威盛Nano“凌瓏”平台架構解析及測試

　　今年假期最長的國慶黃金周剛剛過去，被喻為威盛未來希望的Isaiah微架構“Nano處理器”就正式上市了。Nano處理器中文定名為“凌瓏”，將鎖定主流PC市場和和口袋尺寸的超便攜設備，包括MID、 UMPC及低端PC市場。比起Intel和AMD兩家財大氣粗的處理器大廠， Isaiah處理器是由一個不到100人的頂尖設計團隊完成，實在是一項難能可貴的成就，核心架構的功能和性能相比自家上代的C7處理器有了大幅提升。自Net-book創造出一個新的市場增長點以來，VIA能否憑借Nano處理器壓倒Intel Atom處理器，擴展其全球X86處理器的市場，一時間成為市場的關注焦點。

　　本篇我們將給各位讀者帶來VIA EPIA-SN with Nano L2100（ES版）處理器以及全新Isaiah微架構的解析，並與VIA上代C7、Intel Atom處理器進行對比測試。

VIA Isaiah處理器宣傳語：Small is Beautiful！

　　在之前的發布會上，威盛總經理陳文琦表示， Nano處理器延續了C7省電節能的特性，更是威盛首次採用了Superscalar Speculative Out-Of-Order ( 超純量猜測亂序微架構 ) 設計產品，在相同功耗表現下性能大幅提升4倍，將延續威盛在低功耗x86處理器的優勢。

　　據了解，VIA Isaiah處理器是威盛在美國的子公司 Centaur Technology的研發團隊設計而成，採用65納米設計，由富士通代工，支持64位微處理架構、高性能多媒體運算和虛擬技術，並可與威盛C7處理器腳位兼容，使系統開發商輕松的將現有產品線迅速升級。

　　威盛Nano處理器共有兩種規格的產品，針對主流桌上型和移動式計算機系統的是 Nano L系列處理器，初期將推出兩款型號，分別為L2200及L2100，核心頻率為1.6GHz及1.8GHz，支持800Mhz V4 BUS，最高TDP為17W及25W。

　　此外，針對小型桌面計算機和超便攜設備例如Net-book，推出極端低功耗的U系列，初期將推出四款型號，分別為 U2300、U2350、U2400及U2500，核心頻率為1.0GHz、1.3GHz、1.3GHz+及1.2GHz，同樣支持 800MHz V4 Bus，最高TDP為5W、 8W、 8W及6.8W 。值得注意的是，威盛Nano的型號數字與核心頻率與TDP沒有任何關連，因為無法從型號數字上判斷規格，希望威盛可以注意這點，避免造做不必要的混淆。

　　Isaiah微架構是威盛首款採用全新64位超純量猜測亂序微架構（ 64-bit Superscalar Speculative Out-Of-Order MicroArchitecture) ，支持超純量（ Superscalar ）和�y序架構、微指令聚合 (Micro-Fusion) 以及巨指令聚合 (Macro-Fusion) 的功能和精密的分支預測功能，大幅提升處理器性能和性能。相比上代威盛C7 處理器與 Intel Atom 處理器的 In-Order 架構，可以藉由排程機制決定那些指令可以提早執行，處理器可以不用順序執行，以防止部份指令所需DATA 尚未完成造成延遲。

　　現在主流的處理器大部份均採用Out-of-order設計，由于設計相對復雜，芯片大小及功耗相對提升，對于威盛Isaish 微架構鎖定主流PC市場和新類型應用設備，包括了MID 、 UMPC及低端PC市場來說，對于資源有限的威盛來說絕對是重大挑戰。

　　對于上代威盛C7處理器與Intel Atom處理器擁有2個ALU，新一代威盛Isaiah擁有3個ALU，每個周期可執行3個完整的x86指令，並支持Micro-ops（微操作）技術，每個周期最高支持3組Micro-ops指令。在Out-Of-Order情況下，威盛Isaiah擁有7個執行埠可同時處理7個Micro-ops指令及收回3個Micro-ops指令。

