E’ il febbraio del 2008 quando Justin Rattner, Chief Technology Officer presso Intel, presenta per la prima volta al grande pubblico, in modo dettagliato, l’architettura di Silverthorne, che prenderà poi il nome commerciale di Atom, ed una sua frase anticipa quale sarà una delle caratteristiche peculiari della nuova CPU: “The 486 was a bit smaller”.
Atom core Silverthorne, in basso, con una CPU Core 2 Duo non identificata, nel 2008
Già nel 2007, all’IDF di settembre, Intel mostrò qualcosa relativamente a Silverthorne, e fu pubblicato un post nel blog della stessa casa di Santa Clara, intitolato “Intel’s Silverthorne Chip Inside Smaller, Amazing MIDs” (Mobile Internet Device). Molti si bevvero la storiella del fratellino minore di Penryn, credendo che il futuro nato potesse assurgere a soluzione dell’eterno dilemma “Meglio la botte piena o la moglie ubriaca?”. Come la storia ci ha dimostrato, però, Atom si è rivelato tutt’altro che una CPU dalle prestazioni eccelse, ma ha mantenuto la promessa riguardo un altro punto, e cioè la creazione di un nuovo prodotto, destinato a cambiare il mercato PC: il NetBook.
Attraverso le prossime pagine andremo a raccontare nel dettaglio la nascita, la genesi e la trasformazione di questa CPU nell’arco degli ultimi anni e, perché no, proveremo a tracciarne la vita futura.
Nel 2003 Intel presentò un processore che era una piccola rivoluzione, Banias. Nato presso il team di sviluppo dell’ufficio dislocato in Israele, più precisamente ad Haifa, Banias riuscì a portare una ventata d’aria fresca, soprattutto a causa delle difficoltà incontrate nello sviluppare ulteriori evoluzioni dell’architettura NetBurst, prima con Prescott e poi con il defunto Tejas, il reale destinatario del Socket 775 (Socket T).
Con le CPU Mobile Turion la presenza di AMD non si fa non pericolosa, ma è comunque fastidiosa
In quel periodo AMD era all’attacco nel mercato CPU su tutti i fronti. E’ vero, Intel poteva affermare di avere la CPU più potente sul mercato, con il Pentium 4 3,2 GHz (Core Northwood C), ma AMD aveva dalla propria sia un’architettura molto efficiente sia un costo d’acquisto estremamente basso. Gli Athlon XP con core Barton erano un must have per chi voleva un PC prestante ma dal prezzo contenuto.
Qualche mese prima, sul finire del 2002, Intel si trovò costretta, per rimanere competitiva, a cancellare l’evoluzione del Pentium 4 con bus a 667 MHz in favore di quella con bus a 800 MHz, e ad accelerare lo sviluppo del sostituto del core Northwood, ormai giunto alla sua massima espressione: Prescott.
Prescott, secondo i piani di Intel, grazie all’utilizzo del processo produttivo a 90nm, dell’Hyper Threading, ad una cache maggiorata, ad un aumento considerevole degli stadi delle pipeline e una più alta frequenza operativa, avrebbe dovuto agevolmente superare le controparti di AMD. Tutto questo non accadde e Prescott si rivelò, quando fu presentato nella prima metà del 2004, una cocente delusione, segnando definitivamente la morte dell’architettura NetBurst in favore dei processori della famiglia Core.
I processori della famiglia Core modificarono pesantemente l’approccio dal punto di vista del marketing della casa di Santa Clara; punto focale della campagna pubblicitaria non sarebbero più stati i MHz, la potenza bruta, ma l’eccellente rapporto prestazioni/consumo, attraverso la creazione di un brand apposito, Centrino.
Con il passare dei mesi, in casa Intel si accorsero che sarebbe convenuto, in termini economici, produrre una CPU dal costo più contenuto, ma dalle prestazioni accettabili. In particolare, a causa soprattutto della decisa battaglia sul fronte dei prezzi applicata da AMD anche nel settore mobile (Athlon XP-M prima, Turion poi), Intel decise di voler realizzare una CPU con la stessa potenza di un Dothan (evoluzione di Banias), ma molto più economica da produrre. Dothan, infatti, aveva 2 MB di cache L2, la quale occupava buona parte del die. Serviva una CPU economica, con la cache ridotta al minimo e dal disegno molto semplice. La parola d’ordine che si impose fu: “Il maggior numero di Chip su singolo Wafer”.
Il Die di Dothan. La cache L2, nel verde, occupa buona parte della superficie.
