные компоненты (чипсет или дискретные контроллеры), и, как следствие, большего размера печатных плат. Скептики могут заметить, что в семействе Atom уже были СнК (Stellarton), которые отнюдь не пользовались большим спросом на рынке. Но, во-первых, это все же были микросхемы, состоящие не из одного кристалла, а из двух, совмещенных в одном корпусе. Во-вторых, их применение, несомненно, сдерживалось тем фактом, что от разработчиков требовались основательные знания технологии ПЛИС.
Рис. 2. Общая структура платформы встраиваемых систем на основе процессоров Intel Atom серии E3800 (Bay Trail)
Обратимся же к Bay Trail. Перед нами простая и удобная в использовании современная малогабаритная встраиваемая платформа (см. рис. 2) с отличным набором поддерживаемых аппаратных и программных интерфейсов. Более того, в случае с Bay Trail мы получаем масштабируемое решение с теми же самыми диапазонами энергопотребления и тепловыделения, что и у предыдущих поколений Intel Atom. Следовательно, при проектировании систем с качественно новым уровнем функциональности и производительности разработчики могут опираться на свой прежний опыт проектирования устройств охлаждения для платформы Intel Atom (если таковой имеется), а то и вовсе обходиться без них. Это весомый плюс, прежде всего, для разработчиков всевозможных компактных, мобильных, переносных, бортовых и т.д. решений, которые применяются в настоящее время повсеместно, начиная с промышленности, транспорта, медицины и заканчивая телекоммуникациями и специальными приложениями. В частности, процессоры Bay Trail идеально подходят для создания устройств, выполняющих функции человеко-машинного интерфейса (Human Machine Interface HMI). В качестве примера приведем бортовой компьютер «РТКон» компании «РТСофт», предназначенный для широкого спектра ответственных задач в таких сферах как промышленность, энергетика, транспорт, оборонный комплекс и т.д. Это защищенная референсная HMI-платформа, которая может быстро адаптироваться для условий тех или иных конкретных приложений в соответствии с бюджетом.
Самый быстрый Atom
Сравнивать процессоры по производительности и ранжировать их по результатам тестов – любимая народная забава. Этим, в буквальном смысле, занимаются все, кому не лень – от производителей ИТ-оборудования до широких масс рядовых пользователей. Платформу Bay Trail, как и следовало ожидать, сия участь тоже не миновала.
По имеющимся у нас протоколам тестов встраиваемых процессоров серии Atom E3800 складывается однозначная картина: Bay Trail убедительно превосходит своих предшественников (серия Atom E600), а в графических тестах, пользуясь спортивной фразеологией, «выносит их в одну калитку» (см. рис. 3–5).
Рис. 3. Сравнение производительности защищенных встраиваемых платформ Kontron на базе модулей COM Express mini с процессорами Intel Atom серий E3800
Рис. 4. Сравнение производительности защищенных встраиваемых платформ Kontron на базе модулей COM Express mini с процессорами Intel Atom серий E3800 (Bay Trail) и E600 (Tunnel Creek) по результатам тестов Cinebench R10
Рис. 5. Сравнение производительности защищенных встраиваемых платформ Kontron на базе модулей COM Express mini с процессорами Intel Atom серий E3800 (Bay Trail) и E600 (Tunnel Creek) по результатам тестов 3DMark
Сравнивать Bay Trail с процессорами на ядре ARM – дело куда менее благодарное. Во-первых, архитектурные различия затрудняют выработку и унификацию тестовых методик, дающих объективные результаты. Во-вторых, волей-неволей приходится учитывать возможный резонанс от подобных сравнений. Ведь своими корнями нынешние прения вокруг процессоров Atom и ARM уходят в извечные споры «CISC против RISC», где яростные обличения с обеих сторон и взаимные обиды наслаивались друг на друга десятилетиями. Тем не менее с выходом Bay Trail смельчаков, ставящих Intel Atom по производительности выше ARM, пусть с теми или иными оговорками, стало прибавляться. И хотя о безоговорочной победе речи, разумеется, пока нет, уже сам факт изменившегося дискурса является немалым достижением Intel.