強化分支預取機制 全新的Cache Subsystem

　　威盛Isaiah微架構在分支預取（Branch Prediction）作出強化，在兩個不同的Pipeline Stage上合共擁有8個 Predictors。在Fetch Pipeline Stage擁有3個Predictors，可按炤條件變化作分支預試，當這些Predictors在Fetch Pipeline Stage沒有被作用，將可用于Translate Stage作為overflow Predictor或一般的Predictor。

　　VIA Isaiah微架構擁有16-Way set associative 128KB L1 Cache，其中64KB為Instruction Cache（指令緩存）、 64KB為Data Cache（數據緩存），並擁有 Store Q及WC Buffer。

　　L2 Cache方面，採用16-Way set associative 1MB容量，與AMD一樣擁有Exclusive設計，即不會與L1 Cache內容重迭以提升L2 Cache的有效容量，間接令命中率提升。

　　VIA Isaiah微架構為提升data-prefetch性能，特別加入了64-line Prefetch cache取代直接于L2 Cache讀取，這個機制可以有效改善L2 Cache在細碎數據的命中率，尤其是有效時間甚短的Prefetched Data。

改善Floating-Point浮點運算性能

　　為了更進一步增強媒體性能， Isaiah整合了全球最快速的X86處理器浮點運算單元 (FPU) ，同時支持全新的SSE多媒體指令集和128-bit充份完整的數據路徑功能，有效增強多媒體性能。

　　Isaiah微架構進一步改善了Floating-Proint 效行性能，每個周期可同時運算4個減法及四個乘法，任何格式的加法包括SP、DP、DE、Packed及Scalar均可在兩個周期內完成，而乘法則可以在3個周期內完成SP格式、4個周期內完成 DP及DE格式。

　　此外，SIMD Integer指令提升至128bit寬度，Isaiah微架構可以在一個周期內完全一組SSEx指令。

全新VIA Adaptive PowerSaver技術

　　為進一步強化省電效果，威盛在Isaiah微架構中加入C6省電模式，基本上整顆處理器均處于停止狀態， Cache內的數據會被清空並存放于系統內存、核心電壓亦會關閉，令處理器省電達至最大化。

　　VIA 加入全新Adaptive PowerSaver技術為省電模式進行優化， Intel 處理器在調整P-state時需要停止運算作切換，需要浪費一至兩個運算周期，而威盛Iasiah 微架構則可以在切換的同時不需要停止運算，這對于需要經常切換P-State的Mobile平台，支持PowerSaver 的威盛Nano將大幅減少運算周期不必要的浪費。

　　VIA Nano 處理器懂得自己調節適合的電壓，以一顆2.0Ghz的威盛Nano處理器舉例，正常是以1.1v運行，這是按炤核心的最大溫度值計算出來的，當處理器發現核心溫度低于最大溫度值20°C或以上。此外， Adaptive PowerSaver還可以讓用家自定最高處理器核心溫度值，如果溫度超過該值，核心將會調整P-states以防止系統過熱。

VIA Padlock安全引擎

　　針對Embedded市場需求，威盛Isaiah微架構承繼了C7的Padlock安全引擎，這是一個硬件安全運算技術，加入4種強大的安全功能，提供軍事級別的保護。

　　1.支持安全混編（Secure Hash）運算，包括SHA-1和SHA-256規格，最高加密速率最高達5Gb/s，要能夠破解SHA-1需要消耗數千台計算機同時工作十年，要攻破SHA-256幾乎是不可能的事。

　　2.支持AES加密，包括ECB、CBC、FB和OFB模式，最高可達加密速率最高達25Gb/s ，當今在世界範圍內沒有任何黑客能破解AES。

　　3.內建兩組隨機數字生成器（Random Number Generation），擁有每秒1600K到20M的速度生成無法預測的隨機數字，這些隨機數字可用于密籥生成和加密的過程，以降低黑客竊取保護信息的統計學可能性。

