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Intel Medfield这次玩真的!
进逼行动市场一级战区

【作者: 陸向陽】2012年03月26日 星期一

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2006年Intel将ARM-based的XScale部门售给Marvell,但这并不表示该公司放弃涉入低功耗行动运算市场。相反地​​,Intel决定以自主的x86架构为基础,进行大程度的功耗降低工程,以此重新切入比NB更低功耗的行动市场。


不过x86架构晶片的功耗远较ARM架构晶片为高,Intel选择渐进式市场策略,先于2007年提出口袋型上网机的MID(Mobile Internet Device)产品概念,并推出对应的支援晶片平台McCaslin,以90nm制程的A100/A100处理器,搭配945GU北桥及ICH7-U(U=Ultra low-power)南桥,构成MID的核心电路系统。



一切投注于Atom

McCaslin仅被视为过渡性的平台,Intel很快在2008年提出更正式的支援方案,即Menlow平台。 Menlow平台包含了Atom Z系列处理器及SCH(System Controller Hub)南桥,以此取代McCaslin平台。


除了Atom Z系列外,Intel也以相同的电路设计,发展出Atom、Atom N等系列处理器,Atom针对平价的桌上型上网机(Nettop)而设计,如Atom 230、Atom 330等;Atom N则针对平价的笔记型上网机(Netbook)而设计,如Atom N270、Atom N280等;至于Atom Z原先被称为Centrino Atom,但该称在施行半年后废止,去除Centrino字样,直接以Atom称呼。


在2008年第一代的Atom登场后,2010年初第二代的Atom系列问世,原有Atom系列改称Atom D系列,而N系列、Z系列则保持原名不变。另外,以Atom处理核心发展成的其他应用取向晶片,如针对嵌入式应用开发的晶片(代号Tunnel Creek或Stellarton),或针对消费性电子(代号Sodaville,尤其用于视讯机顶盒STB、智慧型电视SmartTV )而设计的晶片,也都归属到Atom家族下。


第一、二代的Atom,都维持使用45nm制程,每一片12吋晶圆可切割出2,700颗Atom晶片,每颗晶片成本约6~8美元。到了2011年底,第三代Atom登场,改用更先进、缩密的32nm制程,如此成本与功耗都再次降低。


附带一提的,2009年Intel与台积电(TSMC)签订合作,由Intel提供Atom核心,搭配上TSMC的周边电路矽智财(IP)及代工服务,可提供Atom核心的SoC方案,不过此合作签订后的一年内,没有任何客户上门,合作等同于无功告终。



Atom Z系列发展历程

除晶片技术演进外,市场也在转变,2007年提出的MID概念,因功耗过高、价格过高,在市场上未能达到广大回响,同时Intel最终的市场目标为年出货量破亿的Smartphone,其余新概念的行动装置市场,如MID、Netbook、Nettop等,多视为技术精进历程中的过渡产品,唯Netbook属意外发展。


因此,在MID未获回响后,Intel更积极让Atom Z系列晶片用于Smartphone上,如2010年初与LG合作,发表使用第二代Atom Z晶片(Moorestown平台、Lincroft处理器)的智慧型手机GW 990,不过该手机仅为技术示范,并未商业化量产销售。


到了2012年初,Intel与Lenovo合作,于CES 2012期间揭露了使用Intel Atom Z2460的新款手机K800,Atom Z2xxx即为第三代Atom Z系列,代号Medfield(有时也称Saltwell),且这次不同,K800是真正要出货销售的手机,2月份将先在大陆开卖,并使用Android 4.0为基础所修改成的LeOS作业系统。另外,Motorola预计也将推出使用Medfield的Smartphone。



《图一 Atom Z系列从MID概念产品走向Smartphone,Atom N系列持续用于Netbook,Atom D系列(原为Atom系列)用于Nettop。(绘图:陆向阳)》
《图一 Atom Z系列从MID概念产品走向Smartphone,Atom N系列持续用于Netbook,Atom D系列(原为Atom系列)用于Nettop。(绘图:陆向阳)》


Medfield技术展望

很明显地,第三代Atom Z(Medfield)已没有MID市场可经营,也不可能用于Netbook、Nettop市场,该两块市场有效能较高的Atom N、Atom D系列专责。因此,第三代Atom Z仅能以平板、智慧型手机市场为目标。


第三代Atom Z与第三代Atom N、D相同的,均已改用更先进的32nm,而非前两代的45nm,功耗可望再降低一半,过往第二代Atom Z的功耗范畴约在1.3W~3W间,第三代理想上约可降至0.7W~1.5W。


不过,第一、二代Atom Z并未整合南桥晶片,而第三代Atom Z则采系统单晶片(System-on-a-Chip;SoC)设计,因此实务推算上,功耗会较0.7~ 1.5W为高。


事实上第三代Atom Z也是Atom系列(嵌入式、消费性电子用Atom不在此列)首次有SoC版,过往多需要独立封装的北桥、南桥晶片搭配,一旦SoC化,外部不再需要搭配核心逻辑(Core Logic)晶片。


正因为首次采行SoC设计,所以第三代Atom Z并未与第三代Atom N、D一同推出。过往的两代Atom,是与Atom N、D(第一代没有字母)、Z一同推出,原因是三系列均使用相同的裸晶(Die),仅在功耗能耐上有差异。


但此次不同,第三代Atom Z,在裸晶的电路设计上,已与N、D系列不同,且为了日后更低功耗、更高整合的表现,未来恐也不易再合并设计,Atom Z系列将就此采行独立于另两系列的设计路线。



