Infos, Bilder, Benchmarks zum Transmeta Crusoe

Neben den zwei großen Prozessorhersteller Intel und AMD gibt es nur wenige weitere Hersteller, die um Marktanteile im schwierigen Prozessormarkt kämpfen. Neben den beiden großen Herstellern kann man noch VIA nennen, welche durch die stromsparenden, aber auch leistungsschwachen C3 und Cyrix-Prozessoren bekannt ist. Doch es gibt noch eine weitere interessante Prozessorschmiede, welche aber relativ unbekannt ist: Transmeta.

Transmeta stellt sehr stromsparende Prozessoren für den mobilen Markt her. Dazu werden Transmeta-Prozessoren neben Notebooks auch in so genannten Tablet-PC's, ultra leichten Subnotebooks oder in PDA's eingesetzt, denn die kleinen und günstigen Prozessoren mit geringer Verlustleistung eignen sich für diesen Einsatz bestens.

Viele Computeranwender halten von Transmeta-Prozessoren nicht viel, da sie im Vergleich mit modernen "High-End-Kraftwerken" aus dem Hause Intel und AMD in Sachen Performance nicht mithalten können. Doch die Prämisse bei Transmeta lautet, möglichst stromsparende Prozessoren zu entwickeln, die nur sehr wenig Abwärme entwickeln. So kann das Topmodell aus der TM5000er-Serie (TM5800 1 Ghz) gerade einmal eine maximale Verlustleistung von 7 Watt vorweisen, wo ein Pentium 4 mit 3,6 Ghz mit einer TDP von 115 Watt Probleme mit der Kühlung zeigt.

Nicht nur, dass Transmeta-Prozessoren sehr stromsparend sind, arbeiten diese Modelle auch nach einem anderen Prinzip wie Intel- oder AMD-Prozessoren. Wird bei "herkömmlichen" Prozessoren versucht, die Architektur möglichst komplex zu gestalten, um die "Pro-Takt-Leistung" zu erhöhen (Stichpunkt Performance-Rating), setzt Transmeta auf sehr schlichte und weniger aufwendige Prozessorkerne. Da die Architektur sehr schlicht ist und aus nur wenigen Transistoren besteht, verbrauchen diese auch weniger Strom und entwickeln deutlich weniger Abwärme.

Eine schlichte Architektur ist natürlich langsamer als eine komplexe. Schafft die schlichte Architektur nur 1 Arbeitsschritt pro Takt, so schafft die komplexe vielleicht 2 oder 3. Um diesen Nachteil zu kompensieren, verfügen Transmeta-Prozessoren eine so genannte "Code Morphing Software", mit der die komplexe Architektur emuliert wird, um es einfach auszudrücken.

Die Technik von Transmeta-Prozessoren

Es gibt bei den Transmeta Crusoe-Prozessoren vier wichtige Faktoren:

  • Hardware = Der Prozessor an sich
  • VLIW = Prinzip, worauf der CPU-Kern aufbaut/arbeitet
  • Code Morphing Software = emuliert einen x86-kompatiblen Prozessor
  • LongRun = Stromspartechnologie

Die eigentliche Hardware besteht demzufolge aus den ersten beiden Punkten und stellt an sich nur einen kleinen Teil des gesamten Prozessors dar, denn der Crusoe besteht aus 3/4 aus Software. Nur ein Viertel stellt die eigentliche Hardware dar, was auf den ersten Blick etwas verwirrend klingt, aber die Besonderheit der Transmeta-Prozessoren ist.

VLIW - Very Long Instruction Word

Die Architektur des Crusoe-Prozessors basiert auf einer 128-Bit VLIW-Engine, was für "Very Long Word Instruction" steht. Der Crusoe-Prozessor ist mittels VLIW in der Lage, vier Instruktionen parallel zu verarbeiten. Das ist in der Hinsicht besonders, da Prozessoren die Instruktionen in der Regel sequentiell abarbeiten. Mittels VLIW wird nun bei jedem Takt ein breiter Befehl aus dem Befehlscache geholt und auf die Funktionseinheiten aufgeteilt, damit die Befehle parallel, also gleichzeitig, abgearbeitet werden.

Prinzip von VLIW - Paralleles Abarbeiten eines breiten Befehls

Man kann sich das ungefähr so vorstellen: an einer häufig besuchten Bushaltestelle wird eine lange Menschenschlange nach und nach vom Busfahrer kontrolliert und in den Bus gelassen. Die Menschenschlange wird also sequentiell abgearbeitet, also pro Takt darf ein Mensch den Bus betreten.

