Entendendo o Via Nano

Nos últimos tempos, temos assistido a uma polarização dentro da plataforma PC. De um lado temos os PCs e notebooks de alto desempenho, equipados com processadores Core 2 Duo ou AMD Phenom, 2 GB ou mais de memória RAM, 250 GB de HD, placa 3D offboard (hoje em dia existem opções de placas offboard até mesmo para os notebooks, leia mais no tutorial sobre o tema) e assim por diante, que representam a evolução normal da tecnologia.

Do outro temos os mini-notes e os desktops ultra-compactos, que adotaram um caminho evolutivo diferente, onde a prioridade deixou de ser o desempenho e passou a ser o tamanho reduzido e o baixo custo.

Um bom exemplo dentro dessa nova linha é o Eee 701, que todos já conhecemos bem. Ele é baseado em um Celeron ULV que trabalha (em underclock) a apenas 630 MHz, acompanhado por 512 MB de memória RAM e um SSD de 4 GB. Em termos de desempenho, o Eee perde até mesmo para notebooks de 3 ou 4 anos atrás, mas apesar disso, ele fez um grande sucesso devido à portabilidade e ao baixo custo.

A grande questão é que um Celeron operando a 630 MHz oferece um desempenho aceitável para tarefas leves, como navegar, responder e-mails e assistir vídeos no YouTube, que são as aplicações usadas pela maioria dos usuários na maior parte do tempo. Ou seja, embora não seja nenhum campeão de desempenho, ele é “bom o bastante” dentro do que se propõe.

O sucesso do Eee fez com que todos os principais fabricantes adotassem a idéia, passando a lançar modelos de mini-notebooks similares, incluindo a HP, a MSI, a Acer e a Dell, sem falar na Positivo (com o Mobo) e outros integradores menores.

Depois dos mini-notebooks, passaram a surgir também anúncios de desktops ultra-compactos, baseados na mesma idéia de oferecer equipamentos de baixo custo e de baixo consumo, que ofereçam um desempenho “bom o bastante” para tarefas básicas, como o Eeebox:

Um exemplo de placa dentro dessa linha é a recém-lançada Intel D201GLY2, uma placa mini-ITX que utiliza um Celeron 220 (1.2 GHz, baseado no Conroe-L), combinado com um chipset SiS. O desempenho é fraco e a placa possui um único slot PCI e um único slot de memória (DDR2, com bus a 533 MHz), mas ela oferece um consumo elétrico bastante baixo e custa apenas US$ 65 (nos EUA), já incluindo o processador e o cooler. Como a placa inclui vídeo, som e rede onboard, fica faltando apenas o gabinete e o HD para ter um PC completo:

Não é difícil imaginar que placas similares a essa possam ganhar espaço rapidamente dentro dos PCs de baixo custo.

Continuando, os primeiros produtos foram baseados no Celeron ULV e no VIA C7, que eram os únicos chips de baixo custo e baixo consumo que estavam disponíveis. Percebendo o crescimento do mercado, a Intel lançou o Atom, apresentando uma arquitetura radicalmente diferente da usada nos processadores da plataforma Core.

A VIA, que vinha trabalhando em um sucessor para o C7 também se apressou em apresentar seu concorrente: o Nano, também baseado em uma arquitetura radicalmente diferente da do antecessor:

Para entender o Nano, vamos começar com uma revisão da arquitetura do antigo C7, baseado no core Esther.

O C7 é um processador muito simples, que conta com duas unidades de execução de inteiros (que utiliza um pipeline de 16 estágios) e uma única unidade de execução para instruções de ponto flutuante. Ele possui 128 KB de cache L1 e mais 128 KB de cache L2, o que também é pouco se comparado com outros processadores atuais. Um atenuante é que ele é compatível com as instruções SSE, SSE2 e SSE3 e inclui o VIA PadLock, um sistema de encriptação via hardware que melhora o desempenho do processador no processamento de alguns algoritmos de encriptação. Aqui temos uma foto de divulgação da VIA que mostra os componentes internos do processador:

Do ponto de vista do desempenho, é muito difícil defender o C7, já que o desempenho por ciclo de clock não é muito melhor do que o dos antigos K6-3, com destaque para o fraco desempenho em ponto flutuante. Entretanto, o C7 possui algumas características interessantes do ponto de vista do consumo elétrico e da produção.

Em primeiro lugar, o chip é muito menor e mais simples que os Pentium M e Turions, que seriam seus concorrentes diretos. Mesmo produzido usando uma antiquada técnica de 0.09 micron, o C7 ocupa uma área de apenas 32 mm², o que é quase um terço de um Pentium M com core Dothan (que ocupa 88 mm²), por exemplo.

