SoC’овая терапия. Обзор универсальной платформы Bay Trail на примере процессоров Intel Celeron J1800/J1900 и ASUS J1800I-C/J1900I-C

В последнее время на рынке мобильных гаджетов постоянно выходят новые устройства, построенные на базе платформы Intel Bay Trail. Архитектура x86 хорошо себя чувствует не только в среде Windows, но и Android. А ведь было время, когда только ленивый не обращал внимания на тот факт, что процессорный гигант «проспал» рынок мобильных девайсов. И бытовало мнение, что Intel не сможет составить конкуренцию решениям ARM. Однако, как мы видим, ситуация меняется. Сказывается и большое число партнерских соглашений, ведь все хотят дружить с Intel.

Bay Trail — это платформа, построенная на базе абсолютно новой архитектуры. Предыдущая версия — Clover Trail(+) — была пробным шагом в создании подобных SoC. Как известно, она была основана на архитектуре Saltwell, которая, в свою очередь, была схожа с «древней» Bonell, выпущенной в далеком 2004 году. Отсюда и привязка к бренду Atom. Как известно, одноименные чипы появились вместе с новым типом мобильных устройств — нетбуками. Теперь же процессоры Atom призваны стать «птицами высокого полета», но уже на рынке гаджетов.

Все более глубокое проникновение x86-архитектуры в мобильный сегмент дает-таки шанс закрепиться Windows. И пусть сейчас эти попытки выглядят робко, однако с каждым новым поколением SoC от Intel будет расти функциональность и быстродействие редмондской операционной системы.

Платформа Bay Trail не зря считается универсальной. Почти за год своего существования Intel представила модели не только для смартфонов и планшетов, но и для десктопов. В этой статье вы познакомитесь с возможностями 22-нанометровых систем-на-кристалле Celeron J1800/J1900, предназначенных для недорогих офисных компьютеров.

Обзор архитектуры Silvermont

Итак, как я уже говорил, Bay Trail — это SoC, построенный на абсолютно новой архитектуре Silvermont. Для этого используется 22-нанометровый техпроцесс, хорошо знакомый по процессорам Haswell. Как известно, в сентябре Intel официально выпустила первые решения (тоже для мобильных устройств) на основе архитектуры Broadwell (поколение «тик»), которые соответствуют самым современным на сегодняшний день 14-нм нормам производства. Так что в будущем стоит ждать обновления систем-на-кристалле.

Собственно говоря, уже известно, что архитектуру Silvermont в конце жизненного цикла, а точнее, в этом году сменит 14-нанометровая Airmont. Это обновление можно будет считать «тик»-стадией, так как новые системы-на-кристалле будут использовать всю ту же архитектуру Silvermont, но перенесенную на новый техпроцесс. А вот «так»-поколение (новая архитектура, но на старом, отлаженном (14 нм) техпроцессе) — Goldmont — появится в следующем году. Следовательно, можно заявить, что процессоры Bay Trail являются своеобразной точкой отсчета, новой вехой в истории компании Intel.

Да, архитектура Silvermont базируется на 22-нанометровом техпроцессе, однако он все же отличается от тех норм, которые предъявляются настольным решениям на базе архитектуры Ivy Bridge и Haswell. Производство SoC считается более глубоким, так как во главу угла ставится не высокая частота, но возможность использовать сверхнизкое напряжение для переключения транзисторов. Естественно, частоты Bay Trail ниже, чем, например, у Haswell. Используются не трехмерные транзисторы P1270, а P1271, «заточенные» под низковольтные системы. Но в целом для создания кристалла используется та же технология.

Под глубиной производства также подразумевается возможность использовать несколько металлических слоев межсоеднинений, что, в свою очередь, может положительно сказать на итоговой стоимости продукции. Плюс технология позволяет создавать участки с более высокими напряжениями и увеличенной толщиной оксида. Такой подход может понадобиться, например, для реализации инструментов ввода/вывода.

Как известно, Clover Trail(+), а также SoC-предшественники выполняли инструкции исключительно последовательно. Однако с появлением архитектуры Silvermont появилась возможность изменения очередности их исполнения. Таким образом, системы-на-кристалле еще приблизились к ARM, которые уже достаточно давно используют внеочередной блок исполнения команд.

