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

Платформа Bay Trail была представлена еще в прошлом году. Входящие в нее системы-на-кристалле (SoC) предназначены для использования в смартфонах, планшетах, встраиваемых решениях, а также полноценных десктопах. Именно Bay Trail является наглядным демонстрантом того, что х86-архитектура может быть актуальна для любого типа электронных устройств. 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 Tjmax 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. ТестированиеРезультаты 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.