A segunda vantagem é o consumo elétrico. Um C7 de 2.0 GHz em full-load consome cerca de 20 watts, o que não é muito impressionante para os padrões atuais, já que um Core Duo LV-2400 (1.66 GHz) tem um TDP de apenas 15 watts e é consideravelmente mais rápido que ele. Entretanto, o C7 oferece um sistema de gerenciamento de energia bastante agressivo (o LongHaul), que reduz drasticamente a tensão e freqüência de operação do processador enquanto ele está ocioso, fazendo com que o consumo caia para meros 0.1 watts. Entre os dois extremos, existem diversas fases intermediárias, onde o desempenho e consumo são ajustados de acordo com a demanda. Assim como no Cool’n’Quiet usado nos processadores AMD, o chaveamento é feito de forma muito rápida, de forma que o sistema continua respondendo bem.

Existe ainda a linha ULV, que engloba modelos de baixo consumo (com clock de até 1.5 GHz), que podem ser refrigerados usando um dissipador passivo. O C7-M ULV de 1.5GHz, por exemplo, consome apenas 7.5 watts em full-load, enquanto os modelos mais lentos chegam a superar a barreira dos 5 watts.

O Nano, por sua vez, é baseado no core Isaiah, no qual a Via vinha trabalhando desde 2002. Ele é um processador de 64 bits, baseado em uma arquitetura superescalar, que processa instruções fora de ordem e é fabricado usando uma técnica de 0.065 micron, diferente do C7 e do Atom, que processam instruções em ordem.

Assim como o Phenom e o Core 2 Duo, o Nano é capaz de processar várias instruções por ciclo de clock. O processo começa com um processo de decodificação, onde as instruções x86 são quebradas em instruções simples, chamadas de micro-ops. As instruções decodificadas são enviadas a um pipeline, um circuito adicional seleciona instruções que podem ser processadas fora de ordem, de forma a maximizar o volume de trabalho das unidades de processamento. As unidades de ponto flutuante foram sensivelmente melhoradas em relação ao C7 (que era realmente fraco neste quesito), incluindo também suporte a SS3:

Embora o Nano e o Atom sejam baseados em idéias completamente diferentes, eles acabarão competindo no mesmo mercado, por isso é inevitável comparar os dois. O mais interessante é que a Intel e a VIA simplesmente trocaram de posição em relação ao que tínhamos durante a briga do C7 e do Celeron ULV.

De um lado, a Intel adotou uma arquitetura mais simples, onde as instruções são processadas em ordem e o desempenho por ciclo de clock é relativamente baixo. Mesmo a 1.6 GHz, o Atom baseado no core Silverthorne não oferece um ganho de desempenho considerável em relação ao antigo Celeron ULV de 900 MHz usado no Eee 900. O grande atrativo do processador não é o desempenho, mas sim a simplicidade do projeto e o baixíssimo consumo elétrico, combinado com o baixo custo de produção.

A VIA, por outro lado, se esforçou em solucionar os problemas de desempenho do C7, chegando a um processador que é consideravelmente mais rápido, mas por outro mais gastador. Em um desktop, o Nano levaria vantagem, já que o desempenho é melhor, mas em um mini-notebook, ou em um UMPC o Atom se sairia melhor, já que o consumo elétrico permitiria o desenvolvimento de um projeto mais compacto e com maior autonomia de baterias.

As versões iniciais do Nano incluem:

Você pode notar que os números dos modelos não seguem a ordem tradicional, acompanhando o clock, mas indicam a relação entre o clock e o consumo elétrico. É por isso que o L2100 (o mais gastador) opera a 1.8 GHz, enquanto o U2500 opera a apenas 1.2 GHz.

Todos os modelos possuem 1 MB de cache L2, 128 KB de cache L1 (dividido em dois blocos de 64 KB, para dados e instruções) e usam placas com bus de 800 MHz. Assim como nos processadores anteriores, o Nano possui um sistema de gerenciamento de energia bastante agressivo, que reduz drasticamente o consumo do processador enquanto ocioso.

Graças a ele, o Nano L2100 consume 0.5 watts enquanto está dormindo, enquanto nos demais modelos o consumo cai para apenas 0.1 watts, muito embora, o consumo enquanto o processador está operando em full-load seja relativamente alto. Para efeito de comparação, o Atom 230, que trabalha a 1.6 GHz tem um TDP de apenas 4 watts.

