Процессоры для портативных мобильных компьютеров

Портативные мобильные компьютеры («ноутбуки») становятся все более по­пулярным классом ПК. К 2005 году доля ноутбуков в общих продажах компьютеров состав­ила около 30%, и эта доля имеет явную тенденцию к интенсивному росту. Популярность ноутбуков связана с постоянным снижением цен на компьютеры такого класса и все более широким распространение бес­проводных сетей, что делает использование портативных мобильных компьютеров более удобным по сравнению с настольными машинами. Поэтому в модельных ря­дах ведущих изготовителей процессоров все более заметное место занимают процессоры для ноутбуков.

Создание процессоров для мобильных ПК имеет свою специфику. Помимо высокой производительности, такие процессоры должны быть экономичными с точки зрения энергопотребления, так как для ноутбука размеры, масса и время автономной работы – чрезвычайно важ­ные параметры, часто не менее важные, чем производи­тельность. На эти характеристики архитектура применяе­мого центрального процессора влияет весьма значитель­но.

Процессоры для мобильных ПК, характеризующиеся меньшим тепловы­делением и энергопотреблением, обладают большей сте­пенью мобильности, поскольку низкое энергопотребление позволяет либо увеличить время работы компьютера от стандартной батареи, либо уменьшить ее массу и раз­меры при сохранении приемлемого времени автономной работы, а низкое тепловыделение дает возможность ог­раничиться легкой и компактной системой охлаждения. Поэтому процессоры для портативных мобильных компьютеров должны в той или иной степени отличаться от процессоров, устанавливаемых в настольные ПК.

Следует заметить, что, помимо создания специальных «мобильных» архитектур процессоров, возможен и другой подход, позволяющий предложить конкурентноспособные решения процессоров для ноутбуков. Такие процессоры можно получить, понижая энергопотребление обычных массовых процессоров для настольных ПК. Снижение энергопотребления процессора до уровня, приемлемого для ноутбуков, достигается уменьшением тактовой частоты и напряжения питания процессора. Известно, что энергопотребление процессора линейно зависит от частоты и квадратично от напряжения питания процессора. Оперируя этими двумя характеристиками, можно добиться относительно высокой экономичности. Однако лучшим сочетанием характеристик, естественно, будут обладать все же процессоры, целенаправленно разработанные для использования в мобильных компьютерах, а не адаптированные варианты «настольных» процессоров.

Ситуация на рынке процессоров для портативных мобильных компьютеров до некоторых пор во многом определялась положением дел на рынке центральных процессоров для настольных ПК.

Корпорациями AMD и Intel для мобильных компьютеров предлагались те же самые процессоры с добавлением в них лишь технологии энергосбережения. При этом использование мобильного аналога высокопроизводительного процессора Pentium 4 – его модификации Pentium 4-М – с длинным конвейером и чрезвычайно высокими тактовыми частотами приводит к достаточно большому потреблению энергии, а поэтому возможно лишь в относительно тяжелых и громоздких переносных компьютерах. Именно поэтому Intel предложила новый мобильный процессор Pentium М со специализированной архитектурой. Базой для разработки Pentium М была выбрана архитектура предыдущего поколения процессоров Pentium III, однако для увеличения тактовой частоты конвейер в Pentium М удлинен по сравнению с конвейером Pentium III, кэш-память первого уровня расширена до 64 Кбайт, второго уровня – до 1 – 2 Мбайт. Кроме того, добавлена реализация набора инструкций SSE2. Pentium М обладает усовершенствованным блоком предсказания переходов и поддерживает специальные технологии, призванные обеспечивать более рациональное использование ресурсов с точки зрения уменьшения энергопотребления. Pentium М имеет относительно невысокое тепловыделение, поскольку многие его блоки при отсутствии обращений к ним просто отключаются или переходят в состояние ожидания.

