Haswell: заглянем под крышечку. Intel Haswell - обзор платформы

Итак, свершилось. После месяцев ожидания энтузиасты, оверклокеры и требовательные пользователи смогут получить в своё распоряжение новейшие процессоры Haswell-E, представленные сегодня корпорацией Intel.

Как уже неоднократно сообщалось, чипы Haswell-E рассчитаны на настольные компьютеры класса high-end. Линейка включает три изделия: это модели Core i7-5960X, Core i7-5930K и Core i7-5820K. Все они производятся по 22-нанометровой технологии с применением транзисторов с объёмной структурой. Поддерживается функция Hyper-Threading, позволяющая каждому ядру обрабатывать одновременно два потока инструкций, и система динамического повышения производительности Turbo Boost.

Старший процессор в семействе Haswell-E — чип Core i7-5960X. Это первое изделие Intel с восемью вычислительными ядрами, нацеленное специально на десктопы высшего уровня. Процессор работает на номинальной частоте в 3,0 ГГц с возможностью динамического повышения до 3,5 ГГц. Восьмиядерный кристалл Haswell-E имеет площадь в 356 мм 2 , а число содержащихся в нём транзисторов достигло 2,6 млрд. Объём кеша третьего уровня равен 20 Мбайт. Чип позволяет задействовать до 40 линий PCI Express.

Модель Core i7-5930K располагает шестью ядрами. Но по сравнению со старшим собратом номинальная и форсированная частоты выше — 3,5 и 3,7 ГГц соответственно. Размер кеша L3 равен 15 Мбайт; поддерживается 40 линий PCI Express.

Наконец, процессор Core i7-5820K имеет шесть ядер с частотой 3,3/3,6 ГГц и 15 Мбайт кеша третьего уровня. Однако поддерживается только 28 линий PCI Express, а поэтому в системах с несколькими графическими ускорителями будут ощущаться определённые ограничения.

Все представители Haswell-E характеризуются разблокированным множителем. Важно отметить, что процессорная крышка припаивается к полупроводниковому кристаллу с применением специального припоя на основе индия с высокой теплопроводностью (в обычных Haswell-изделиях между кристаллом и крышкой проложена термопаста с достаточно посредственными характеристиками). Применение припоя должно повысить разгонный потенциал. Кстати, в дополнение к разгону путём изменения коэффициента умножения допускается разгон и частотой шины: процессорами поддерживаются её базовые значения в 100, 125, 167 и 250 МГц.

Чипы обладают максимальным значением рассеиваемой тепловой энергии (TDP) в 140 Вт.

Ещё одна особенность Haswell-E — четырёхканальный контроллер оперативной памяти DDR4-2133. Это означает, что память нового поколения с пониженным напряжением питания и увеличенным быстродействием, наконец, приходит в сегмент настольных компьютеров.

Процессоры рассчитаны на работу с материнскими платами на наборе логики Intel X99 Express, оснащёнными разъёмом LGA 2011-3. Платформа обеспечивает поддержку десяти портов SATA 3.0 (6 Гбит/с), интерфейсов SATA Express и M.2. В наборе логики присутствует высокоскоростной контроллер шины USB: из 14 доступных портов шесть могут работать не только в режиме USB 2.0, но и в режиме USB 3.0, обеспечивая пропускную способность до 5 Гбит/с. Кроме того, в чипсете есть встроенный генератор тактовой частоты, что избавляет производителей системных плат от необходимости использования дополнительных электронных компонентов и упрощает дизайн платформы. Материнские платы на основе Intel X99 подготовили все ведущие производители.

И о ценах. Модель Core i7-5960X обойдётся в $999, в то время как за модификации Core i7-5930K и Core i7-5820K придётся заплатить соответственно $583 и $389.

Ознакомиться со всеми особенностями новинок можно из нашего подробного материала за авторством Ильи Гавриченкова.