Mit VLIW hätte der Bus vier Türen und aus der Menschenmasse werden pro Takt vier Personen ausgewählt und in den Bus gelassen. Im Optimal-Fall kann der Crusoe vier Instruktionen pro Takt ausführen. Das ist natürlich ein simples Beispiel für die VLIW-Technik, denn das Umsetzen ist natürlich deutlich komplexer. So haben die vier Funktionseinheiten unterschiedliche Aufgaben und die Befehle müssen gezielt herausgesucht werden, um mal eine Problematik zu nennen.

CMS - Code Morphing Software

Das Hauptaugenmerk des Transmeta-Crusoe-Prozessors ist die Code Morphing Software. Wie bereits erwähnt, ist die Hardware des Crusoe sehr simpel gehalten und an sich noch kein vollständiger x86-Prozessor. Um einen 100% kompatiblen Prozessor zu erhalten, haben die Transmeta-Entwickler eine Software entwickelt, welche die Funktionen, die bei anderen Prozessoren hardwareseitig vorhanden sind, emuliert. Nach dem Starten des Computers wird unmittelbar die Code Morphing Software in den Speicher geladen und erst dann beginnt das normale Booten des Computers (Betriebssystem und Anwendungen). Dazu ist ein zusätzlicher BIOS-Baustein auf dem Mainboard erforderlich, der die Software beinhaltet.

Zusammenfassend kann man sagen: Der Crusoe-Prozessor ist ein sehr simpler Prozessor, der an sich noch kein vollständiger Prozessor ist. Aufgrund der einfachen Hardware ist er extrem stromsparend, da Transistoren gespart und gleich ganze Prozessorteile abgeschaltet werden können, falls diese nicht benötigt werden. Die Code Morphing Software macht aus dem Crusoe-Prozessor einen vollständigen Prozessor, indem die fehlenden Hardwareeinheiten emuliert werden.

Doch was sind die Vorteile eines Prozessors, der sowohl aus Hard- als auch Software besteht? Neben dem wichtigen Aspekt des geringen Stromverbrauchs aufgrund der simplen Hardware ist ein weiterer Vorteil, dass Probleme in der Hardware jederzeit geändert werden können, indem die Code Morphing Software überarbeitet wird. Ein Beispiel: Als Intel die ersten Pentium-Prozessoren auslieferte, musste man feststellen, dass man bei der Entwicklung einen Fehler übersehen hatte. Der Pentium-Prozessor rechnete bei bestimmten Aufgaben einfach falsch und dadurch war Intel gezwungen, sämtliche Pentium-Prozessoren zurückzurufen und durch ein überarbeitetes Modell auszutauschen. Würde ein solcher Fehler bei einem Transmeta Crusoe-Prozessor auftreten, so müsste man lediglich die Code Morphing Software überarbeiten und diese dann (ähnlich eines BIOS-Updates) einspielen.


Hier ein TM5600-Prozessor -
Crusoe-Prozessoren besitzen den Sockel 474 BGA

Prinzipiell könnte man aus dem Transmeta Crusoe nicht nur einen x86-Prozessor machen, sondern auch einen beliebigen Prozessor aus einer anderen Architektur (Sparc, Alpha, PPC). Dazu müsste man lediglich eine angepasste Code Morphing Software entwickeln, um die besonderen Hardwareeigenschaften zu emulieren. Außerdem braucht man auch nicht auf die abwärtskompatibiltät achten, da sämtliche x86-Instruktionen softwareseitig ausgeführt werden. Kommen neue Funktionen hinzu, passt man einfach die Software an. Andere Prozessoren müssen hier die Hardware neu designen.

LongRun - Stromsparmechanismen

LongRun ist ein Bestandteil der Code Morphing Software und ist das Stromsparfeature des Crusoe-Prozessors. Ähnlich wie bei Intel's Speedstep oder AMD's PowerNow bzw. Cool'n'Quiet sorgt die LongRun-Technologie für das dynamische Anpassen der Taktfrequenz und der Kernspannung. Doch LongRun geht noch einen Schritt weiter, denn LongRun ermittelt den Leistungsbedarf einer bestimmten Anwendung und stellt den Takt dementsprechend ein. Beispielsweise erkennt LongRun, dass das Abspielen einer DVD ca. 433 Mhz benötigt und stellt den Takt dementsprechend ein.

Anhand der Grafik kann man sehr gut erkennen, dass selbst zwischen zwei Tastaturanschlägen der Prozessor heruntergetaktet wird. Dies geschieht natürlich innerhalb von Bruchteilen einer Sekunde, ohne dass der Anwender etwas davon merkt. Im Bereich "Power Efficient Mode" hat die Code Morphing Software festgestellt, dass 433 Mhz benötigt werden, um die DVD abzuspielen.

