【文．圖／S.Roach】
晶片巨人英特爾在Mobile Internet Device(MID)產品中正式發表下一代的超低功耗處理器Atom，Atom系列包含了代號Silverthorne與Diamonddrille兩款，以45nm製程生產，1.8GHz時脈，面積不到25mm2，保有Core 2 Duo的指令集，而最重要的是，功耗最高只到2.5W
低耗電處理器百家爭鳴
晶片巨人英特爾在Mobile Internet Device(MID)產品中正式發表下一代的超低功耗處理器Atom，Atom系列包含了代號Silverthorne與Diamonddrille兩款，以45nm製程生產，1.8GHz時脈，面積不到25mm2，保有Core 2 Duo的指令集，而最重要的是，功耗最高只到2.5W，足以徹底革新掌上電腦的設計精神。
低功率CPU這名詞，之前一直都與英特爾扯不上關係，與AMD距離也很遙遠，大家對他們CPU的印象是效能超高，頻率催到最快，而CPU頂上的散熱風扇也吵到無怨無悔的地步。其實這是在追求性能時必經之路，根據物理原則我們知道，CPU內部的電晶體用電荷堆積的程度來代表數位0與數位1，當改變狀態時會把之前的電荷排放掉，同時產生熱量，所以工作頻率越高的CPU，排放熱量的頻率越快，溫度也隨之上升。
這兩間公司的CPU策略大約是這樣的，先開發出時脈更高的CPU，用電力換取性能，至於運轉時增加的廢熱，就交給更好的散熱風扇來解決。等到這個設計穩定後，以新開發出來的製程，解決漏電等問題，電力也省下不少，剛好轉給筆電使用。在雙核心之前的CPU，動輒70~80W的功率消耗，現在的數字小一些，以AMD來說，包裝盒上都會標示像45W這數字，只比現在筆電主流Core 2 Duo的散熱設計35W高一點。
非X86架構的ARM處理器
大約在18年以前，有間英國公司認為CPU不一定要往追求極致性能設計，也許犧牲一些性能，不要跑那樣快，可以只靠少少的電力便做完工作，如果願意重新來一次的話，也沒有必要沿用普遍的X86 CPU架構。在當時其實很多人不認同這個想法，畢竟從第一台數位電腦打造好以來，就是在往極致性能不斷邁進，更何況省電也沒什麼意思，只要插頭繼續供電，就可以讓系統維持運轉。經過幾年的發展，市場證實了這間公司的想法是正確的，我們身邊有太多的東西沒有插頭使用，就算有，也希望是個安靜小巧的裝置，像是ADSL Modem與無線網路基地台，最好是乖乖躺在牆角，不要用風扇聲音來宣示自己的存在。
這間名為ARM的公司越做越大，到現在他的RISC架構CPU產品比英特爾更普及。以常見的網路產品來說，不論有線無線，裡面都需要一顆處理器控制網路資料的流動，而這晶片九成九是使用ARM處理器。至於使用ARM CPU的掌上型裝置，那更多了，絕大多數掌上型裝置都是使用ARM系列的CPU，從手機、PDA、GPS到任天堂的NDSL，幾乎是ARM的天下，只有少部分的廠商選擇使用MIPS CPU，例如SONY PSP，但X86 CPU幾乎是找不到了。會有這種生態分佈，主要是效率所決定的，使用電池系統最計較的就是效率，買手機與MP3隨身聽，一定會問充電一次可以運作多久，而不是CPU跑多快。
ARM的CPU可說一人獨佔了七成以上的低功率CPU的市場，尤其Linux作業系統移植到上面後，ARM+Linux就是嵌入式系統的代名詞，其他低功率CPU，像是MIPS CPU，市佔率就低了很多。
X86也需要低功率
一向注重效能的X86 CPU，在裝上電池變成筆電後，開始感受到低功率的重要性。現在電子設備日益普及，無線上網的需求更是到處都有，因此英特爾特地在2006年提出更輕一級的UMPC(Ultra Mobile PC)超行動電腦的概念；比一般的筆電還小一些，而比最大的手機大上不少，希望可以創造出另一種低價而方便攜帶電腦的市場。UMPC的創新概念並不多，最明顯的，是將筆電縮小在七吋的螢幕之下。
UMPC發展得並不如人意，在2008年英特爾再接再厲，又提出更輕巧的設計概念，MID(Mobile Internet Devices)移動連網裝置。MID還是一台X86電腦，但螢幕又小了一些，在4.5至7吋間，而最重要的，是必須配備完整的無線傳輸介面，包含WiFi、WWAN、GPS、Bluetooth，甚至DVB無線數位電視。看到MID的系統應用照片，一般人都相信，英特爾是希望只要一台X86超輕電腦，便可同時取代市面上的手機、GPS導航器與隨身數位電視的功能。而要做到這件事，目前的 CPU仍然太過耗電，故開發了Intel Atom。
