Bisherige Atom-Prozessoren galten als stromsparend, aber wenig leistungsfähig. Kein Wunder, schließlich wurde die Mikroarchitektur seit der Einführung der Atom-Familie mit der Silverthorne-Mikroarchitektur bisher kaum verändert. Da es hier einen Tick-Tock (jährliche abwechselnde Aktualisierung von Mikroarchitektur und Fertigungstechnologie) wie bei den Core-i-Prozessoren bisher nicht gegeben hat, beschränkten sich bislang die Aktualisierungen auf nur wenige Erweiterungen (Intel64, Dual-Core, Hyperthreading, HD-fähige Grafik) sowie Anpassungen an die Fertigungsarchitektur. Die Grafikleistung des bisherigen Grafikprozessors, das Fehlen der Fähigkeit zur Out-of-Order Execution und das Nichtvorhandensein eines Turbomodus sorgten für einen immer größeren Abstand zu den leistungsstärkeren Modellen der Core-i-Serie und einer schwindenden Konkurrenzfähigkeit zur wachsenden Konkurrenz durch ARM-Prozessoren.
Gelungen rundum erneuert
Der Wechsel zur neuen Silvermont-Mikroarchitektur mit vielen von den Core-i-Prozessoren bekannten Erweiterungen, die Einführung von Out-of-Order Execution zur schnelleren Befehlskettenausführung sowie eine aktuelle und konkurrenzfähigen Grafik mit DX11- und OpenGL-3.2-Unterstützung bringen die neuen Atom- und Celeron-Prozessoren technisch wieder auf die Höhe der Zeit. In ihren Eigenschaften und Möglichkeiten kommen sie damit deutlich näher an die der aktuellen Ivy-Bridge-Generation heran. Die Fertigung in 22-nm-Tri-Gate-Transistortechnik ermöglicht niedrige Herstellungskosten und einen geringen Stromverbrauch bei konkurrenzfähiger Leistung. Laut Intel soll die Leistung bei gleichem Stromverbrauch bis zu dreimal so hoch sein bzw. bei gleicher Leistung der Stromverbrauch nur ein Fünftel des Wertes der bisherigen Atom-Generation betragen.
Damit fällt die verfügbare Rechenleistung pro Watt sogar besser aus als bei aktuellen ARM-Prozessoren. Zudem sind die Atom- und Celeron- Prozessoren erstmals auch als Quadcore lieferbar. Diese erweitern das Angebot der bisherigen Dualcore-Prozessoren mit Hyperthreading, welches für die neuen Prozessoren nicht mehr verfügbar ist. Ein aktueller Turbo-Burst, mit dem innerhalb des thermischen Budgets einzelne Cores und die Grafik lastabhängig deutlich höher getaktet werden können, sorgt bei Bedarf für weiteren Leistungszuwachs.
Neue Merkmale im Einzelnen
Die Grafik beruht auf der Intel-Gen7-Grafik, wie sie auch in der HD3000 der Ivy Bridge verwendet wird. Allerdings enthält sie bei den neuen Atom- und Celeron-Prozessoren nur vier statt 16 Ausführungseinheiten (Execution Units). Neben den aktuellen DirectX in der Version 11 und OpenGL in der Version 3.2 werden Hardware-Codierung und -Decodierung von HD-Videos, 3D-stereoskopische Darstellung und zwei voneinander unabhängige HD-Displays unterstützt.
Mit AES-NI verfügen nun erstmals auch die Atom- und Celeron-Prozessoren über Hardwareunterstützung für den weit verbreiteten AES-Verschlüsselungsalgorithmus. So lassen sich nun auch bei diesen Prozessoren zu übertragende oder gespeicherte Daten in Echtzeit verschlüsseln beziehungsweise entschlüsseln ohne die CPU dabei nennenswert zu belasten. Besonders wichtig ist dies bei der Nutzung von Halbleiter-Massenspeichern (SSDs), da sich hier Daten kaum vollständig löschen lassen. Unterstützt werden auch Intel-VTx-Virtualisierung sowie Thermal Monitoring.
Das neue, verbesserte Power-Management unterstützt Stromsparmodi bis C6 und wie bisher schon einige Vorgängermodell die Intel Speedstep-Technologie. Zur Erhöhung der Sicherheit kann im aktuellen UEFI (Unified Extensible Firmware Interface) mit der Secure-Boot-Option das Booten auf vorher signierte Bootloader beschränkt werden, um die Ausführung von Schadsoftware oder anderen unerwünschten oder unautorisierten Programmen zu verhindern. Mit USB3.0, embedded DisplayPort (eDP), SATA Gen 2 und PCI Express Gen 2 sind die neuen Prozessoren mit dem Code-Namen Bay Trial nun auch on-Chip mit allen aktuellen Schnittstellen ausgerüstet und stellen echte Systems-on-Chip (SoC) dar. Die Eigenschaften der beim Conga-MA3-Modul von Congatec einsetzbaren neuen Prozessoren zeigt die Tabelle auf dieser Seite im Überblick.