Zu der LongRun-Technologie macht sich das Prinzip der Code Morphing Software positiv auf den Stromverbrauch bemerkbar. Da fast alle x86-Features in dieser Software implementiert sind, gibt es dementsprechend auch keine Transistoren und Einheiten auf dem Prozessor, die mit Strom versorgt werden müssen. Was bei anderen mobile Prozessoren mit aufwändigen Algorithmen deaktiviert werden muss, ist beim Crusoe-Prozessor standardmäßig "deaktiviert" und wird erst dann benutzt, wenn es gebraucht wird.

Ein Crusoe TM5600 Prozessor verbraucht im Tiefschlaf gerade einmal 0,06 Watt, beim MP3-Abspielen 1,0 Watt und beim DVD schauen nur 2,0 Watt. Das sind Werte, wo kein aktueller High-End-Prozessor nur annähernd mithalten kann.

Performance-Optimierung durch CMS

So schön das Prinzip einer simplen Hardware klingen mag, es hat doch einen entscheidenden Nachteil, nämlich die Performance. Eine simple Architektur, die zudem mittels Software noch emuliert werden muss, kann niemals die Leistungsfähigkeit eines komplexen Prozessors erreichen. Letzterer arbeitet pro Takt einfach effektiver.

Um diesen Nachteil wett zu machen, haben sich die Entwickler von Transmeta eine weitere, sehr interessante Möglichkeit entwickelt, um den Prozessor mittels der Code Morphing Software zu beschleunigen. Der Crusoe-Prozessor hat ein gutes Gedächnis, denn er merkt sich einfach die Berechnungen von häufig gebrauchten Codeteilen und Algorithmen. Dazu reserviert sich die Code Morphing Software einen Teil des Arbeitsspeichers und wenn ein Befehl bzw. Berechnung erneut bearbeitet werden muss, so bedient sich der Crusoe einfach aus dem Speicher. Das führt dazu, dass der Crusoe-Prozessor ständig "dazulernt", wenn man mit einer Software arbeitet, so dass diese mit fortschreitender Arbeit immer schneller wird.

Der Nachteil liegt aber in dem relativ großen Speicherbedarf, den der Crusoe-Prozessor mit sich bringt. CMS paßt in einen 512 KB großen Speicher, der sich auf dem Mainboard befindet. Beim Booten wird diese entpackt und in den Arbeitsspeicher geladen. Dazu werden ca. 2MB belegt. Für die Zwischenspeicherung werden dann noch mal 6-14 MB belegt, welche dem System dann nicht mehr zur Verfügung stehen. Dieses Prinzip kennt man von Shared Memory Grafikkarten.

Besonderheit: Integrierte Northbridge

Transmeta-Prozessoren verfügen über eine integrierte Northbridge, haben demzufolge einen eigenen Speichercontroller und PCI-Schnittstelle. Dies spart natürlich Kosten bei der Produktion von Mainboards für diese Prozessoren, da eine externe Northbridge nicht nötig ist.

Je nach Crusoe-Modell werden SDRAM oder DDRAM unterstützt.

