Intel Atom ist der Markenname einer Reihe von Mikroprozessoren und Ein-Chip-Systemen (engl. Systems-on-Chip, SoCs), die von der Firma Intel für den Einsatz in besonders preisgünstigen und energiesparenden Systemen entwickelt werden. Die Erstvorstellung von Produkten unter diesem Markennamen erfolgte im Jahr 2008. Intel-Atom-Prozessoren und -SoCs verwenden einen x86-Befehlssatz, der ab der Generation Diamondville um einen x64-Befehlssatz ergänzt wurde. Typische Einsatzgebiete der Intel-Atom-Prozessoren und -SoCs sind Subnotebooks, Mobile Internet Devices, Tabletcomputer, Netbooks, Smartphones und Infotainmentsysteme in Automobilen[1], aber auch günstige Serverlösungen sowie Nettops. Die Modelle der Intel-Atom-Familie konkurrieren vor allem mit den AMD-Produkten der Bobcat- und Jaguar-Reihen sowie mit diversen Ein-Chip-Systemen auf Basis der ARM-Architektur.
Die erste Generation des Intel Atom wird unter dem Namen Atom Z500-Serie vermarktet, intern heißt dieser Einkernprozessor Silverthorne. Diese Prozessoren werden in einem 45-nm-Prozess gefertigt und haben einen 512 KiB großen L2-Cache. Sie unterstützten Hyper-Threading und Streaming SIMD Extensions (SSE-Befehle) bis SSSE3. Der Prozessor wurde am 2. April 2008 auf dem Intel Developer Forum in Shanghai vorgestellt.[2] Vorwiegende Einsatzgebiete für Silverthorne-Prozessoren sind z. B. mobile Rechner und Embedded-PCs.[3]
Diamondville
Altes Intel-Atom-Logo
Als Prozessoren für den Einbau in Netbooks und Nettops wurde im Juni 2008 Diamondville vorgestellt.[4] Technisch unterscheiden sie sich kaum vom Silverthorne. Den Desktop-Versionen (Atom 230 und Atom 330) fehlt die SpeedStep-Energiespartechnik, dafür sind sie aber die ersten Atom-Prozessoren, die den Intel-64-Befehlssatz ausführen können.
Pine Trail
Als Nachfolger für Diamondville wurde am 21. Dezember 2009 die Plattform Pine Trail vorgestellt.[5] Als größter Unterschied zum Vorgänger werden Grafikprozessor und Speichercontroller in den Prozessorkern integriert, wodurch Platzbedarf und Stromverbrauch des Gesamtsystems weiter sinken. Der Codename für die Prozessoren der Pine-Trail-Plattform lautet Pineview.
Oak Trail
Mit Oak Trail, einer Chip-Kombination aus Atom Z600[6] alias Lincroft[7] im Verbund mit einer speziellen Southbridge namens Whitney Point[8] kam ab 2011 der Nachfolger zu Pine Trail.Whitney Point ist, anders als der bei Moorestown vorgesehenen Platform Controller Hub (PCH) MP20 alias Langwell,[9] auch für „normale“ Betriebssysteme wie Windows oder bisherige Linux-Versionen geeignet, die ein BIOS oder EFI zum Booten benötigen. Die PowerVR-Grafik[10] des Oak Trail soll HD videotauglich sein bis zum Full-HD-Format. Die Oak-Trail-Plattform soll wegen ihres geringen Stromverbrauchs bevorzugt in Tablet PCs zum Einsatz kommen.