Правда, из-за этого инженерам Intel пришлось отказаться от своей популярной технологии Hyper-Threading. Поэтому создавать многоядерные конфигурации SoC в Bay Trail приходится исключительно за счет физических носителей. Так, в процессорах Atom прошлого поколения HT помогала загружать исполнительные устройства, которые простаивали. В Silvermont присутствует небольшое количество исполнительных устройств, поэтому необходимости в этой технологии нет. Даже наоборот: одновременная поддержка внеочередного исполнения и Hyper-Threading может привести к ухудшению пропускной способности физических ядер.

Увеличить эффективность параллельной обработки данных позволяет и новый набор команд. Так, появилась совместимость с AES-NI, SSE 4.1 и SSE 4.2. Новые Bay Trail поддерживают виртуализацию VT-x.

Все решения на базе архитектуры Silvermont на аппаратном уровне могут работать с 64-битным кодом.

Возвращаясь к вопросу о структуризации физических ядер в процессорах Bay Trail, нельзя не заметить, что Intel использует модульную структуру, схожую с той, которая применяется в APU AMD. Есть ячейка, в ее состав входят два ядра, а также 1 Мбайт кэша второго уровня. Топовые SoC могут вместить до четырех таких модулей. Следовательно, самая «большая» система-на-кристалле имеет восемь вычислительных ядер и 4 Мбайт кэша второго уровня. Однако, что касается процессоров Atom, то самыми ходовыми считаются четырехъядерные модели с 2 Мбайт L2-памяти.

Связь между модулями в одном кристалле теперь осуществляется за счет новой шины IDI (in-die interconnect). Раньше процессоры Atom использовали фронтальную шину. Данный интерфейс очень напоминает кольцевой интерфейс, который используется во «взрослых» центральных процессорах, однако имеет топологию типа точка-точка. Через эту же шину идет связь с остальными контроллерами SoC.

Давайте еще немного углубимся в особенности архитектуры Silvermont и изучим исполнительное ядро. Так, исполнительный конвейер способен декодировать две инструкции за такт. За счет улучшения результативности предсказания удалось добиться более эффективной входной части исполнительного конвейера. А именно исполняющие буферы получили большую емкость, плюс было улучшено детектирование в коде циклов, а также архитектура обзавелась поддержкой предсказаний косвенных переходов. Наконец, была изменена организация очереди уже декодированных инструкций, состоящей из 32 макроопераций. Теперь при ее полном наполнении стало возможным отключение некоторых блоков выборки и декодирования.

Сам исполнительный конвейер сократился до трех команд, что является большим плюсом для тех команд, которым не требуется обращение к кэш-памяти. Следовательно, некоторые этапы конвейера можно пропустить. Как известно, в предыдущем поколении систем-на-кристалле Atom использовался 16-шаговый конвейер для целочисленных и логических операций. Новые SoC способны выполнить инструкции за 14 шагов. Плюс в случае неправильного предсказания операция откатывается всего на 10 шагов назад, а не на 13, как это было у Saltwell.

Модуль операций с плавающей точкой был расширен до 128 бит. Однако умножение выполняется лишь поделившись на две 64-битные части.

Архитектура Silvermont поддерживает внеочередные пересылки. При этом загрузки и выгрузки данных могут выполняться параллельно, даже несмотря на наличие всего одного AGU.

Платформа Clover Trail(+) в качестве встроенного графического ядра использовала систему PowerVR SGX, которая среди обывателей заработала, мягко говоря, не самые лестные отзывы. В новом поколении Intel перешла на использование классической HD Graphics. Конечно, она несколько упрощена, нежели кластер, который используется в десктопных процессорах семейства Core. Однако ее вполне хватает, чтобы реализовать, например, в планшетах разрешение 2560х1600 точек. Конкретно Celeron J1800 и Celeron J1900 оснащены HD Graphics с шестью исполнительными устройствами.

Раз уж я заговорил о видеовозможностях Bay Trail, то стоит отметить, что платформа поддерживает видеовыходы HDMI 1.4 и DisplayPort 1.2. А встроенный декодер может работать с такими форматами, как MPEG2, MVC, VP8, VC1 и, конечно же, H.264. Поддерживается графика вплоть до разрешения Ultra HD с битрейтом до 100 Мбит/с. Также Bay Trail поддерживает технологию аппаратного кодирования видео в формат H.264 Quick Sync. А вот это уже очень приятный бонус!