Prozessorüberblick

Modell
(Klick für Info)
K
e
r
n
e
Takt
(MHz)
T
u
r
b
o
FSBMultiCoreL1
(KB)
L2
(KB)
L3
(KB)
Hrst.
(nm)
TempSocketVoltWatt64
Bit
M
M
X
3
D
N
o
w
S
S
E
S
S
E
2
S
S
E
3
S
S
E
4.1
S
S
E
4.2
A
V
X
A
V
X
2
M
e
m
V
G
A
TM5800 1000 11000Kein Turbotakt/Turboboost (Overclocking)266 DDR0,0???128512---1300,0°CCBGA 474 Pin1,3007,564 Bit Nicht unterstütztMMX Support3dNow! nicht unterstütztSSE nicht unterstütztSSE2 SupportSSE3 nicht unterstütztSSE4.1 nicht unterstütztSSE4.2 nicht unterstütztAdvanced Vector Extensions nicht unterstütztAdvanced Vector Extensions 2 nicht unterstütztKein integrierter SpeichercontrollerKein integrierter Grafikchip
TM5800 900 1900Kein Turbotakt/Turboboost (Overclocking)266 DDR0,0???128512---1300,0°CCBGA 474 Pin1,3006,764 Bit Nicht unterstütztMMX Support3dNow! nicht unterstütztSSE nicht unterstütztSSE2 SupportSSE3 nicht unterstütztSSE4.1 nicht unterstütztSSE4.2 nicht unterstütztAdvanced Vector Extensions nicht unterstütztAdvanced Vector Extensions 2 nicht unterstütztKein integrierter SpeichercontrollerKein integrierter Grafikchip
TM5800 800 1800Kein Turbotakt/Turboboost (Overclocking)266 DDR0,0???128512---1300,0°CCBGA 474 Pin1,3006,064 Bit Nicht unterstütztMMX Support3dNow! nicht unterstütztSSE nicht unterstütztSSE2 SupportSSE3 nicht unterstütztSSE4.1 nicht unterstütztSSE4.2 nicht unterstütztAdvanced Vector Extensions nicht unterstütztAdvanced Vector Extensions 2 nicht unterstütztKein integrierter SpeichercontrollerKein integrierter Grafikchip
TM5800 733 1733Kein Turbotakt/Turboboost (Overclocking)266 DDR0,0???128512---1300,0°CCBGA 474 Pin1,3005,564 Bit Nicht unterstütztMMX Support3dNow! nicht unterstütztSSE nicht unterstütztSSE2 SupportSSE3 nicht unterstütztSSE4.1 nicht unterstütztSSE4.2 nicht unterstütztAdvanced Vector Extensions nicht unterstütztAdvanced Vector Extensions 2 nicht unterstütztKein integrierter SpeichercontrollerKein integrierter Grafikchip
TM5800 700 1700Kein Turbotakt/Turboboost (Overclocking)266 DDR0,0???128512---1300,0°CCBGA 474 Pin1,3005,364 Bit Nicht unterstütztMMX Support3dNow! nicht unterstütztSSE nicht unterstütztSSE2 SupportSSE3 nicht unterstütztSSE4.1 nicht unterstütztSSE4.2 nicht unterstütztAdvanced Vector Extensions nicht unterstütztAdvanced Vector Extensions 2 nicht unterstütztKein integrierter SpeichercontrollerKein integrierter Grafikchip
TM5800 667 1667Kein Turbotakt/Turboboost (Overclocking)266 DDR0,0???128512---1300,0°CCBGA 474 Pin1,3005,064 Bit Nicht unterstütztMMX Support3dNow! nicht unterstütztSSE nicht unterstütztSSE2 SupportSSE3 nicht unterstütztSSE4.1 nicht unterstütztSSE4.2 nicht unterstütztAdvanced Vector Extensions nicht unterstütztAdvanced Vector Extensions 2 nicht unterstütztKein integrierter SpeichercontrollerKein integrierter Grafikchip
Quelle: Prozessorlisten * Cache addiert

Technische Übersicht

  • Hersteller: Transmeta
  • Modell: Crusoe
  • Prozessormodelle: TM5400, TM5600, TM5700, TM5800, TM5900
  • 128 Bit VLIW (4 Instruktionen pro Takt)
  • Integrierte Northbridge und Memory-Controller
  • LongRun Stromsparfeature
  • CMS "Code Morphing Software"
  • Emulation eines x86-Prozessors
  • Extrem stromsparend
  • Zwischenspeicher auf RAM für abgearbeitete Befehle

Einsatzgebiete

Die Einsatzgebiete des Crusoe-Prozessors platzieren sich definitiv im mobilen Markt. Dazu gehören günstige Notebook-Systeme, Subnotebooks, Tablet-PC's und PDA's. Aufgrund der einfachen Architektur und niedrigen Taktraten verbrauchen diese Prozessoren sehr wenig Strom und entwickeln sehr wenig Wärme. Optimale Bedingungen in engen und kleinen Mobil-Geräten.

Dafür muss man bei der Leistungsfähigkeit Abstriche machen, denn gegen die High-End-Prozessoren wie dem Intel Pentium 4 oder AMD Athlon 64 können die Crusoe-Prozessoren nicht annähernd mithalten. Dies liegt zum einen an der einfachen Architektur und zum anderen an den niedrigen Taktraten (maximal 1000 Mhz). Doch der Anwender sollte ich überlegen, ob man für normale Anwendungen wie Office, Internet oder Multimedia eine High-End-CPU benötigt. Einige werden sicherlich meinen, dass man für 3D-Spiele oder Video-Rendering eine ordentliche CPU-Leistung benötigt. Das mag zwar stimmen, doch selbst mit dem besten Akku erreicht man bei diesen Anwendungen nur geringe Laufzeiten.

Transmeta Prozessoren eignen sich demzufolge bestens für den mobilen Einsatz.