Компанию Intel можно упрекнуть в чем угодно — от завышения цен и необходимости частой смены платформы, до блокирования средств разгона в своих младших моделях. Но одного у полупроводникового гиганта не отнять: вот уже много лет выход новых продуктов неукоснительно следует так называемой стратегии «Тик-Так», где на каждый «Тик» приходится переход на новый, более тонкий технологический процесс производства, а на «Так» припадает обновление микроархитектуры. В прошлом году Intel анонсировал 22-нм полупроводниковые кристаллы Ivy Bridge, которые сменили своих предшественников — 32-нм Sandy Bridge . Различия между представителями двух генераций заключались в модернизации графической подсистемы, тогда как вычислительные ядра претерпели минимальные изменения. При этом переход на тонкий технологический процесс оказался отнюдь не безболезненным, вследствие чего разгонный потенциал 22-нм Ivy Bridge оказался не таким впечатляющим, как у предшественников. Стоит ли говорить, что энтузиасты и продвинутые пользователи с нетерпением ждали официального анонса носителей новой микроархитектуры, известных под кодовым именем Haswell. Еще до анонса в сети Интернет курсировали самые различные гипотезы, приписывающие новейшим CPU Intel невиданный разгонный потенциал в сочетании с высочайшей производительностью. И вот мы, наконец, можем сдернуть завесу тайны и представить подробный обзор центрального процессора Intel Core четвертого поколения — Core i7-4770K.

Новое семейство включает множество продуктов: от энергоэффективных моделей для ультратонких ноутбуков и систем All-in-One, до классических процессоров с оптимальным соотношением производительности и энергопотребления, а также модификаций с разблокированными коэффициентами умножения, предназначенными для продвинутых пользователей и любителей разгона.

Особенности микроархитектуры Haswell

Производитель здраво рассудил, что в большинстве сценариев домашнего применения, да и во многих сферах профессионального использования четырех вычислительных ядер более чем достаточно, поэтому, в основе процессоров Core i5 и Core i7 лежат четрехъядерные полупроводниковые кристаллы Haswell. Использование тонкого 22-нм литографического техпроцесса позволило уместить 1400 млн. полупроводниковых устройств на площади в 177 кв. мм. Сами транзисторы имеют трехмерную конструкцию (Tri-Gate), что обеспечивает их малые физические размеры и минимизирует токи утечки. Подобная конструкция впервые была применена в процессорах Ivy Bridge, ставших пионерами освоения 22-нм техпроцесса. Помимо снижения стоимости производства эти меры позволили уменьшить до 20% напряжение питания по сравнению с 32-нм Sandy Bridge.

Полупроводниковый кристалл процессора Haswell включает в себя четыре вычислительных ядра, графический ускоритель, массив кэш-памяти третьего уровня, и «системный агент», в который входят двухканальный контроллер ОЗУ стандарта DDR3, контроллеры шин DMI и PCI Express, а также трансмиттеры цифрового изображения. Процессорные ядра, и встроенная видеокарта используют общую разделемую кеш-память, а для связи между внутренними блоками используется высокоскоростная кольцевая шина данных, которая впервые появилась в процесорах Intel Sandy Bridge.

Что касается графической составляющей процессоров Haswell, то в большинстве десктопных модификаций Core i5 и Core i7 будет использоваться видеоядро Intel HD Graphics 4600, содержащее 20 унифицированных шейдерных процессоров, два блока растеризации и четыре текстурных модуля. Графический ускоритель совместим с DirectX 11, а поддержка API OpenCL и DirectCompute 5.0 дает прирост в неграфических вычислениях. В состав видеоядра также входит аппаратный блок декодирования Quick Sync, использование которого обеспечивает прибавку скорости обработки видеоконтента, а в качестве приятного дополнения отметим поддержку одновременного вывода изображения на три монитора. Отличительной чертой графических адаптеров Intel HD Graphics 4-й серии является их модульный дизайн, что позволяет легко масштабировать количество функциональных блоков, создавая на их основе, как решения начального уровня, так и достаточно мощные видеоускорители.