Процессоры семейства Pentium M на ядре Banias с 0,13-мкм техпроцессом рассчитаны на тактовые частоты от 1,3 до 1,7 ГГц и 400-МГц системную шину, их энергопотребление не превышает 24 Вт. Pentium M на ядре Dothan с 0,09-мкм техпроцессом имеют вдвое большую кэш-память второго уровня (2 Мбайт), тактовые частоты от 1,5 до 2 ГГц, 400-МГц системную шину и энергопотребление не более 21 Вт. Все процессоры семейства Pentium M оснащены средствами Enhanced Intel SpeedStep. Благодаря этой технологии программное обеспечение ноутбука получает контроль над множителем тактовой частоты ЦП, что используется для ее понижения в моменты неполной загрузки процессора вплоть до 600 МГц. При этом время работы ноутбука от батарей заметно повышается, поскольку энергопотребление Pentium M в экономичном режиме снижается до 6–8 Вт.

Корпорация AMD противопоставила модельному ряду Pentium M корпорации Intel свои процессоры семейства Mobile Athlon 64 и Turion 64. Эти процессоры имеют архитектуру, полностью аналогичную архитектуре «настольных» моделей Athlon 64. Процессоры Turion 64 совместимы с 64-битными расширениями AMD64. Модельный ряд Turion 64 представлен, во-первых, процессорами с кэш-памятью второго уровня объемом 1 Мбайт, которые имеют частоты от 1,6 до 2,2 ГГц и энергопотребление до 60 Вт, во-вторых, процессорами с вдвое меньшей кэш-памятью второго уровня (512 Кбайт), которые имеют частоты от 1,6 до 2,0 ГГц и энергопотребление до 35 Вт. Для снижения энергопотребления в этих процессорах применена фирменная технология PowerNow!, по сути аналогичная технологиям Cool’n’Quiet и Intel Enhanced SpeedStep. Программное обеспечение ноутбука также имеет возможность управления коэффициентом умножения частоты процессора, благодаря чему частота может быть снижена до 800 МГц, а энергопотребление процессора при этом составляет около 12 Вт.

Для суперпортативных мобильных компьютеров (субноутбуков и мининоутбуков) Intel предлагает специальные классы процессоров: Low Voltage Pentium M и Ultra Low Voltage Pentium M. Эти процессоры благодаря пониженному напряжению питания и уменьшенной тактовой частоте имеют гораздо более низкие энергопотребление и тепловыделение. Так, у процессоров Low Voltage Pentium M на ядре Dothan тактовая частота 1,4 – 1,5 ГГц и максимальное энергопотребление 10 Вт. Класс процессоров Ultra Low Voltage Pentium M еще более экономичен: такие процессоры на ядре Dothan имеют тактовые частоты 1,0 – 1,2 ГГц и энергопотребление, не превышающее 5 Вт. Напряжение питания этих процессоров составляет всего 0,96–1,05 В.

Для рынка недорогих ноутбуков корпорация Intel предлагает семейство процессоров Celeron M, представляющих собой упрощенные версии процессоров Pentium M. Celeron M с ядром Dothan работает на частотах от 1,3 до 1,5 ГГц, имеет кэш-память второго уровня объемом 1 Мбайт, частоту системной шины – 400 МГц, энергопотребление – до 21 Вт. У Celeron M отсутствует технология Enhanced Intel SpeedStep, поэтому Celeron M менее экономичен, чем Pentium M. Помимо обычных Celeron M корпорацией Intel разработано семейство процессоров Ultra Low Voltage Celeron M, предназначенных для ультракомпактных ноутбуков. Эти процессоры имеют частоты 0,9 и 1,0 ГГц. Пониженные частоты и невысокое напряжение питания позволяют этим процессорам иметь энергопотребление всего 5 Вт.

Семейство процессоров AMD Mobile Sempron представляет собой упрощенные и удешевленные версии процессоров Mobile Athlon 64 и Turion 64. Такие процессоры на ядре Sonora укладываются в рамки энергопотребления до 25 Вт, имеют тактовые частоты 1,6 и 1,8 ГГц, кэш-память второго уровня объемом 128 – 256 Кбайт, работают с 800-МГц системной шиной HyperTransport. Процессоры Mobile Sempron оснащены фирменными средствами энергосбережения – технологией PowerNow!, позволяющей понижать тактовую частоту в моменты неполной загрузки.