Aby pokazać wpływ technologii SoC na sposób działania komputerów przyszłości, przedstawiamy różnice między układem SoC Microsoftu a klasyczną płytą główną z procesorem.

Aby pokazać wpływ technologii SoC na sposób działania komputerów przyszłości, przedstawiamy różnice między układem SoC Microsoftu a klasyczną płytą główną z procesorem.

« »

Nowe procesory powstawały dotychczas w wyniku stopniowej ewolucji. Każdą kolejną generację cechowała większa liczba tranzystorów, mniejsze struktury w układzie, a później coraz większa liczba rdzeni umożliwiających równoległe wykonywanie wielu zadań. Aby zapewnić procesorom stałe dostawy surowych danych, na płytach głównych instalowano coraz szybsze chipsety i coraz wydajniejsze magistrale. Stąd już tylko krok do pomysłu połączenia procesora z innymi elementami komputera w jednym układzie w celu ograniczenia długości połączeń elektrycznych. Tego rodzaju rozwiązania noszą wspólną nazwę System on Chip (SoC) i już od lat są z powodzeniem stosowane w urządzeniach z systemami wbudowanymi. Jednak wydajność takich układów dzielą od możliwości nowoczesnych procesorów komputerowych (x86) i konsolowych (np. procesorów Cell) lata świetlne. Dlaczego więc Microsoft podjął współpracę z IBM-em, wyręczając procesorowych gigantów AMD i Intela w opracowaniu układu SoC? Głównej przyczyny można szukać w dwóch faktach. Z jednej strony, szacuje się, że koszty serwisu i wymiany uszkodzonych konsol Xbox 360 przez Microsoft sięgną 1,05– 1,15 mld dolarów – niezbędne stało się więc szybkie przygotowanie bardziej niezawodnego sprzętu. Z drugiej – IBM ma duże doświadczenie w zakresie urządzeń z systemami wbudowanymi, a poza tym przygotował poprzednią generację procesorów do konsoli Xbox. Inżynierowie obu firm połączyli więc determinację Microsoft u i doświadczenie IBM-a podczas wspólnych prac nad procesorem wyposażonym poza zwykłymi rdzeniami obliczeniowymi również w silnik graficzny i wiele elementów dotychczas montowanych osobno na płytach głównych.

Wolniej dla starszych programów

Efektem prac jest układ SoC wyposażony w trzy rdzenie obliczeniowe i układ graficzny AMD. Każdy z trzech rdzeni jest taktowany zegarem 3,2 GHz i dysponuje pamięcią podręczną poziomu pierwszego o wielkości 32 KB na komendy i dane. Pamięć cache poziomu drugiego o pojemności 1 MB jest wspólna dla wszystkich rdzeni. W poprzednim modelu Xbox 360 procesor komunikował się z GPU przez magistralę Front Side Bus (FSB). Po połączeniu tych elementów w jednym układzie inżynierowie zastąpili zewnętrzną magistralę FSB zintegrowanym modułem FSBR (FSB Replacement) pełniącym tę samą funkcję. Czas latencji został przy tym sztucznie wydłużony, a przepustowość – ograniczona, by charakterystyka modułu FSBR była identyczna ze specyfikacją dotychczasowej magistrali FSB. Chodziło o to, by zachować kompatybilność nowego modelu konsoli ze starszymi – nowy układ nie mógł pracować szybciej niż stosowana wcześniej kombinacja procesora PowerPC i GPU.

Bardziej oszczędny, by komputer był cichszy

Nowe procesory do konsoli Xbox są produkowane w technologii 45 nm. Pierwsza generacja procesorów (2005) była tworzona jeszcze w technologii 90 nm, a druga (2007) – w technologii 65 nm. Już samo zastosowanie mniejszych struktur obniżyło zapotrzebowanie układów na energię elektryczną. Dzięki efektowi synergii, wynikającemu z połączenia GPU oraz mostków północnego i południowego z procesorem w jednym układzie, chip SoC w nowych Xboksach jest złożony z zaledwie 372 mln tranzystorów. Największe oszczędności przyniosła jednak rezygnacja z magistral na płycie głównej, gdyż zniknęła konieczność obróbki i przekształcania przesyłanych danych. Zużycie prądu spadło o około 60 proc., co przełożyło się na zmniejszone wydzielanie ciepła. Mniejsze potrzeby w zakresie chłodzenia oznaczają z kolei redukcję hałasu wytwarzanego przez wentylatory – o ile dotychczas konsole Xbox były znane z hałaśliwości, o tyle w nowym modelu najgłośniejszym elementem jest napęd DVD. Zastosowanie układu System on Chip pozwoliło obniżyć poziom hałasu aż o połowę w porównaniu do urządzeń poprzedniej generacji.