Кому-то эти разборки, возможно, покажутся странными – ведь мы говорим о процессорах, обладающих далеко не рекордной производительностью. Более того, как раз с точки зрения производительности их разработчикам приходится многим жертвовать, чтобы вписаться в заданные лимиты энергопотребления. Но давайте посмотрим на ситуацию с другой стороны. Взгляните на смартфоны, которыми сегодняшние 10-летние дети играют на улице. По производительности любой из них может оказаться сравним с многопроцессорным компьютером, который лет 20 назад обслуживал АСУ крупного предприятия!
По сути, само понятие «высокая производительность» в некотором смысле начинает превращаться в фарс, т.к. когда мы видим промышленную систему на основе Intel Atom серии E3800, обрабатывающую и воспроизводящую HD-видеопотоки в реальном масштабе времени, язык не повернется назвать ее малопроизводительной. В таком контексте ранжирование процессоров по их производительности – не более чем формальность. Все упирается в максимальную сложность задач, решение которых требуется заказчику. И в очень многих случаях платформа Bay Trail оказывается вполне адекватной этой сложности за очень скромные деньги.
Программные платформы: максимальная свобода выбора
Когда на повестку дня выносится весьма революционное обновление встраиваемой платформы, вопрос его программной поддержки становится ключевым. С этих позиций, следует признать, запуск Bay Trail был подготовлен очень грамотно.
Исторически сложилось так (и эксперты не устают это повторять), что архитектура x86 всегда может дать фору любой альтернативной аппаратной платформе по части совместимости с системным и прикладным ПО, а также со средствами разработки. Но одно дело – теоретизировать на тему возможных трудностей с адаптацией тех или иных программных сред под альтернативные аппаратные рельсы, а другое – вывести на рынок революционный продукт, обеспечив ему максимально возможную программную поддержку.
В случае с Bay Trail потребовалось выполнить поистине огромный объем работ. Прежде всего, мы говорим о системном ПО. Работы по написанию и отладке драйверов, библиотек и прочего необходимого инструментария для различных ОС были начаты задолго до официальной премьеры серии Intel Atom E3800. Имея возможность следить за ходом этого процесса, мы видели, как постепенно, месяц за месяцем, меняется программный интерьер готовящейся к запуску платформы – от альфа-версий для внутреннего тестирования через публичные бета-версии к стабильным итоговым релизам.
К настоящему времени на рынке появилась платформа, для которой гарантирована поддержка самых значимых ОС с точки зрения рынка встраиваемых решений. Это классическая «открытая дверь» для тех разработчиков, которые хотели бы располагать наибольшей свободой выбора в области системного ПО. Во-первых, потому что обеспечена полная боеготовность к разработке встраиваемых решений под управлением современных ОС семейства Windows. Во-вторых, само собой гарантирована поддержка наиболее известных клонов ОС Linux. Список был бы неполным без ОС реального времени – например, QNX, VxWorks и др.
Входной билет в «интернет вещей»
С модной аббревиатурой IoT, что расшифровывается как Internet of Things и переводится на русский язык как «интернет вещей», процессоры Atom E3800 волей стратегов из Intel неразрывно связаны с самого дня своей официальной премьеры (То же самое касается иных, созданных маркетологами брендов-близнецов типа «интернет всего», М2М и т.д.). Для нынешнего поколения разработчиков ВКТ это удивительное, манящее Эльдорадо – то ли сказка, то ли частично уже быль, о которой аналитики хором говорят как о рынке с колоссальными перспективами. Порой они прилично расходятся в количественных оценках, но в любом случае речь идет о годовых объемах поставок в десятки (а то и сотни) миллиардов устройств и оборотах на неприлично большие количества долларов.
Чтобы получить свой кусок от этого огромного пирога, требуется, прежде всего, решимость. Да, по-прежнему не выработано четкого единого определения, что собой представляет «интернет вещей». Не беда – каждый может сравнить трактовки, выбрать ту, что ему ближе, или придумать собственную. И вовсе необязательно вдаваться в философские, культурологические и прочие дебри, которые за последние годы появились вокруг этого понятия. Растущий рынок ждет реальных дел. Именно такой, сугубо материалистический подход, по сути, и адресует разработчикам встраиваемых решений корпорация Intel и ее многочисленные партнеры и последователи.