E’ il periodo tra la fine del 2003 e l’inizio del 2004 (si suppone) quando viene dato il via allo sviluppo di questa CPU, partendo da una base già solida, i processori a basso consumo A100 e A110. Per semplificare il più possibile il disegno fu scelta un’architettura In-Order, invece della più prestante Out-of-Order, utilizzata da tutte le altre CPU Intel. Questa scelta, secondo gli ingegneri Intel, non avrebbe colpito più di tanto le prestazioni in ambito SoHo (Small Office - Home Office), in quanto gli utenti solitamente svolgono un’attività alla volta. Idea, comunque, che si rivelerà sbagliata alla luce del futuro sviluppo hardware e software, grazie soprattutto alle scelte di AMD, la quale si spese per l’adozione dei 64-bit e di processori MultiCore in ambito consumer, favorendo l’adozione di Sistemi Operativi ottimizzati per il Multi Tasking.
Il Die di Silverthorne. Cache L2 nel verde. Occupa decisamente meno superficie rispetto a Dothan.
Il processore, secondo i piani commerciali originari, sarebbe dovuto essere utilizzato per dispositivi di piccole dimensioni, che non richiedevano una potenza di elaborazione elevata, così da massimizzarne il profitto. Sempre secondo gli studi interni di Intel, si sarebbero dovuti ricavare più di 2.500 chip per ogni wafer da 300mm con il processo produttivo da 45nm, prossimo al debutto. Per fare un confronto, dallo stesso wafer, ma con processo produttivo a 90nm, i Dothan realizzabili erano meno di 1.000.
Le ricerche continuarono per circa 3 anni, quando sul finire del 2006 si iniziarono ad utilizzare i primi prototipi, coincidenza vuole proprio l’anno del boom degli smartphone, i quali avranno poi la propria consacrazione nel 2007, con la presentazione dell’iPhone di Apple. Questa svolta provocò un certo dibattito interno ad Intel che, sviluppando Atom, non aveva certo preventivato l’apertura di un tale remunerativo mercato. In molti articoli si vociferò dell’utilizzo di Atom sui terminali mobili di Apple, e sul suo utilizzo anche negli smartphone di altri produttori, ma le voci si placarono alla svelta: Atom era troppo avido di corrente e scaldava troppo per impensierire i SoC di quella che sarebbe diventata, qualche anno più tardi, la principale rivale di Intel: ARM. Così Intel si trovò costretta a giocare di marketing, come al solito, per cercare di guadagnare con Atom attraverso un altro prodotto nato dal cappello magico dei propri dipendenti. Non potendo inserire Atom su portatili da 400 o 500 euro, viste le valide alternative proposte da AMD, e non potendo utilizzarlo negli smartphone, Intel dovette inventarsi qualcosa di diverso ed accattivante.
Alcuni dei terminali MID su cui faceva affidamento Intel per conquistare il mercato nel 2007/2008. Chissà perché non c'è riuscita ...
Sul Blog della casa di Santa Clara si accennò, nel settembre del 2007, ad un nuovo misterioso terminale: “Some refer to these devices as a “mobile phone on steroids” or “miniature laptop” or “pocketable PC”. They aim to keep you connected to everything you need on the Internet: videos, photos and music as well as tapping into your essential work needs…like your Facebook account!”.
Ma di che terminale si trattava? Nessuno lo sapeva, anche perché la stessa Intel doveva ancora deciderne esattamente le caratteristiche: il concetto di NetBook fu esposto ufficialmente solo nel 2008. Otellini affermò pomposamente che Atom sarebbe stato utilizzato dal 70% dei PC al mondo entro il 2011. Un’affermazione che ricorda da vicino quella relativa ai più recenti Ultrabook. Le testate di settore presero fin troppo sul serio queste parole, e non mancarono titoli di un certo effetto: “Intel preps Atom for world domination”.
E’ il settembre del 2008 quando Intel presenta ufficialmente all’IDF di Shangai Atom, il nuovo brand che sarebbe andato a sostituire Centrino nei portatili di fascia bassa.
Logo dei Notebook con Atom, presto spariti dal mercato perché prestazionalmete scadenti
Il brand Atom sarebbe stato composto da due distinti processori, da utilizzarsi in diversi mercati. Il già citato Silverthorne (Single Core) avrebbe equipaggiato terminali MID , mentre Diamondvile (nelle declinazioni Single e Dual Core) avrebbe equipaggiato NetBook e Notebook.