Новые Bay Trail обзавелись двухканальным 128-битным контроллером оперативной памяти DDR3. Поддерживается ОЗУ формата LPDDR3 и DDR3L с эффективной частотой до 1333 МГц. В теории пропускная способность памяти увеличилась вдвое в сравнении с Clover Trail(+).

Система-на-кристалле оснащена новым контроллером камеры. Он поддерживает съемку в формате 1080p с частотой 60 FPS. Плюс модуль имеет аппаратный цифровой стабилизатор с компенсацией вращений. Контроллер может работать либо с одной 24-мегапиксельной камерой, либо с двумя, но с матрицами от 8 Мп до 13 Мп.

Чип Bay Trail имеет встроенные контроллеры PCI Express и USB 3.0.

В самой Intel заявляют, что пропускная способность ядра архитектуры Silvermont стала на 50% быстрее, чем аналогичный параметр у SoC Saltwell. С учетом дополнительно возросших частот вот и получается обещанное кратное превосходство новых систем-на-кристалле над старыми. Выглядит весьма убедительно, особенно на фоне микроскопического прироста производительности между поколениями настольных центральных процессоров.

Процессоры Intel Celeron J1800/J1900

Итак, процессоры Intel делятся на три типа. Для малопроизводительных и энергоэффективных десктопов подходят SoC Bay Trail-D. На сегодняшний день представлено сразу восемь моделей: от двухъядерного Celeron J1750 до восьмиядерного «промышленного» решения C2750 (Avoton), уровень TDP которого составляет 20 Вт. В зависимости от количества физических ядер процессоры имеют различный по объему кэш второго уровня. Так, «двухголовые» модели оснащены 1 Мбайт L2. Четырехъядерные чипы — 2 Мбайт. Восьмиядерный процессор — 4 Мбайт. Платформа Avoton не имеет встроенного графического ядра. В остальные SoC интегрирована HD-графика начального уровня, включающая 6 исполнительных устройств. Однако в зависимости от модели может меняться ее частота.

Некоторые системы-на-кристалле Bay Trail оснащены динамическим увеличением тактовой частоты встроенных компонентов. Технология работают по принципу хорошо всем знакомого Turbo Boost, однако она получила несколько иное название — Burst Technology 2.0. Данная функция работает гораздо более гибче. Например, динамически может изменять не только частота вычислительных ядер, но и графики, а также остальных компонентов SoC. Например, контроллера камеры. Как я уже говорил, два физических ядра в Bay Trail объединены в один модуль. Однако Burst Technology 2.0 позволяет менять частоту каждого ядра в отдельности. Разделяемая кэш-память второго уровня в таком случае начинает работать на частоте более быстрого ядра из этого модуля.

Ко мне на тест приехали сразу две платформы. На одной распаян (используется Socket BGA1170) процессор Celeron J1800, на другой — Celeron J1900. Технические характеристики этих SoC приведены ниже.

На мой взгляд, будет весьма интересно сравнить платформу Bay Trail-D с Kabini — конкурентом от компании AMD. Для сопоставления с Celeron J1900 я выбрал четырехъядерную модель AMD Athlon 5350, подробный обзор которой был на нашем сайте. Во-первых, стоит отметить, что процессорные гиганты выбрали разный путь реализации товара. Если Celeron J1900, да и другие SoC от Intel являются встроенными решениями (то есть чипы уже припаяны к плате), то Athlon 5350 и другие — это полноценные съемные «камни» в исполнении гнезда AM1. Следовательно, пользователь волен сам выбрать, какая материнская плата подойдет для его процессора. Такой ли это большой плюс? Лично я в этом не уверен. Во-вторых, Kabini оснащен пусть и одноканальным, но более быстрым контроллером памяти. Данное решение связано с используемой встроенной графикой Radeon R3, которая, как известно, достаточно сильно зависит от частоты ОЗУ. В-третьих, конкретно Athlon 5350 на фоне Celeron J1900 и других четырехъядерных SoC на базе архитектуры Silvermont потребляет заметно больше энергии — в 2,5 раза. С одной стороны, 25 Вт TDP — это вроде бы и немного. Однако для отвода такого количества тепла уже нужен кулер с вентилятором, в то время как решения Intel могут обойтись полностью пассивным охлаждением. Наконец, в-четвертых, решения AMD стоят заметно дешевле, но, чуть забегая вперед, скажу, что в пересчете на стоимость компонентов процессор+матплата получается баш на баш.