«Интернету вещей» необходимо много новых умных вещей. Их кардинальное отличие от привычных вещей состоит во встроенном интеллекте. Хотите, чтобы ваши изделия стали частью этой формирующейся Вселенной? Входной билет – платформа Bay Trail, предназначенная для тех, кто хочет, чтобы их устройства генерировали данные, анализировали их, обменивались информацией с другими вещами. Или, если хотите, это архитектурный фундамент для принципиально нового поколения компактных встраиваемых решений – не просто подключаемых к сетевым средам, а реализующих концепцию межмашинного взаимодействия (Machine-to-Machine, M2M). А еще – удобный и надежный способ перенести на эти решения программный интеллект, ранее требовавший производительности уровня настольных систем и выше. Вас ждет прорыв в будущее индустрии ВКТ, а рефлексии на тему глубинной сути происходящих глобальных изменений оставьте философам и публицистам.
Исключаем ненужные риски
Архитектурные достоинства и впечатляющие графические возможности Bay Trail вкупе с широкой поддержкой системного ПО и входным билетом в «интернет вещей», бесспорно, согреют душу многим разработчикам. Но ведь это еще не все. Не забудем, что все пять моделей серии Intel Atom E3800 «первого созыва» штатно выпускаются с расчетом на эксплуатацию в диапазоне рабочих температур – 40…110°C. А заявленные для них базовые сроки доступности, по уже сложившейся традиции, составляют семь лет.
Эти шаги – ключ к дальнейшему расширению сферы применения систем на основе Bay Trail, и без того, кстати, немалой. И пусть вас не смущает, что на первых порах ведущие производители аппаратных средств для встраиваемых решений сделали основной упор на сравнительно небольшой номенклатуре продуктов – процессорных платах для систем CompactPCI форм-фактора 3U (например, Kontron CP3010-SA, см. рис. 6), малогабаритных материнских платах бюджетного класса (типа Kontron mITX-E38 и pITX-E38, см. рис. 7), одноплатных решениях в различных стандартах семейства PC/104 и ряде вариаций на тему COM (Computer on Module), или компьютеров на модуле. Как говорится, надо было с чего-то начинать. Разумно, что начали с тех направлений, где у предыдущих поколений процессоров Atom были неплохие позиции.
Рис. 6. Примеры первых аппаратных реализаций платформы Bay Trail – встраиваемые материнские платы Kontron mITX-E38 (форм-фактор Mini-ITX) и pITX-E38 (форм-фактор Pico-ITX)
Рис. 7. Kontron CP3010-SA – одна из первых процессорных плат CompactPCI форм-фактора 3U, выполненных на базе процессоров Intel Atom серии E3800
Гораздо интереснее вопрос о том, что ожидать в дальнейшем. Попробуем на него ответить. Параметры и возможности процессоров Intel Atom и систем на их основе отныне таковы, что можно с большой долей уверенности прогнозировать тотальный характер их экспансии на рынке ВКТ – не в этом поколении, так в следующем. В первую очередь, это относится к решениям класса Box PC и различных типов промышленных ПК. Нет сомнений и в том, что волна, поднятая Bay Trail, охватывает практически все стандарты и форм-факторы COM-продуктов. Это касается и стандарта SMARC, изначально созданного в расчете на архитектуру ARM.
По логике, на этой волне должен снова вырасти интерес к Intel Atom со стороны разработчиков процессорных модулей AdvancedMC для систем MicroTCA, основной сферой применения которых по-прежнему остаются телекоммуникационные приложения. В прошлом мы уже видели попытки вывода на рынок таких продуктов. Так почему бы не сделать то же самое сейчас – с уже действительно высокопроизводительным процессором, который вдобавок еще и штатно выпускается с расчетом на жесткие условия эксплуатации? Шансы на успех явно повысились.
Схожая история и с системами VPX, где мы уже видели эксперименты с созданием процессорных плат на основе Intel Atom. И по производительности те процессоры тоже были не чета нынешним. Да, это очень консервативный рынок. Это приложения высочайшей ответственности. Это заказчики, которые ценят, прежде всего, надежность и защищенность оборудования, опыт и репутацию его поставщика. Но мы знаем и то, что даже многократно проверенные временем решения, используемые в оборонном комплексе, атомной энергетике и авиакосмической отрасли, периодически нуждаются в модернизации.