Acer SpireOne, modello 2008, dotato di Atom N270 1,6GHz, 512MB Ram e schermo da 8,9". Prezzo all'epoca: 349 euro
Per ovviare alle ovvie carenze in MultiThreading, in un mercato ormai invaso da soluzione Dual Core, quasi tutti i modelli di Atom furono commercializzati con la tecnologia Hyper Threading, così da cercare di minimizzare l’impatto prestazionale dell’architettura In-Order. Inoltre, alcuni modelli furono commercializzati con le istruzioni 64-bit abilitate, così da migliorarne la visibilità dal punto di vista del marketing (dal punto di vista pratico la loro presenza era del tutto inutile).
Tra il 2008 e il 2009 i NetBook sono cresciuti del 103%
Grazie all’ottimo lavoro di marketing i NetBook si rivelarono una gallina delle uova d’oro, almeno per il biennio 2009-2010. Il market share di questi portatili aumentò di mese in mese e la maggior parte degli utenti si lasciò convincere dalla pubblicità di molte compagnie: perché spendere 600 o 700 euro per un Notebook, quando con 250-300 euro si possono avere le stesse prestazioni? Facendo leva sull’ignoranza del grande pubblico, sulla volontà di risparmio della clientela che derivava dalle prime avvisaglia di una profonda crisi economica, e sulle ridotte dimensioni, i Netbook spopolarono.
Una cosa a cui si deve rendere grazie ad Atom, e quindi ad Intel, è stato il successo commerciale che hanno avuto le schede Mini-ITX. Se prima dell’avvento di Atom solo Via presentava schede in tale form factor, decisamente costose e con processori dalle prestazioni relativamente scadenti, con Atom molti produttori cominciarono a commercializzare schede di piccole dimensioni per assemblare dei minuscoli HTPC dal prezzo decisamente concorrenziale. Se le schede M-ITX dotate di processore Via costavano circa 400 euro, le schede con Atom si potevano trovare sotto i 100 euro. Una differenza di prezzo che aveva dell’incredibile!
La Intel D945GCLF2, del 2008, basata su Atom 330
La Asus P8H67-I, oggi acquistabile solo grazie agli Atom apripista
Grazie a questo successo, per molti inaspettato, le schede Mini-ITX cominciarono ad essere realizzate anche per altre CPU e altri Socket, ed oggi possiamo assemblare un PC dalle ridotte dimensioni ma dalle ottime prestazioni senza spendere una fortuna.
Dopo queste pagine più incentrate sulla commercializzazione di Atom e dei prodotti da esso derivati, concentriamoci sull’architettura vera e propria.
Come detto in precedenza, si pensa che l’inizio dello sviluppo di Atom debba essere inserito tra il 2003 e il 2004, periodo che ha visto l’ingresso in campo di AMD nel settore mobile con soluzioni decisamente concorrenziali, ma altri sono di diverso parere. Molti affermano che il biennio 2002-2003 possa essere più realistico, in quanto Atom somiglia molto all’architettura NetBurst, per via dell’utilizzo del Bus QuadPumped utilizzato nei Pentium 4.
Non solo. Banias, il processore che cambierà la storia di Intel, sembra abbia iniziato lo sviluppo tra la fine del 2000 e l’inizio del 2001, e poiché anche questo utilizza il Bus QuadPumped, Intel potrebbe aver deciso lo sviluppo di una CPU meno costosa, ma In-Order, basandosi sulle medesime caratteristiche base.
Altri ancora sostengono che lo sviluppo di Atom sia iniziato poco dopo l’avvio degli studi di ARM sulla CPU Cortex A8, tra il 2001 e il 2002, destinata ai sistemi MID e dotata di architettura In-Order. Atom, in altre parole, sarebbe nato per portare le intuizioni di ARM nel mercato x86, così da utilizzarle nel mercato Mobile. Questa tesi si fonda sul fatto che Intel comprò le licenze ARM nel 1998, per la realizzazione di SoC (la famiglia XScale) da utilizzare in ambito mobile, ma con scarso successo. La divisione Mobile di Intel per soluzioni ARM fu venduta a Marvell nel 2006, proprio quando Atom fu scelto per essere adattato al mercato degli Smartphone.
Attualmente Intel non ha dato una risposta precisa a questi dubbi, quindi ognuno potrà decidere liberamente l’anno in cui in Intel hanno deciso di sviluppare Atom, e per quali motivazioni.
