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Intel Medfield這次玩真的!
進逼行動市場一級戰區

【作者: 陸向陽】   2012年03月26日 星期一

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2006年Intel將ARM-based的XScale部門售給Marvell,但這並不表示該公司放棄涉入低功耗行動運算市場。相反地,Intel決定以自主的x86架構為基礎,進行大程度的功耗降低工程,以此重新切入比NB更低功耗的行動市場。


不過x86架構晶片的功耗遠較ARM架構晶片為高,Intel選擇漸進式市場策略,先於2007年提出口袋型上網機的MID(Mobile Internet Device)產品概念,並推出對應的支援晶片平台McCaslin,以90nm製程的A100/A100處理器,搭配945GU北橋及ICH7-U(U=Ultra low-power)南橋,構成MID的核心電路系統。



一切投注於Atom

McCaslin僅被視為過渡性的平台,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系列處理器及SCH(System Controller Hub)南橋,以此取代McCaslin平台。


除了Atom Z系列外,Intel也以相同的電路設計,發展出Atom、Atom N等系列處理器,Atom針對平價的桌上型上網機(Nettop)而設計,如Atom 230、Atom 330等;Atom N則針對平價的筆記型上網機(Netbook)而設計,如Atom N270、Atom N280等;至於Atom Z原先被稱為Centrino Atom,但該稱在施行半年後廢止,去除Centrino字樣,直接以Atom稱呼。


在2008年第一代的Atom登場後,2010年初第二代的Atom系列問世,原有Atom系列改稱Atom D系列,而N系列、Z系列則保持原名不變。另外,以Atom處理核心發展成的其他應用取向晶片,如針對嵌入式應用開發的晶片(代號Tunnel Creek或Stellarton),或針對消費性電子(代號Sodaville,尤其用於視訊機頂盒STB、智慧型電視SmartTV)而設計的晶片,也都歸屬到Atom家族下。


第一、二代的Atom,都維持使用45nm製程,每一片12吋晶圓可切割出2,700顆Atom晶片,每顆晶片成本約6~8美元。到了2011年底,第三代Atom登場,改用更先進、縮密的32nm製程,如此成本與功耗都再次降低。


附帶一提的,2009年Intel與台積電(TSMC)簽訂合作,由Intel提供Atom核心,搭配上TSMC的週邊電路矽智財(IP)及代工服務,可提供Atom核心的SoC方案,不過此合作簽訂後的一年內,沒有任何客戶上門,合作等同於無功告終。



Atom Z系列發展歷程

除晶片技術演進外,市場也在轉變,2007年提出的MID概念,因功耗過高、價格過高,在市場上未能達到廣大迴響,同時Intel最終的市場目標為年出貨量破億的Smartphone,其餘新概念的行動裝置市場,如MID、Netbook、Nettop等,多視為技術精進歷程中的過渡產品,唯Netbook屬意外發展。


因此,在MID未獲迴響後,Intel更積極讓Atom Z系列晶片用於Smartphone上,如2010年初與LG合作,發表使用第二代Atom Z晶片(Moorestown平台、Lincroft處理器)的智慧型手機GW 990,不過該手機僅為技術示範,並未商業化量產銷售。


到了2012年初,Intel與Lenovo合作,於CES 2012期間揭露了使用Intel Atom Z2460的新款手機K800,Atom Z2xxx即為第三代Atom Z系列,代號Medfield(有時也稱Saltwell),且這次不同,K800是真正要出貨銷售的手機,2月份將先在大陸開賣,並使用Android 4.0為基礎所修改成的LeOS作業系統。另外,Motorola預計也將推出使用Medfield的Smartphone。



《圖一  Atom Z系列從MID概念產品走向Smartphone,Atom N系列持續用於Netbook,Atom D系列(原為Atom系列)用於Nettop。(繪圖:陸向陽)》
《圖一 Atom Z系列從MID概念產品走向Smartphone,Atom N系列持續用於Netbook,Atom D系列(原為Atom系列)用於Nettop。(繪圖:陸向陽)》


Medfield技術展望

很明顯地,第三代Atom Z(Medfield)已沒有MID市場可經營,也不可能用於Netbook、Nettop市場,該兩塊市場有效能較高的Atom N、Atom D系列專責。因此,第三代Atom Z僅能以平板、智慧型手機市場為目標。


第三代Atom Z與第三代Atom N、D相同的,均已改用更先進的32nm,而非前兩代的45nm,功耗可望再降低一半,過往第二代Atom Z的功耗範疇約在1.3W~3W間,第三代理想上約可降至0.7W~1.5W。


不過,第一、二代Atom Z並未整合南橋晶片,而第三代Atom Z則採系統單晶片(System-on-a-Chip;SoC)設計,因此實務推算上,功耗會較0.7~1.5W為高。


事實上第三代Atom Z也是Atom系列(嵌入式、消費性電子用Atom不在此列)首次有SoC版,過往多需要獨立封裝的北橋、南橋晶片搭配,一旦SoC化,外部不再需要搭配核心邏輯(Core Logic)晶片。


正因為首次採行SoC設計,所以第三代Atom Z並未與第三代Atom N、D一同推出。過往的兩代Atom,是與Atom N、D(第一代沒有字母)、Z一同推出,原因是三系列均使用相同的裸晶(Die),僅在功耗能耐上有差異。


但此次不同,第三代Atom Z,在裸晶的電路設計上,已與N、D系列不同,且為了日後更低功耗、更高整合的表現,未來恐也不易再合併設計,Atom Z系列將就此採行獨立於另兩系列的設計路線。