Но самой неожиданной из инновацией в архитектуре Intel Haswell стала размещение на полупроводниковом кристалле интегрального регулятора напряжения! По мнению разработчиков только таким образом можно достичь максимально гибкого управления электропитанием, которое является залогом высокой энергоэффективности. Еще не понятно, как это отразится на разгонном потенциале, но уже совершенно очевидно, что от VRM системной платы теперь требуется подача только двух напряжений: Vddq, необходимого для электропитания модулей ОЗУ, и Vccin, из которого интегральный регулятор формирует все напряжения, необходимые для работы внутренних блоков центрального процессора.

Платформа Lynx Point

В основе платформы Lynx Point лежат чипсеты Intel 8-й серии. Обновленная системная логика сохранила одночиповую компоновку, тогда как функциональность в сравнении с предшественниками несколько расширилась. Для удобства сравнительные характеристики чипсетов Intel 7-й и 8-й серий приведены на следующей иллюстрации.

Одним из ключевых отличий платформы Lynx Point от предшественников является изменение подхода к формированию тактовых частот для отдельных функциональных блоков процессора и материнской платы. В системной логике Intel 8-й серии генерируются два таковых сигнала: фиксированная частота 100 МГц, от которой синхронизируются чипсетные контроллеры, и управляемая BCLK, из которой через систему множителей формируется весь ансамбль частот, необходимый для работы внутренних блоков центрального процессора.

Как мы уже упоминали, процессоры Haswell получили новый Socket LGA1150, который внешне почти не отличим от привычного LGA1155. Расположение и размеры отверстий для крепления системы охлаждения идентичны, поэтому к системным платам для Intel Haswell подходят кулеры, совместимые с платформами LGA1155 и LGA1156.

На момент своего анонса продуктовая линейка CPU в исполнении LGA1150 будет состоять из четырехъядерных Core i5 и Core i7, которые отличаются поддержкой технологии Hyper Threading, позволяющей выполнять на одном логическом ядре два вычислительных потока. Как обычно, варьируя тактовыми частотами и значениями TDP, на базе одного единственного кристалла производитель создал целый модельный ряд:

Среди продуктов, отличающихся тактовыми частотами и TDP, пользователи без труда отыщут именно те модели, которые наилучшим образом соответствуют поставленным задачам. Любителей энергоэффективных и компактных системных блоков заинтересуют модификации с литерою «Т», обладающие наилучшей экономичностью. Пользователи, собирающие универсальный системный блок, скорее всего, обратят внимание на модели серии «S», предлагающие баланс между быстродействием и умеренным энергопотреблением, ну а для оверклокеров и профессионалов разгона есть процессоры серии «К» с разблокированным коэффициентом умножения. Особняком стоит энергоэффективная модель Core i5-4570T, в которой число вычислительных ядер сокращено до двух, а массив кэша L3 урезан до 4 МБ. Что касается розничных цен, то они почти не отличаются от равночастотных Ivy Bridge, впрочем, нет никаких сомнений, что в ближайшее время модельный ряд Haswell будет дополнен младшими моделями Core i3 и Pentium.

Для всестороннего тестирования в нашу лабораторию был доставлен старший из Haswell — Core i7-4770K. Этот процессор обладает разблокированным множителем, а значит, наилучшим образом подходит для экспериментов по разгону. Увы, опытный экземпляр попал к нам без какого-либо комплекта поставки, так что о конструкции системы охлаждения и дизайне розничной упаковки мы судить не сможем.

Внешний вид новинки почти не отличим от предшественников, идентифицировать Haswell можно по маркировке и отсутствию выреза в нижней части металлической крышки-теплораспределителя, которой накрыт полупроводниковый кристалл. C обратной стороны находятся металлические контакты и радиоэлектронные компоненты, причем, найти среди других процессоров модель в исполнении LGA1150 несложно, благодаря более темному оттенку текстолита подложки и меньшего количества вспомогательных элементов на «брюшке».