Tornando all’architettura, Atom doveva offrire alcuni vantaggi rispetto alle CPU mobile fino ad allora commercializzate (Banias e Dothan, si parla del 2003):
- Piccole dimensioni del Die
- Minore consumo
- Prestazioni simili
Fu scelta un’architettura In-Order, più semplice da realizzare di quella Out-of-Order, ma fin da principio furono preventivate sia la versione Dual Core, così da poter effettuare due operazioni simultaneamente, sia l’utilizzo dell’Hyper Threading, così da sopperire alla possibilità di stallo di queste operazioni.
Atom, in questi anni, è cambiato notevolmente.Qui la slide riassuntiva del prossimo Bay Trail
Per Atom si decise di utilizzare una pipeline abbastanza lunga, pari a 16 stadi (secondo le fonti più autorevoli), così da poter aumentare di frequenza senza problemi. Da questo punto di vista la parentela con i Pentium 4 si nota nettamente. Una frequenza più elevata avrebbe dovuto minimizzare le perdite di prestazioni dovute ad errori nella previsione delle operazioni, con conseguente svuotamento della pipeline o della cache. Proprio quest’ultima, poiché occupava la maggior parte del die di Dothan, doveva essere ridotta al minimo: 512KB sarebbero stati più che sufficienti, per gli ingegneri Intel. Grazie a questi accorgimenti ogni Core di Atom avrebbe potuto effettuare due operazioni (grazie all’HT), superando le prestazioni dei vecchi Dothan, ed utilizzando appena un decimo della potenza, sempre secondo il reparto R&D di Santa Clara.
Sfortunatamente non fu così, e non è ancora così. Poiché Atom è un processore In-Order l’utilizzo di più processi è ancora causa di notevoli rallentamenti in un sistema basato su questa CPU ed oggi, con Sistemi Operativi pesantemente ottimizzati per il MT, la cosa si sente maggiormente: saltare da un processo ad un altro “ammazza” la CPU. Atom è ottimo se viene utilizzato per fare una cosa alla volta, e il suo utilizzo nei NAS ne è un esempio, ma in ambito multimediale questa architettura non rende.
Intel, recentemente, ha affermato che Silvermont avrà una nuova architettura: che si passi all’Out-of-Order?
Il ripensamento da parte degli ingegneri Intel riguardo l’architettura In-Order non è figlio di una nottata difficile a causa della peperonata della nonna, ma una probabile scelta forzata alla luce del veloce inviluppo commerciale avuto da Atom.
Dopo un paio di anni vissuti da assoluto protagonista, il piccolo di casa Intel ha dovuto affrontare la dura realtà. Il velo del marketing che copriva i NetBook fu finalmente levato attorno al 2009-2010, così che gli utenti poterono vedere quello che gli si parava davanti: una macchina economica sì (ma non troppo, i prezzi erano lievitati fino a 400 euro), ma anche scandalosamente scarsa dal punto di vista prestazionale.
La richiesta di NetBook cala vertiginosamente nell'arco di un anno
L’arrembante successo di Smartphone e Tablet, spinti dal marchio Apple, diedero la spallata definitiva ai piccoli portatili equipaggiati con Atom. Gli utenti avrebbero potuto fare le stesse cose con un terminale ben più comodo e fashion (quest’ultima caratteristica non è da sottovalutare).
Nel 2010 la domanda di NetBook crollò quasi del 10% e nel 2011 praticamente si estinse. I Tablet e gli Smartphone presero il sopravvento e non è difficile spiegarne il perché. Chi compra oggi un tablet o uno smartphone non lo fa per lavoro, il 99% delle volte lo compra perché è un oggetto “di stile”, adatto allo svago (Angry Birds, ad esempio) e alla navigazione Internet. Roger Entner, analista presso Nielsen, affermò riguardo i clienti statunitensi: “Consumers don't want to have a two-year contract attached to it [a netbook], even if you get the netbook for free”.
Per navigare in Internet bastava, e basta, un Tablet o uno Smartphone. Il bisogno di una tastiera fisica è secondario.
A causa di questa veloce ed inaspettata piega di mercato Intel si trovò costretta a cercare un nuovo sfogo commerciale per Atom, e lo cercò in ambito server. Proprio quest’ultimo mercato era stato inzialmente interdetto ad Atom, a causa dei risicati utili che avrebbe portato rispetto ai costosi Xeon, ma pur di non mandare a male quanto fatto fino ad allora, ecco che fanno la propria comparsa Server Low Power basati sul piccolo di Santa Clara. Una delle prime case a proporre questi prodotti è SeaMicro, un’ azienda statunitense.