А теперь давайте перейдем к обзору материнских плат ASUS J1800I-C и J1900I-C.

Платформы ASUS J1800I-C/J1900I-C

Инженеры ASUS решили не изобретать велосипед, а потому матплаты J1800I-C и J1900I-C имеют идентичное строение и технические характеристики. Как легко догадаться, разница заключается лишь в используемом SoC.

Неудивительно, что упаковка, а также комплект поставки у материнских плат тоже идентичен.

Вместе с устройством идет простенький набор, состоящий из бумажного руководства по использованию, компакт-диска с драйверами и утилитами, заглушки на заднюю панель корпуса и пары SATA-кабелей.

Обращает внимание небольшой алюминиевый радиатор, выкрашенный в бронзовый цвет. С охлаждением процессора он справляется весьма эффективно. Так, J1800 прогрелся максимум до 57 градусов Цельсия, а J1900 — до 58 градусов Цельсия. На ощупь радиаторы оказались чуть теплыми. С учетом того, что показатель T_jmax у SoC составляет приличные 105 градусов Цельсия, то волноваться за стабильность работы матплат не приходится.

Вокруг радиатора распаяно два разъема SO-DIMM для установки модулей ОЗУ. Поддерживается до 8 Гбайт «мозгов» стандарта DDR3L-1333. То есть дополнительно необходимо приобрести один или два модуля ОЗУ, работающие при напряжении 1,35 В. При 1,5 В (и об этом предупреждает производитель) система может вести себя нестабильно. Интересно, что для тестирования J1800I-C и J1900I-C я использовал именно 1,5-вольтовую планку памяти DDR3-1600 от Kingston. BIOS матплаты отказывался загружать ОС, предупреждая об обозначенной проблеме. Однако после отключения функции 1.5V DRAM Warning Message я спокойно зашел в Windows. Во время тестирования устройств никакой нестабильной работы не было обнаружено.

Платы имеют скудный набор портов. Разъем PCI Express x1 2.0 интегрирован за счет нативной поддержки SoC. На плате, к сожалению, распаяно всего два коннектора SATA, причем второй версии. Это уже инициатива ASUS, так как Bay Trail не имеет опциональной поддержки интерфейса для соответствующих накопителей. Из интересностей отмечу наличие одного 4-пинового коннектора для подключения вентилятора, а также разъема mini-PCI Express. Сюда так и напрашивается Wi-Fi-модуль.

На оборотной стороне нет ничего особенного.

I/O-панель у матплат очень простенькая. Здесь распаяно всего четыре USB 2.0 и один USB 3.0. Есть комбинированный PS/2, а также порт Ethernet. Из видеовыходов присутствует D-Sub и HDMI. Плюс производитель развел на плате порт COM.

J1800I-C и J1900I-C оснащены достаточно функциональным BIOS. Однако популярная в среде энтузиастов вкладка Ai Tweaker удалена. В принципе, прошивка ничем не отличается от остальных решений, которые используются в материнских платах ASUS.

ASUS J1800I-C и J1900I-C выглядят просто, что неудивительно, если учитывать конечную стоимость продукта. Однако функциональности данных решений будет вполне достаточно для сборки офисной системы.

Тестирование

Результаты SiSoftware Sandra 2014 отвечают сразу на несколько вопросов. Во-первых, производительность вычислительных ядер Celeron J1900 и Athlon 5350 находится на приблизительно одинаковом уровне. J1800 логично отстает, ибо имеет вдвое меньшее число «голов». Однако в тестах криптографии и шифрования SoC от Intel заметно уступают «атлону», так как не имеют поддержки соответствующего набора инструкций. Здесь кристалл Kabini выглядит предпочтительнее, пусть в целом демонстрируемый результат и тяжело назвать высоким.

В тестах, связанных с работой архивирования данных, мы опять видим упорное соперничество между Celeron J1900 и Athlon 5350.