Der zu einem Intel Developer Forum 2011 vorgestellte Z670 erreicht maximal 1,5 GHz, außerdem gibt es die noch langsamere Version Z650 mit 1,2 GHz. Beide sollen sich für lüfterlos gekühlte Tablets oder auch Netbooks eignen.[11]
Cedar Trail
Im September 2011 stellte Intel die ersten 32-nm-Atoms (Cedarview/Cedar Trail) vor.[12] Erste Geräte mit dieser Chipgeneration erschienen Ende 2011, benutzten jedoch wegen Treiberproblemen statt des eingebauten einen zusätzlich aufgelöteten Grafikchip.[13]
Bay Trail
2013 kündigte Intel unter dem Codenamen Bay Trail Ein-Chip-Systeme an, die im 22-nm-Technologieknoten mit Tri-Gate-Transistoren gefertigt werden. Sie enthalten zwei oder vier CPU-Kerne, die die Mikroarchitekturgeneration Silvermont implementieren.[14] Die für den Einsatz in Tablets vorgesehenen Bay-Trail-Modelle erschienen unter dem Markennamen „Atom“ in der Modellreihe Z3XXX. Für den Einsatz in Notebooks veröffentlichte Intel Bay-Trail-Modelle unter den Markennamen „Celeron“ und „Pentium“ in der Modellreihe NXXXX. Daneben ist auch das Modell „Pentium A1020“ für Notebook-Entwürfe vorgesehen. Für die Verwendung in stationären PCs veröffentlichte Intel Bay-Trail-Modelle unter den Markennamen „Celeron“ und „Pentium“ in der Reihe JXXXX. In der Produktreihe „Atom E38XX“ erschienen Bay-Trail-Modelle für die Verwendung in eingebetteten Systemen.[15] Mit Silvermont wurde erstmals die Out-of-order execution in Produkten der Marke „Atom“ realisiert.
SoFIA
Am 2. März 2015 führte Intel die Produktreihe „Atom x3“ ein, die zuvor unter dem Codenamen SoFIA angekündigt war. „Atom x3“ steht für drei preisgünstige SoC-Modelle mit zwei oder vier CPU-Kernen, die in Smartphones und Tablets zum Einsatz kommen sollen. Hierzu sind zugekaufte UMTS- oder LTE-Mobilfunkmodems integriert. Die integrierten GPUs kommen aus der Mali-Reihe der Firma ARM. Die CPU-Kerne implementieren Intels Mikroarchitekturgeneration Silvermont. Die SoCs werden in einem 28-nm-Verfahren vom Auftragsfertiger TSMC hergestellt.[16][17]
Braswell und Cherry Trail
Im März 2015 führte Intel die SoC-Generation Braswell ein.[18] Der Codename Braswell steht für SoCs, die mit Dual- und Quad-Core-CPUs ausgestattet sind und in 14-nm-Technologieknoten hergestellt werden. Ihre TDP wird vom Hersteller mit 4,0–6,5 W angegeben. Die meisten Modelle unterstützen einen Maximaltakt >2 GHz und werden unter den Markennamen „Celeron“ und „Pentium“ in den Modellreihen J3XXX und N3XXX angeboten. Sie sind für den Einsatz in Netbooks, Ultrabooks und Mikroservern vorgesehen. Für die Verwendung in eingebetteten Systemen gibt es das Modell „Atom x5-E8000“ mit einer TDP von 5 W und vier CPU-Kernen, die mit bis zu 2 GHz getaktet werden.[19]
Ebenfalls noch im ersten Quartal des Jahres 2015 stellte Intel die ersten SoC-Modelle der Generation Cherry Trail vor. Der Codename Cherry Trail steht für SoCs, die mit Quad-Core-CPUs ausgestattet sind und in 14-nm-Technologieknoten hergestellt werden. Der Maximaltakt der unterschiedlichen Modelle liegt zwischen 1,84 und 2,56 GHz. Cherry Trails sind für den Einsatz in Tablets vorgesehen und werden unter dem Markennamen „Atom“ in den Produktreihen x5-Z8XXX und x7-Z8XXX angeboten.[20]
Neu ist die Nutzung der im Prozessor integrierten Intel HD Graphics genannten GPUs auch in der Atom-Serie. Diese Generation wurde 2015 und 2016 vorgestellt. Nachdem Intel der Einstieg in den Smartphone-Markt mit den Atom-Prozessoren 2015 immer noch nicht gelungen ist, konzentriert man sich jetzt auf größere Geräteklassen und integriert deshalb mehr Funktionen aus dem Desktop und sogar Server-Bereich wie die Virtualisierungs-Erweiterungen Intel Virtualization Technology (VT-x).