Das Conga-MA3-Modul
Der Anwender erhält mit dem Modul nicht nur ein leistungsfähiges, 55 mm x 84 mm kleines Modul, sondern auch dazu passende Trägerboards bzw. Entwicklungssysteme einschließlich Software und Support für die Entwicklung eigener Systeme. Das Modul lässt sich mit Single- bis Quadcore-Embedded-Prozessoren der Atom-E3xxx-Serie sowie mit passenden Embedded-Celeron-Prozessoren ausstatten. Mit Embedded Celeron bezeichnet Intel preisgünstige Volumenmodelle der Bay-Trail-Familie. Allen Prozessoren gemein ist die Ausführung als Singlechip-Prozessoren, bei denen Grafik und der passende Chipsatz jeweils bereits mit im Gehäuse integriert sind. Wichtig für Embedded-Anwender ist auch die Langzeitverfügbarkeit von Prozessoren und Modul von mindestens sieben Jahren. Das Modul ist mit bis zu 8 GByte schnellem, aufgelötetem DDR3L-Speicher zu betreiben. Als Massenspeicher stehen standardmäßig 4 GByte eMMC Flash zur Verfügung, die als SSD und Bootdevice genutzt werden können.
Die integrierte, gegenüber dem Vorgängermodell leistungsfähigere Grafik unterstützt DirectX 11, OpenGL 3, OpenCL 1.2 sowie eine flexible Hardware-Dekodierung, um auch mehrfach hochauflösende Full-HD-Videos parallel dekodieren zu können. Bis zu 2.560 x 1.600 Pixel bei DisplayPort und 1.920 x 1.200 Pixeln bei HDMI werden im Prozessor nativ unterstützt. Darüber hinaus ist auch eine Anbindung mittels 1x 16 oder 1x 24 Bit LVDS möglich. Die native USB-3.0-Unterstützung des Moduls sorgt für eine schnelle Datenübertragung bei geringem Energieverbrauch. Insgesamt werden bis zu sieben USB-2.0-Ports bereitgestellt und ein USB-3.0-Superspeed-Port. Vier PCI-Express-2.0-Lanes und zwei SATA-Schnittstellen mit bis zu 3 GBit/s ermöglichen eine schnelle und flexible Systemerweiterungen. Der verwendete Intel-I210-Gigabit-Ethernet-Controller verspricht gute Software-Kompatibilität. ACPI 5.0, der I2C-Bus, ein LPC-Bus für die einfache Anbindung von Legacy-I/O-Schnittstellen und das Intel High-Definition Audio runden das Funktionsset ab. Als Betriebssysteme werden Windows 8, Windows 7 und Embedded Linux unterstützt.
Einsatzgebiete und Anwendungen
Aufgrund der kompakten Maße und der hohen Leistung bei geringem Stromverbrauch eignet sich das Modul Conga-MA3 für kompakte und semistationäre Anwendungen in Medizintechnik und Industrie-Automatisierung. Hervorzuheben sind dabei die Langzeitverfügbarkeit von Chip und Board von mindestens sieben Jahren, die integrierte HD- und Touch-taugliche Grafik mit der Unterstützung zweier unabhängiger, hoch auflösender Bildschirme sowie die hohe Betriebssicherheit durch die ausschließliche Verwendung von keramischen Kondensatoren. Gegenüber vergleichbaren Systemen auf ARM-Basis ist die volle x86-Codekompatibilität bei geringer Leistungsaufnahme ein Pluspunkt. Bestehende x86-Applikationen lassen sich also weiter verwenden und müssen nicht erst langwierig und mühsam auf eine neue Plattform portiert werden. Weitere Anwendungsgebiete sind lüfterlose, passiv gekühlte Digital-Signage- und Monitoring-Systeme und Display-PCs, aber auch klassische Industrie-Anwendungen, wie zum Beispiel Maschinensteuerungen. Die Leistungsfähigkeit ist der von nur wenigen Jahren alten Pentium- und Celeron-Systemen durchaus ebenbürtig, so dass hier bisher aufwändig zu kühlende Systeme durch kompakte, voll gekapselte Systeme ersetzt werden können. Das zusätzliche Plus an Leistung ermöglicht ferner den Einsatz moderner Virtualisierungsmethoden wie etwa eines Hypervisors.
