| Artículos | 01 OCT 2008

Plataforma de Intel para el diseño de dispositivos móviles

Tags: Histórico
Eugenio Barahona.
Hoy en día, la mayoría de nosotros usa a diario un buen número de dispositivos electrónicos móviles. Prácticamente todos ellos basan su funcionamiento en el uso de algún tipo de microprocesador y una serie de chips complementarios. Desde teléfonos móviles a reproductores de vídeo o música, pasando por navegadores GPS, en todos los casos, se trata de dispositivos que usan procesadores, en algunos casos más de uno, para implementar la funcionalidad que ofrecen a sus usuarios.

Existe, por lo tanto, un mercado enorme que requiere la disponibilidad de procesadores que tengan un bajo consumo eléctrico, para así alargar al máximo el tiempo de uso del dispositivo sin necesidad de realizar una recarga, pero que, al mismo tiempo, ofrezcan una buena potencia de procesamiento que, en algunos casos, permita realizar incluso algunas funciones de procesamiento digital de señal.
Actualmente la arquitectura más extendida en dispositivos móviles es ARM. El éxito de esta arquitectura se debe a que la empresa que le da nombre se ha dedicado sólo a diseñar la arquitectura, ofreciéndosela a otros fabricantes que implementan microprocesadores basados en ellas. Es decir, ARM como tal no fabrica ningún procesador, son sus licenciatarios los que implementan productos físicos basados en la propiedad intelectual que desarrolla ARM. Con casi toda seguridad el teléfono móvil que emplea a diario usará un procesador basado en alguna versión de la arquitectura ARM.
Es lógico que un mercado con tan elevado potencial de ventas atraiga a nuevos competidores. Hasta hace unos años, Intel, el mayor fabricante de microprocesadores del mundo, disponía de una familia propia de microprocesadores basados en arquitectura ARM, los cuales adquirió al comprar parte de lo que antes era Digital Equipment (DEC). Sin embargo, hace poco tiempo Intel se deshizo de esa parte de su catálogo de procesadores.
La venta de la gama de productos de Intel basados en ARM se explica con el posterior anuncio de la plataforma Atom, la cual básicamente es un producto dirigido a implementar el mismo tipo de equipos que se hubiesen desarrollado con los productos de Intel basados en ARM. Una de las mayores ventajas que presenta la gama de productos Atom es que se trata de una familia de procesadores basados en la arquitectura x86 de Intel, por lo que ya existen en el mercado multitud de herramientas de desarrollo, sistemas operativos y, quizás lo más importante, desarrolladores que la conocen en profundidad para así poder iniciar inmediatamente el desarrollo o adaptación de sistemas operativos, controladores y aplicaciones que corran sobre la nueva plataforma.
Pero Atom no es sólo un procesador, ya que se trata de una plataforma que integra, además, un chip adicional donde residen una serie de funcionalidades que Intel no suele incluir en sus procesadores. Así, por ejemplo, el controlador de memoria no reside en el propio procesador Atom, sino que Intel lo ha colocado en el chipset externo al procesador. El chipset también integra un procesador gráfico, el cual utiliza parte de la memoria del sistema como buffer de vídeo.

El procesador Atom
Los primeros productos de la familia Atom están fabricados utilizando un proceso de fabricación de 45 nanómetros, es decir, el proceso de fabricación más avanzado que Intel está utilizando en la actualidad para fabricar productos comerciales. Los primeros productos de esta nueva familia dispondrán de un único núcleo, si bien ya está previsto el lanzamiento de futuras versiones que integrarán más de un núcleo de forma similar a como ocurre con otros procesadores de Intel destinados a servidores, equipos de sobremesa o portátiles.
El procesador integra una memoria caché de primer nivel para instrucciones de 32 KB, disponiendo además de una caché para datos, también de primer nivel, de 24 KB. El bus del sistema, dependiendo de la versión concreta de procesador Atom de que se trate, funciona a una velocidad de 100 ó 133 MHz. A pesar de que se trata de procesadores con un solo núcleo, Intel los ha dotado de la tecnología Hyper Threading, por lo que son capaces de ejecutar simultáneamente un máximos de dos hilos de ejecución. Hay que recordar que con esta tecnología no se dispone en realidad de dos núcleos independientes, sino que sólo se han duplicado determinadas unidades del procesador. Cuando los dos hilos en ejecución necesitan usar una unidad del hardware que no está duplicada, se produce una contención, ya que sólo un hilo será capaz de usarla, deteniéndose la ejecución del otro hilo hasta que se libere la parte del hardware compartida.
Como suele suceder en la mayoría de procesadores actuales, se dispone también de una memoria caché de segundo nivel, compartida para instrucciones y datos, con un tamaño total de 512 KB. En este caso se trata, además, de una caché que dispone de algunas características diseñadas específicamente para contribuir a reducir el consumo eléctrico del procesador. Como seguramente saben la mayoría de nuestros lectores una memoria caché se divide en bloques, siendo el algoritmo que maneja la caché el responsable de decidir en cuál de los bloques se almacenará una copia de un bloque de datos procedente de la memoria principal del sistema. Para reducir el consumo eléctrico, el procesador Atom es capaz de desconectar un número programable de bloques de su memoria caché de segundo nivel cada vez que se pasa a un estado de mayor ahorro de energía. Como es lógico, antes de desactivar un bloque de la caché, el contenido de las líneas de dicho bloque se vuelca a la memoria principal, de forma que no se pierdan datos residentes en dicho bloque que tengan modificaciones que aún no se hayan reflejado en la memoria principal del sistema. El número de bloques de la caché que se desactivan puede programarse mediante un registro específico de esta arquitectura, lo que en la terminología que usa Intel se denomina MSR (Machine Specific Register), denominado BBL_CR_CTL3. El máximo ahorro de energía se produce cuando se desactivan todos los bloques de la caché, lo cual se produce cuando el procesador ejecuta la instrucción MWAIT C6 y el contenido de los bits cero a tres del registro ECX es igual a dos. En este caso se desactivan todos los bloques de la caché de segundo nivel en un solo paso.
Las funcionalidades destinadas al ahorro de energía se basan en la tecnología SpeedStep de Intel. Por lo tanto, dependiendo del consumo de tiempo de CPU que el software requiera en cada momento, el procesador ajusta automáticamente el voltaje que usa para funcionar y la velocidad de reloj a la que trabaja. Al igual que sucede en el caso de la desactivación de bloques de la caché de segundo nivel, la selección de voltajes y frecuencias de reloj se realiza a través de registros MSR. Las transiciones que programe el software las acepta el procesador en cualquier momento, pero si una transición estuviese en ejecución cuando se programa una nueva, la ejecución de la nueva transición se difiere hasta que concluya la que se encuentra en ejecución.
También se han mejorado las funciones de monitorización de la temperatura del núcleo del procesador. Cuando el sensor de temperatura integrado en el procesador detecta que la temperatura es demasiado elevada, el procesador puede realizar automáticamente una transición a una frecuencia

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