В остальных приложениях наблюдается схожая картина. Однако отмечу тот факт, что в CINEBENCH R15 и особенно LuxMark 2.0 быстрее оказывается Athlon 5350. Celeron J1800 из-за меньшего числа ядер даже не пытается включиться в борьбу с четырехъядерными SoC.

В H264 Benchmark FHD наблюдается весьма низкий результат. Пожалуй, Bay Trail не назовешь идеальной платформой для HTPC.

Тест кэша и памяти Celeron J1800 и Celeron J1900 проводился в одноканальном режиме. Поэтому процессоры продемонстрировали весьма низкие результаты. С учетом ограничения по объему идеальным сочетанием для Bay Trail мне видится две планки DDR3-1333 по 4 Гбайт каждая.

HD Graphic с шестью исполнительными устройствами, говоря прямо, откровенно уныла. Даже в разрешении 720p средний уровень FPS находится, как говорится, ниже плинтуса. В игровых сессиях и Celeron J1800, и Celeron J1900 заметно уступают Athlon 5350. Однако «камень» AMD тоже не может похвастать играбельным уровнем быстродействия. А потому вывод очень прост: встроенная графика данных систем-на-кристалле предназначена исключительно для вывода 2D-изображения на экран монитора.

В плане энергоэффективности Celeron J1800 и Celeron J1900 заметно опережают Athlon 5350.

Конкуренты и аналоги

Итак, в качестве конкурента я выбрал материнскую плату ASRock AM1B-ITX, к которой необходимо докупить процессор AMD Athlon 5350. А в качестве аналога — платформу GIGABYTE GA-J1900N-D3V.

С уровнем быстродействия AMD Athlon 5350 вы уже познакомились в соответствующем параграфе «Тестирование». Что касается вычислительной части, то этот SoC не только не отстает, но в большинстве тестов даже обходит Celeron J1900. Относительным плюсом этого «камня» можно считать тот факт, что пользователь волен сам выбирать, какую ему матплату приобрести. Мой выбор пал на ASRock AM1B-ITX. Эта плата поддерживает полноформатную память DDR3, оснащена сразу четырьмя SATA 3.0 и может похвастать наличием разъема PCI Express x16, работающего, правда, в режиме х4.

GIGABYTE GA-J1900N-D3V тоже имеет слот mini-PCI Express. Плата насчитывает всего два порта SATA II, а единственный ее слот расширения — это доисторический PCI.

Зато у GA-J1900N-D3V на I/O-панели разведено сразу четыре порта USB 3.0. Правда, сюда же зачем-то впихнули сразу два COM и два RJ-45, забыв при этом про видеовыход HDMI.

Вывод

Bay Trail-D — SoC для настольных систем — это весьма интересные решения для сборки компьютеров начального уровня. На мой взгляд, данная платформа подойдет в качестве основы для офисных машин, но не более. Основной плюс Celeron J1800 и Celeron J1900 заключается в их сверхвысокой энергоэффективности. 10 Вт TDP позволяют не использовать активного охлаждения. Все это дает возможность собрать по-настоящему бесшумный компьютер для офиса и дома. Платформы от ASUS — J1800I-C и J1900I-C — могут стать хорошими помощниками в этом деле.

Однако здесь не все так однозначно. На сегодняшний день среднестатистическая система, например, с Celeron J1900 на борту обойдется потенциальному покупателю в 3500-4000 рублей. Что за эти деньги можно приобрести в качестве альтернативы? Можно взять другой SoC — Athlon 5350. Вместе с матплатой выйдет система за те же деньги. Как показало тестирование, производительность этих решений в плане х86-вычислений находится приблизительно на одинаковом уровне. Встроенная графика Athlon 5350 заметно быстрее, однако этого все равно недостаточно для современных игр.

Можно взять систему на базе Celeron G1820 (1700 рублей) и матплаты на H81 Express (например, ASRock H81M-DGS R2.0 за 1800 рублей). В плане производительности будет ничуть не хуже, но даже лучше, однако сама связка имеет более богатые возможности для апгрейда, да и с функциональностью у нее дела обстоят гораздо лучше. Все это говорит лишь об одном: Bay Trail-D — это весьма узкоспециализированная система, предназначенная для использования в конкретных случаях. Все-таки чувствуется, что основное направление данной платформы — это мобильные устройства.