Medfield vs. ARM架構晶片

既然鎖定Pad、Smartphone市場,Atom Z即不可避免與ARM架構晶片進行技術較量。


先就製程技術而言,Medfield使用32nm,但NVIDIA的Tegra 2、3仍使用TSMC的40nm,此方面Intel領先。


不過此領先預計不會太久,TI預計2012Q3推出使用28nm的OMAP5系列;Qualcomm亦同樣規劃在2012年讓旗下Snapdragon系列導入28nm製程;另外Samsung的Exynos系列晶片也會在2012年導入32nm,至少與Medfield平起平坐。


而就核數與時脈而言,Medfield仍為單核(但具有超執行緒),目前已知最高1.6GHz,而ARM陣營多已到雙核Cortex-A9,頻率至1.4GHz、1.5GHz。


乍看之下ARM陣營的技術規格已與Medfield逼近,但經標竿測試(Benchmark)的結果,仍是以x86架構效能領先,依據現有非官方的測試,Medfield的Caffeinemark得分約10500分,但ARM系列的主流晶片均低於此得分,如Samsung的Exynos約8500分,Qualcomm的MSM8260約8000分,NVIDIA的Tegra 2約7500分。


雖然效能領先,但目前Medfield的功耗仍高,待機約2.6W用電,播放720p畫質的影片約3.6W,與Tegra 2約在0.5W~1W相比,仍明顯為高,此也是ARM陣營一直強調的Per Watt Performance(每瓦用電可產生的效能)優勢。不過,Intel仍持續強化Medfield的技術表現,預計待機要低於1W,播放720p時低於2.6W。


除了系統單晶片的比較外,還需要比較外部硬體資源,Medfield使用傳統PC產業所用的DDR2 SDRAM,雖然為了壓低功耗而改用LP DDR2(LP=Low-Power),但仍不易比手機產業常用的Mobile DRAM省電。加上x86架構多半需要較大的記憶體用量以搭配其流暢運算,不可能採行小容量記憶體,如此功耗也會增加。


由此可知,Medfield雖進一步拉近與ARM陣營的差距,包含功耗更低、整合度更高(單晶片化),但仍無法改變x86架構與ARM架構間的技術態勢,即x86依然偏高效能、高耗電。


不過,即便不與ARM陣營比較,x86晶片的功耗因Medfield而更低,使Google不得不正視其價值,因此2011年IDF期間,Intel宣布與Google合作,合作內容細節雖未揭露,但推測是Android或Chrome OS與x86晶片的更深化技術結合。


此外,Medfield用於Smartphone仍屬高耗電,但在Smartphone吋別持續加大下,也有較寬裕的空間放置更大電容量的電池;或至少可將Medfield用於Pad之類的產品上,使ARM陣營感受到市場壓力。


《圖二  平台代號Medfield的具體化晶片名稱為Atom Z2460,即Atom Z2xxx系列系統單晶片,但仍須搭配外部電源管理晶片與無線晶片。(圖片來源:Intel)》
《圖二 平台代號Medfield的具體化晶片名稱為Atom Z2460,即Atom Z2xxx系列系統單晶片,但仍須搭配外部電源管理晶片與無線晶片。(圖片來源:Intel)》

《圖三  CES 2012盛會期間,Lenovo副總裁劉志軍上台發表其K800手機,它使用代號Medfield的Atom Z2460處理器(左為Intel總裁兼執行長Paul Otellini)。》
《圖三 CES 2012盛會期間,Lenovo副總裁劉志軍上台發表其K800手機,它使用代號Medfield的Atom Z2460處理器(左為Intel總裁兼執行長Paul Otellini)。》


未來規劃展望

了解Medfield初步的技術表現後,其實Intel已對更後續的Mobile x86 SoC有更多的發展規劃,例如明(2013)年將會有Silvermont,將使用22nm製程技術,後(2014)年則會有使用14nm的Airmont。


另外,以現有Medfield衍生發展成的Cloverview,將以Tablet產品為主要的市場訴求。簡言之,Intel抱持的策略為,以Pentium III、Pentium M的核心電路設計為基礎,不斷運用製程技術降低功耗、增加整合度,最終將能打入ARM架構所擅長的行動運算市場。


所以,其競爭策略的重點在於製程技術的執行力,若能明顯領先ARM陣營1、2個世代的製程技術,則x86架構先天的高功耗弱點將可獲得程度性彌補,也因此Intel的產品規劃展望為「一年換一種新製程」,除第一、二代均為45nm外,之後每年換一代微縮技術。



結語

最後,從上述的技術精進角度觀察,大家或許會認為Atom為Intel的積極攻擊性的策略;然而,從另一角度來看,其實也算是一種防禦性的策略。


由於Notebook、Netbook銷售動能趨緩,整體PC出貨已跌破雙位數年增率;相對地,Smartphone與Tablet仍具高成長動能,若Intel不能進入該產品市場,則等於喪失商機。


其次,Microsoft也持續降低對x86架構的倚賴,包含Xbox遊樂器自x86架構(Xbox)改成PowerPC架構(Xbox 360),以及與Nokia合作的Windows Phone也是ARM架構,Tablet方面產品也傾向ARM架構(Windows on ARM;WoA)。


加上業界盛傳Apple將擴大使用ARM架構,新款Apple TV已捨棄x86架構改用ARM架構,據稱下一步也將讓Mac改用ARM架構。而另一大廠Google也放棄推行x86架構的Google TV,下一款Google TV將是使用Marvell的ARM架構晶片。此外ARM公司也有意將ARM架構晶片打入伺服器市場,目前尚在摸索階段。


由此可知,Intel看似擁有高壓倒性的市佔率,但科技趨勢仍無情地從「價格效能比」轉往「每瓦效能比」,倘若Intel忽視或無法跟上,也將會逐漸失去競爭力。



《圖四》
《圖四》
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