Medfield vs. ARM架构晶片

既然锁定Pad、Smartphone市场,Atom Z即不可避免与ARM架构晶片进行技术较量。


先就制程技术而言,Medfield使用32nm,但NVIDIA的Tegra 2、3仍使用TSMC的40nm,此方面Intel领先。


不过此领先预计不会太久,TI预计2012Q3推出使用28nm的OMAP5系列;Qualcomm亦同样规划在2012年让旗下Snapdragon系列导入28nm制程;另外Samsung的Exynos系列晶片也会在2012年导入32nm,至少与Medfield平起平坐。


而就核数与时脉而言,Medfield仍为单核(但具有超执行绪),目前已知最高1.6GHz,而ARM阵营多已到双核Cortex-A9,频率至1.4GHz、1.5GHz。


乍看之下ARM阵营的技术规格已与Medfield逼近,但经标竿测试(Benchmark)的结果,仍是以x86架构效能领先,依据现有非官方的测试,Medfield的Caffeinemark得分约10500分,但ARM系列的主流晶片均低于此得分,如Samsung的Exynos约8500分,Qualcomm的MSM8260约8000分,NVIDIA的Tegra 2约7500分。


虽然效能领先,但目前Medfield的功耗仍高,待机约2.6W用电,播放720p画质的影片约3.6W,与Tegra 2约在0.5W~1W相比,仍明显为高​​,此也是ARM阵营一直强调的Per Watt Performance(每瓦用电可产生的效能)优势。不过,Intel仍持续强化Medfield的技术表现,预计待机要低于1W,播放720p时低于2.6W。


除了系统单晶片的比较外,还需要比较外部硬体资源,Medfield使用传统PC产业所用的DDR2 SDRAM,虽然为了压低功耗而改用LP DDR2(LP=Low-Power),但仍不易比手机产业常用的Mobile DRAM省电。加上x86架构多半需要较大的记忆体用量以搭配其流畅运算,不可能采行小容量记忆体,如此功耗也会增加。


由此可知,Medfield虽进一步拉近与ARM阵营的差距,包含功耗更低、整合度更高(单晶片化),但仍无法改变x86架构与ARM架构间的技术态势,即x86依然偏高效能、高耗电。


不过,即便不与ARM阵营比较,x86晶片的功耗因Medfield而更低,使Google不得不正视其价值,因此2011年IDF期间,Intel宣布与Google合作,合作内容细节虽未揭露,但推测是Android或Chrome OS与x86晶片的更深化技术结合。


此外,Medfield用于Smartphone仍属高耗电,但在Smartphone吋别持续加大下,也有较宽裕的空间放置更大电容量的电池;或至少可将Medfield用于Pad之类的产品上,使ARM阵营感受到市场压力。


《图二 平台代号Medfield的具体化芯片名称为Atom Z2460,即Atom Z2xxx系列系统单芯片,但仍须搭配外部电源管理芯片与无线芯片。(图片来源:Intel)》
《图二 平台代号Medfield的具体化芯片名称为Atom Z2460,即Atom Z2xxx系列系统单芯片,但仍须搭配外部电源管理芯片与无线芯片。(图片来源:Intel)》

《图三 CES 2012盛会期间,Lenovo副总裁刘志军上台发表其K800手机,它使用代号Medfield的Atom Z2460处理器(左为Intel总裁兼执行长Paul Otellini)。》
《图三 CES 2012盛会期间,Lenovo副总裁刘志军上台发表其K800手机,它使用代号Medfield的Atom Z2460处理器(左为Intel总裁兼执行长Paul Otellini)。》


未来规划展望

了解Medfield初步的技术表现后,其实Intel已对更后续的Mobile x86 SoC有更多的发展规划,例如明(2013)年将会有Silvermont,将使用22nm制程技术,后(2014)年则会有使用14nm的Airmont。


另外,以现有Medfield衍生发展成的Cloverview,将以Tablet产品为主要的市场诉求。简言之,Intel抱持的策略为,以Pentium III、Pentium M的核心电路设计为基础,不断运用制程技术降低功耗、增加整合度,最终将能打入ARM架构所擅长的行动运算市场。


所以,其竞争策略的重点在于制程技术的执行力,若能明显领先ARM阵营1、2个世代的制程技术,则x86架构先天的高功耗弱点将可获得程度性弥补,也因此Intel的产品规划展望为「一年换一种新制程」,除第一、二代均为45nm外,之后每年换一代微缩技术。



结语

最后,从上述的技术精进角度观察,大家或许会认为Atom为Intel的积极攻击性的策略;然而,从另一角度来看,其实也算是一种防御性的策略。


由于Notebook、Netbook销售动能趋缓,整体PC出货已跌破双位数年增率;相对地,Smartphone与Tablet仍具高成长动能,若Intel不能进入该产品市场,则等于丧失商机。


其次,Microsoft也持续降低对x86架构的倚赖,包含Xbox游乐器自x86架构(Xbox)改成PowerPC架构(Xbox 360),以及与Nokia合作的Windows Phone也是ARM架构,Tablet方面产品也倾向ARM架构( Windows on ARM;WoA)。


加上业界盛传Apple将扩大使用ARM架构,新款Apple TV已舍弃x86架构改用ARM架构,据称下一步也将让Mac改用ARM架构。而另一大厂Google也放弃推行x86架构的Google TV,下一款Google TV将是使用Marvell的ARM架构晶片。此外ARM公司也有意将ARM架构晶片打入伺服器市场,目前尚在摸索阶段。


由此可知,Intel看似拥有高压倒性的市占率,但科技趋势仍无情地从「价格效能比」转往「每瓦效能比」,倘若Intel忽视或无法跟上,也将会逐渐失去竞争力。



《图四》
《图四》
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