Наконец, феномен под названием Bay Trail не может не отразиться на огромном мире проприетарных решений, не подчиняющихся никаким стандартам.
Промышленность, транспорт, телекоммуникации, энергетика, оборонный комплекс и авионика – не секрет, что в России это самые платежеспособные рынки ВКТ. На всех этих рынках уже имеется немалый интерес к решениям на основе Bay Trail, и в перспективе мы ожидаем, что он будет расти.
Фактор стоимости тоже играет не последнюю роль. Мы готовы утверждать, что, скажем, одноплатная боевая платформа жесткого исполнения (с расчетом на эксплуатацию при температурах – 40…85°C) на базе процессора Intel Atom серии E3800 при прочих равных будет стоить как минимум вдвое дешевле по сравнению со средней ценой аналогичных систем на основе процессоров Intel Core i7 третьего или четвертого поколения. Да, по производительности она им уступит, но при этом будет на 100% адекватна требованиям многих разработчиков в части минимизации энергопотребления и упрощения схем охлаждения. Это очень рациональный выбор!
Никак не следует недооценивать и фактор длительных сроков доступности продукции. Семь лет базовой доступности на рынке – великолепный показатель. К тому же, речь идет не только о процессорах Intel Atom серии E3800. Познакомимся со стратегическими планами по выпуску продукции такого ведущего производителя аппаратных средств как Kontron. Что мы видим? Поставки, к примеру, недавно дебютировавших на рынке модулей COM Express серий Kontron COMe-cBTi6 (в форм-факторе COM Express compact) и COMe-mBTi10 (COM Express mini), а также SMARC-модулей Kontron SMARC-sXBTi (см. рис. 8) и упомянутых выше материнских плат Kontron mITX-E38 и pITX-E38 гарантированы до конца 2020 г. И это далеко не предел!
Рис. 8. Модули SMARC серии Kontron SMARC-sXBTi на процессорной платформе Bay Trail предназначены для создания низкопрофильных сверхкомпактных систем с высокой графической производительностью
Мы не будем говорить о способах, позволяющих удлинить сроки доступности продуктов ВКТ в 2–3 и более раз по отношению к базовым, как того требуют консервативные рынки (т.е. до 15–30 лет). Важно, что такие способы существуют – легальные, сравнительно недорогие и обеспечивающие надлежащее качество поставок. Сам факт их наличия лишний раз укрепляет нас во мнении о том, что ставка разработчиков на Bay Trail – надежный вариант, не несущий в себе дополнительных рисков.
Заключение
Оценивая значимость процессоров Bay Trail для рынка ВКТ, мы не можем не видеть явственно обозначенный ими принципиально новый уровень амбиций и претензий корпорации Intel на рынке недорогих компактных встраиваемых решений с малым энергопотреблением. Следует заметить, что предыдущие поколения встраиваемых процессоров Atom (Tunnel Creek и Stellarton) к концу прошлого года, в сущности, исчерпали весь свой потенциал, стремительно устарев как в техническом плане, так и в моральном. Как следствие, контраст с идущим им на смену семейством СнК-продукции Bay Trail, действительно, стал очень ярким.
Свежий ветер, который принесли с собой на рынок ВКТ процессоры Bay Trail, вселяет в разработчиков энтузиазм и обещает им перемены к лучшему. Оседлать поднятую им волну и двигаться вперед к открывающимся горизонтам недоступных прежде возможностей встраиваемых систем – для этого сейчас самое время, если не забывать контролировать курс и твердо держать штурвал.
Читайте также:
В 2014 г. Intel предложит «планшетные» наборы чипов для разных сегментов
Представлена программно-аппаратная платформа Intel In-Vehicle Solutions для автомобильных систем
Digitimes Research: одного Quark будет мало для успеха Intel на рынках носимой электроники и Интернета вещей
Intel хочет завалить рынок 200-долларовыми гаджетами на Atom
Intel бросила вызов ARM, представив нанопроцессоры Quark для «умных» часов и очков
Intel померяется силами с Raspberry Pi с помощью европейской разработки
Intel на перепутье: колосс зашатался и свернул с дороги?
У Intel нет технологических преимуществ по сравнению с ARM
Intel создает подразделение Интернета вещей и избавляется от Web TV
Источник: журнал «Электронные компоненты»