Apollo Lake
Im August 2016 führte Intel die SoC-Generation Apollo Lake ein. Apollo Lake basiert auf CPU-Kernen der Goldmont-Generation. Unter dem Markennamen Atom erschienen für den Einsatz in eingebetteten Systemen der Atom x5-E3930 und -E3940 sowie der Atom x7-E3950. Weitere CPUs der Apollo-Lake-Architektur vermarktet Intel unter den Marken „Celeron“ sowie „Pentium Silver“. Von der Nachfolge-Architektur „Gemini Lake“, die auf der CPU-Kern-Architektur „Goldmont Plus“ basiert, wurden bisher keine CPUs unter der Marke „Atom“ veröffentlicht.
Stromsparmechanismen
Manche der Atom-Prozessoren verfügen über besonders effektive Stromsparmechanismen, durch die der sehr geringe Stromverbrauch im Leerlauf weiter gesenkt werden kann. Neben dem inzwischen bei praktisch allen Prozessoren üblichen Speedstep gibt es einen weiteren Sparmodus bei völliger Inaktivität.
Bei Produkten, die auf dem Prozessorkern Silvermont basieren, gibt es einen weiteren Stromsparmodus, bei dem die Daten im Level-2-Cache erhalten bleiben, was den Ein- und Austritt vom und in den Energiesparmodus beschleunigt und damit noch mehr Strom spart.[21]
Chipsätze
Hauptsächlich aus Kostengründen[22] wurde für die Nettop-Atoms (Atom 230 und 330) der Intel 945GC-Chipsatz vorgesehen. Dieser Chipsatz benötigt erheblich mehr Energie als der Prozessor selbst. Ein typisches Atom-230-System mit diesem Chipsatz nimmt im Leerlauf etwa 25 W, bei Volllast ca. 35 W an Leistung auf.[23] Zudem ist insbesondere die Leistung der hierin verwendeten Grafikeinheit sehr begrenzt; so ist die Darstellung von Blu-ray-Filmen oder die Nutzung moderner 3D-Spiele schlichtweg unmöglich.
Nvidia bot aber als Pendant die ION-Plattform an, in deren 9400-Chipsatz eine entsprechende Geforce-Grafikeinheit inklusive HD-Beschleunigung integriert war.[24]
Der Netbook-Atom N270 wird in Verbindung mit dem Mobile-Chipsatz Intel 945GSE verwendet, was den Leistungsbedarf gegenüber den anderen Varianten um etwa 10 W (in beiden Fällen) senkt.
Der N280 wird in Verbindung mit dem Mobile-Chipsatz 945GSE oder dem Intel GN40 verwendet. Der Leistungsbedarf beträgt etwa 8 Watt mit dem 945GSE-Chipsatz bzw. 16 Watt mit dem GN40-Chipsatz. Alternativ wird teilweise ein speziell für den Silverthorne-Atom entwickelter sparsamer Chipsatz mit dem Namen „Poulsbo“ oder „US15W“ verwendet. Zu diesem gehört die GMA500-Grafikeinheit, die von PowerVR Technologies stammt. Der GMA500 ist technisch nicht mit den normalen Intel-GMAs verwandt und erfordert auch einen eigenen, nur für Windows XP zur Verfügung stehenden Treiber. Er ist zwar zu einer Beschleunigung von HD-Videos in der Lage, dafür ist aber die 3D-Leistung noch geringer als beim GMA950.
Alle Atom-CPUs werden im 441- oder 437-ball µFCBGA angeboten und von den Boardherstellern direkt auf das Board aufgelötet. Ein nachträglicher Prozessortausch ist somit ausgeschlossen.
Für Pine Trail gibt es einen komplett neuen Chipsatz mit dem Namen „Tigerpoint NM10“, bei dem es sich technisch nur noch um eine Southbridge handelt. Die Grafikeinheit und der Speichercontroller sind jetzt Teil des Prozessors.
N2600, N2800, D2550 und D2700 Intel GMA-3650; D2500 Intel GMA-3600[31]
Unterstützung der Grafikkarte unter Linux (Debian, Fedora) durch quelloffene PVR-CDV Treiber, allerdings Eingriffe in den Linux-Kernel notwendig (Stand: Juli 2012)[32]
Derzeit keine Unterstützung der Grafik durch Treiber von Intel unter Windows 8 (Stand: März 2016)
Derzeit keine Unterstützung der Grafik durch Treiber von Intel für die 64-Bit-version von Windows 7 (Stand: März 2016)