Intel Atom
與之前的65奈米製程比較，以英特爾最新45奈米high-k金屬閘極半導體技術為基礎所製造的處理器，不但更省電，而且性能更高。英特爾的測試顯示，與65奈米製程產品相較，新處理器能夠節省一半的耗電量；而在耗用相同電力的情況下，則能夠提升效能達38%。在全球使用者對行動式網際網路需求增加之際，新處理器可以促使行動裝置更加輕薄有型，也提升了電池續航力。
在Intel Atom之前，英特爾針對此市場所開發的晶片以A110與A100為代表，這處理器是90nm製程，而Atom跨過了65nm直接進到45nm，所以在製程上就差了兩代。A110與A100最高可以跑到400MHz外頻，內頻800MHz，功率在5W以下，一般是3W。不用比一些整合的性能，或是支援記憶體的大小，由工作頻率與耗電量，相信讀者可以知道英特爾在這方面的改進有多大。
Atom的正式名稱是Intel Centrino Atom處理器，支援雙核心Core 2 Duo指令集，也可以跑多線程Multiple threads，也就是可以與現有的X86作業系統相容，或是說，絕對可以如Wintel陣營所希望的，將Windows Vista在攜帶裝置上執行。由於Atom的功耗真的低到離譜的地步，比80486還省電，連風扇都不用了，電腦系統變得非常好設計，用料都不需要考慮高溫烘焙下是否變形，就算不給UMPC等裝置使用，光是拿來當桌上型電腦的處理器，也會大幅降低電腦成本，絕對是低價PC的首選。未來的低價PC，像是最近很紅的ASUS Eee PC或是電視機上盒，就可以用Atom來降低成本。
據說Atom價格應該是美金100元左右，比現在DIY市場大部分盒裝CPU便宜，不過這種裝置英特爾並不想留給玩家自己組裝，預設就是BGA包裝，也就是晶片底下有很多小錫球，要用專業機器才能焊接在電路板上。此外，英特爾家大業大，從來不孤軍作戰，都是派出軍團清剿對手，除了Atom晶片外，廠商還可搭配945GC北橋晶片與ICH7南橋晶片，都是低功率設計，一起降低耗電量。
UMPC的市場
上網成癮的讀者，一定巴不得身邊有台超輕薄電腦可以隨身攜帶，隨時無線上網，而且這機器還必須非常省電，廣告中的正妹總是帶著美美的筆電到處上網，可沒看他們身上綁著變壓器與幾公尺長的延長線。從今年起各種隨時上網的小電腦，不管是Eee PC、UMPC、或是最新的MIDs，將會大量出現，而這是受惠於CPU技術的進步。
Intel Atom的推出，可看得出這個市場已經值得各大公司爭取，英特爾現階段的目標是UMPC或MID之類的裝置，設定執行Vista，所以不但非X86莫屬，而且性能不夠好的CPU還不夠格。至於再更小的裝置，目前是由ARM所盤據，兩邊並不會互爭地盤，然而，若兩年後英特爾的22nm技術成熟，可以將Atom的耗電量降到比擬ARM的水準，那就很難說了。
其實最有可能影響這個市場的是蘋果公司，只有他可以創造出一隻單價超貴的iPhone手機，又在一年內賣將近千萬支，如果未來蘋果成功一統桌上與手持裝置的作業系統為Mac OS X，那其勢必需要英特爾新的低功率X86相容晶片，而且一旦順利進入市場，Nokia等手機廠商就難以將之排除在外。另一方面，Google所發佈的Android平台也有這個可能性，如果有超級應用軟體可以讓使用者對於X86系統的需求增加，也會有同樣的功效。
說了這麼多低功率CPU，筆者最後想補充的是，一台電腦並不只有一顆CPU在耗電而已，像是LCD的背光模組，硬碟機的馬達，都是可以跟CPU相比的。很久以前，有一間叫做Transmeta的公司，設計了與X86相容的特殊Crusoe處理器，運用一些技術讓X86程式碼執行在非X86架構上，號稱犧牲一點性能，便可大幅降低耗電量，但實際產品完成後，使用者卻發現，由於消耗系統七成電力的其他零件並未降低耗電量，犧牲性能所換到的電池壽命根本不划算，也許每次開網頁要慢一兩秒鐘，而總使用時間才增加半小時而已，這在購買前需要再三比較的。
X86架構
我們現在所使用的個人電腦，統稱X86架構，意思是說這是從8086開始一脈相傳的設計。經過幾十年的發展，英特爾與AMD 的CPU其實已經不是當初架構，但仍確保可以執行當初的程式。世界上有很多種不同的CPU系列，像是手機與相機其實都是一台小電腦，但他們就不用X86。每種CPU都有自己的特性與為其開發的作業系統，使用X86的廠商，通常是為了使用Windows與對應的程式執行。
【digitalhome 第106期4月號】