A VIA publicou um conjunto de benchmarks comparando o desempenho do Nano L2100 com o de um C7 operando à mesma frequência. Benchmarks publicados pelos fabricantes são sempre suspeitos, mas dá para perceber que as mudanças na arquitetura resultaram em um ganho expressivo de desempenho em relação à família anterior. A grosso modo, podemos dizer que o Nano é aproximadamente duas vezes mais rápido em inteiros e cerca de 4 vezes mais rápido em cálculos de ponto flutuante, área onde o C7 é mais fraco:

O PC Perspective publicou um set de benchmarks comparando o desempenho de uma placa de referência da VIA com o Nano L2100 com o de uma Intel D945GCLF, uma placa mini-ITX da Intel, baseada no Atom de 1.6 GHz. Os números comprovam o que já era esperado. O Nano oferece um desempenho consideravelmente superior (mesmo depois de descontada a diferença no clock), mas em troca também consome muito mais energia:

Veja os números no: http://www.pcper.com/article.php?aid=597&type=expert&pid=3

Mais benchmarks no: http://techreport.com/articles.x/15204/4

Embora os processadores não possam ser diretamente substituídos, já que são soldados à placa mãe, o Nano utiliza a mesma pinagem do C7 e é compatível com as placas e chipsets desenvolvidas para a plataforma anterior, o que reduz os custos para os fabricantes interessados.

A VIA utiliza um barramento próprio, baseado no soquete 479 do Pentium M, porém com um formato e sinalização diferentes (ele utiliza o barramento VIA V4 no lugar do barramento AGTL+ utilizado nos processadores Intel). Para cortar custos e permitir o desenvolvimento de placas mais compactas, a VIA utiliza o encapsulamento NanoBGA2, que mede apenas 2.1 x 2.1 cm e é diretamente soldado à placa. Este é um dos motivos que fazem com que o C7 e o Nano sejam destinado exclusivamente ao uso em notebooks e placas com o processador pré-instalado, além de impedir qualquer tipo de upgrade do processador.

Até o momento, apenas a VIA fabrica chipsets para o C7 e o Nano, mas a nVidia está também trabalhando em um chipset para ele, sem fazer muito alarde. O MCP79 utilizará bus de 1333 MHz, incluindo um chipset 3D integrado, com suporte ao DirectX 10 e suporte a placas 3D offboard PCI Express.

Além de ser usado em notebooks e UMPCs, o Nano será usado também em placas mini-ITX, destinadas a desktops, como esta placa de referência apresentada pela VIA:

As placas mini-ITX nunca foram muito populares devido ao custo. Por serem produzidas em pequenos volumes, o custo sempre foi relativamente alto, fazendo com que elas ficassem restritas a alguns entusiastas e a alguns nichos específicos. Com o Nano, pode ser que a VIA consiga aumentar o volume de produção e popularizar a plataforma.

Além do Mini-ITX, a VIA produz placas em formatos ainda menores, incluindo o Nano-ITX, Pico-ITX e Mobile-ITX:

O Mobile-ITX é o menor deles, destinado ao uso em smartphones, UMPCs e MIDs. Toda a placa, incluindo processador, chipset, chips de memória RAM e memória flash mede apenas 7.5 x 4.5 cm, um pouco menor do que um cartão de visitas:

Outra frente em que a VIA tem investido é a plataforma OpenBook, um projeto de referência para mini-notebooks que está disponível para fabricantes interessados em desenvolverem produtos baseados na plataforma, disponível no http://www.viaopenbook.com/.

O projeto (que pode ser modificado a gosto pelos fabricantes parceiros) inclui uma tela de 8.9″, com resolução de 1024×600, HD mecânico de 80 GB, é baseado no chipset VIA VX800 (que inclui um chipset de vídeo ligeiramente aprimorado em relação ao antigo VIA UniChrome usado nos chipsets anteriores), suporta até 2 GB de memória DDR2, utiliza um processador VIA C7-M ou VIA Nano e inclui o pacote básico de acessórios, com wireless e leitor de cartões, pesando 995 gramas:

Concluindo, o crescimento dos nichos de mini-notebooks e de desktops de baixo custo baseados no Celeron 2xx, Atom, C7 e Nano é um dos fatores que vem retardando a adoção do Vista, já que as máquinas rodam bem o Windows XP e a maioria das distribuições Linux atuais, mas não o Vista, que é muito mais pesado.

Isso deixa os fabricantes com a opção de pagar mais caro para fazer um downgrade na licença e poder assim usar o XP, lançar produtos baseados no Vista, sujeitando os usuários a um desempenho fraco (como no caso das versões com o Vista do HP 2133 mini-note), ou adotarem o uso de alguma distribuição Linux, opção que tem se tornado cada vez mais comum.

Embora PCs e notebooks de baixo custo e baixo desempenho baseados no Atom e no Nano possam não parecer tão interessantes assim, eles eventualmente acabarão sendo vendidos em maior volume do que os aparelhos tradicionais, baseados em processadores mais rápidos (simplesmente pelo fato de serem menores e mais baratos), por isso é importante manter os olhos abertos e acompanhar a evolução destas novas plataformas.