　　4.支持了蒙格馬利乘法器（Montgomery Multiplier），可提高提高RSA公共密籥算法的加密速度，是協助信息加密的必備工具，能夠通過實時加密的信息流持續交流，這種交流方式常見于通過語音IP 、視頻會議及與固定辦公網絡用作公籥運算。

　　此次送測的威盛Nano處理器採用為威盛Nano L2100 ，搭載威盛EPIA-SN Mini-ITX主板，採用6 Layer PCB設計，尺寸為17cm x 17cm，配搭威盛CN896北橋與VT8251南橋，擁有PCI-Express 16X接口，符合 PCI-Express 1.0規格。

　　拆除散熱器後，可以看到採用BGA 封裝的威盛Nano L2100處理器，支持 64-Bit及Virtualization Technology虛擬技術，並兼容Intel SSSE3指令集。65nm工藝由富士通代工，內建9千4百五十萬個晶體管， Die Size為63.3mm2(7.650mm x 8.275mm) 。封裝方面， Nano處理器採用與C7一樣的nanoBGA2封裝，尺寸僅為21mm x 21mm，威盛Nano系列處理器與威盛C7處理器針角位兼容。

　　芯片組方面，EPIA-SN Mini-ITX主板採用威盛CN896北橋，最高支持 800MHz FSB V4 Bus ，可支持C7、C7-D、 Eden及Nano處理器，內建 DDR及DDR2內存控制器，最高可支持DDR 400及DDR2 667內存模塊，最高容量為 4GB。此外，北橋內建威盛Chrome9 HC IGP，支持 DirectX 9.0規格，可提供DVI、D-Sub及TV-Out輸出，支持MPEG2硬件解碼及De-Blocking圖像處理，並通過Microsoft Window Vista Basic規格認證。

　　南橋方面，採用了威盛VT8251芯片，提供了4組SATA II及1組IDE接口，內建HD Video及Vynyl Gold Audio，透過威盛VT1708A提供最高6聲道24-bit、192KHz音效。

　　芯片組內建1組PCI-Express x16接口及1組PCI-Express x1擴充接口，由于EPIA-SN採用了Mini-ITX 2.0規格，因此主板上採用了顯卡接口配置，可以升級顯卡，以提升3D性能。

1組IDE接口

　　VIA EPIA-SN主板支持Dual Gigabit Ethernet設計，主板上內建兩顆VT6103L Gigabit Ethernet芯片，提供 10/100/100Mbps RJ45網絡支援。

　　雖然是Mini-ITX設計，擴充空間有限，但為了提升使用彈性，威盛EPIA-SN背面提供了一組Mini-PCI接口，針對嵌入式用途特別加入Compact Flash接口，可把操作系統放于CF卡之中。

　　對比測試所用的處理器為威盛自家上代C7 1.8GHz主頻處理器和Intel Atom N230處理器，Atom N230處理器所用主板為微星Wind PC主板，操作系統為微軟Vista SP1。

測試小結：

　　Nano L2100 處理器在性能上相比採用In-Order架構、同頻率的威盛C7差異十分明顯，部份測試項目各出現一倍的增長，新架構帶來的性能提升絕對是立竿見影。

　　Intel Atom N270與C7 1.8GHz同樣採用In-Order架構，而且核心頻率相對較低，但憑借Hyper-Threading技術把核心數據盡力填滿，其性能相比C7較高，但面對新一代Out-of-order架構的Nano L2100則無法取得優勢。

　　威盛Nano雖然性能有所提升，但功耗同樣增加，1.8GHz的Nano L2100 TDP為25W，相對上代C7及對手的Intel Atom處理器高出很多，為電池續航力及產品體積帶來一定壓力，雖然威盛擁有Nano U系列針對MID、Netbook市場，但核心最高頻率只有1.3GHz，功耗表現仍有待改善。

市場展望：

　　未來威盛將會採用C7主攻低功耗、平價市場，Nano針對高性能Net-book、Nettop及MID市場，兩個市場雙管齊下，再加上NVIDIA IGP芯片組的加持，要突圍而出不是沒有機會。