Sfortunatamente per Intel, Atom nel mercato server ha successo, ma solo in quello meno remunerativo, quello delle macchine low budget, dotate di singolo processore. Un modo come un altro per ammazzare il mercato dei server Xeon mono-socket (qui uno dei tanti articoli su come realizzare un server low cost basato su Atom, datato ottobre 2011).
Comunque, mentre cerca di mantenere vivo l’interesse per Atom, Otellini tenta il tutto per tutto cercando di far adottare Atom dai produttori di Smartphone e Tablet con una presentazione in pompa magna di Z6 all’IDF 2010. All’evento, Douglas Devis, Vice President e General Manager of the Embedded and Communications Group di Intel, affermò: “Now with Atom, we reached new levels of power and cost and form factor. We reduced average power by 90 percent. We reduced size by 85 percent, and we reduced cost by 65 percent compared to the Merom architecture. And then, earlier this year, we lunched the 45-nanometer Z6 series, which takes this to the next level”.
Surface di Microsoft sarà disponibile sia con architettura Intel sia con architettura ARM: chi avrà la meglio?
Z6, nonostante lo sfarzo con cui fu presentato, non trovò spazio in nessun terminale di successo, ed oggi si tenta un nuovo attacco con Medfield. L’uscita di Windows 8, dedicato anche ai tablet, sembra far girare tutto dalla parte del colosso di Santa Clara, ma l’inarrestabile crescita di ARM, una volta una piccola azienda di Cambridge, potrebbe fiaccare anche questa possibilità. Windows 8, infatti, avrà una versione per questa architettura (WOA: Windows On ARM). Addio alla piattaforma Wintel, dominatrice dei tempi andati.
Oggi Atom nella versione SoC è utilizzato su una piccola percentuale di terminali mobile e il costo elevato a cui è venduto non aiuta certamente a migliorarne il market share (Attualmente allo 0.2%).
Con la perdita di mordente dei NetBook, Atom ha visto ridursi anche il market share (Toshiba, ad esempio, ha deciso di abbandonarne la commercializzazione). Per questo motivo molte fonderie di Intel hanno smesso di produrre questa CPU, o ne hanno ridotto la produzione, in favore delle più costose e remunerative CPU per i mercati Desktop e Server.
La casa di Santa Clara è quindi alla ricerca di nuovi mercati dove poter utilizzare Atom, così da non perdere quanto investito in Ricerca e Sviluppo. Attualmente Otellini si sta spendendo molto per far adottare Atom, evolutosi in SoC, dai produttori di Smartphone, e la partnership avviata con Motorola ne è un esempio. Questa però è una mosca bianca, e tanti altri produttori non sono convinti che sia un buon affare. Un SoC ARM costa un quinto, consuma meno ed offre prestazioni simili. Perché adottare Atom?
Motorola Razer i, basato su SoC Atom Z2460
Anche nel mercato Server Atom ha fallito miseramente negli ultimi due anni. La speranza di poterlo utilizzare nei Data Center e nei Server Cloud è in alto mare e Centerton, la declinazione Atom per tale mercato, potrebbe non essere all'altezza. ARM sta prendendo il sopravvento anche qui.
A questo punto Intel sta puntando il tutto per tutto sul processo produttivo a 22nm, così da poter vendere Atom a prezzi concorrenziali. L’evoluzione Silvermont punta proprio a questo: realizzare un SoC dalle ottime prestazioni e dai bassi consumi da utilizzare nel settore mobile (Tablet e Smartphone). Gli analisti, comunque, sono scettici a riguardo.
La cosa, da un certo punto di vista, è singolare. Atom, secondo i progetti iniziali, sarebbe dovuto essere un processore dal consumo bassissimo e dalle buone prestazioni. Ad oggi non raggiunge nessuno dei due obiettivi. E’ vero, il mercato negli ultimi cinque anni è cambiato notevolmente, però fa impressione osservare come un progetto su cui si è investito tanto abbia una vita tanto difficile. Se Atom non fosse stato realizzato da Intel ma da un’altra azienda più piccola, probabilmente avrebbe portato al fallimento la propria casa madre, o comunque l'avrebbe portata vicino al collasso (qualcuno ha detto Via Nano?).
Dopo questa lunga cavalcata su Atom molti si staranno chiedendo se riuscirà mai a diventare un prodotto con una personalità forte. In altre parole, riuscirà a trasformarsi da brutto anatroccolo in cigno?