Intel Core i7-2600K (слева), Core i7-3770K, Core i7-4770K (справа)

Разгонный потенциал

Прежде чем приступить к оценке запаса прочности Core i7-4770K рассмотрим схему формирования частот в процессорах Haswell, процедура разгона которых незначительно, но все же отличается от таковой для Ivy Bridge и Sandy Bridge. Прежде всего, максимальное значение коэффициента умножения для процессорных ядер теперь равняется x80, этот факт несомненно оценят профессиональные оверклокеры, работающие с криогенными системами охлаждения. Затем, появился отдельный множитель, управляющий частотой внутренней кольцевой шины. Его значение может быть меньшим или равным коэффициенту умножения вычислительных ядер. И, наконец, благодаря внедрению дополнительного множителя PEG/DMI появилась возможность увеличивать базовую частоту до 125 или 167 МГц, без ущерба для стабильности работы шин PCI Express и DMI.

Выходит, что Haswell унаследовал от своего предка Ivy Bridge такой же «горячий нрав», с которым в разгоне с трудом справляются даже лучшие из воздушных кулеров. К слову, предоставленный на тестирование Core i7-3770K в разгоне до 4700 МГц при напряжении 1,312 В демонстрировал аналогичный тепловой режим, легко разогреваясь до 91 С и выше.

Для всесторонней оценки быстродействия Intel Core i7-4770K в качестве соперников мы выбрали старшие модели процессоров Ivy Bridge и Sandy Bridge — Core i7-3770K и Core i7-2600K. Таким образом, мы сможем отследить увеличение скорости работы при смене поколений, а также оценить масштабируемость производительности при разгоне. Но прежде, ознакомимся с техническими характеристиками участников сегодняшнего тестирования.

Все три процессора располагают четырьмя вычислительными ядрами, поддерживают Hyper Threading, а также имеют одинаковую организацию кэш-памяти. Между тем, тактовые частоты Core i7-4770K и Core i7-3770K в точности совпадают, тогда как их 32-нм собрат отстает от обеих на 100 МГц как на штатной частоте, так и в режиме Turbo Boost. Словом, характеристики соперников очень близки, так что в номинальном режиме мы рассчитываем получить похожие результаты быстродействия.

В качестве основы для тестового стенда LGA1150 использовалась системная плата ASUS Sabertooth Z87 (UEFI 3009 от 24.05.2013), подробный обзор которой мы опубликуем в самое ближайшее время.

Общими для всех тестовых стендов были такие компоненты:

• кулер: Thermalright Silver Arrow (вентилятор 140 мм, 1300 об/мин);
• память: G.Skill TridentX F3-2400C10D-8GTX (2x4 ГБ, DDR3-2400, CL10-12-12-31);
• видеокарта: ASUS HD7950-DC2T-3GD5 (Radeon HD 7950);
• накопитель: Intel SSD 320 Series (300 ГБ, SATA 3Gb/s);
• блок питания: Seasonic X-650 (650 Вт).

Каждый из процессоров тестировался в двух режимах: на штатной частоте и в максимальном разгоне, достижимом при использовании нашего воздушного кулера.

Наибольший запас прочности продемонстрировал «старина» Sandy Bridge, чуть худшие результаты у 22-нм Core i7-3770K, тогда как достижения новичка оказались наиболее скромными.

Набор программного обеспечения, использованного в тестах, следующий:

• AIDA64 2.80.2300 (Cache & Memory benchmark);
• SuperPI XS 1.5;
• wPrime Benchmark 2.06;
• Futuremark PCMark 7(v1.4.0);
• 7-Zip 9.20 x64 (встроенный тест);
• Adobe Photoshop CS5 (Retouch Artist Benchmark);
• Cinebench 11.5R (64bit);
• TrueCrypt 7.1a (встроенный тест);
• x264 HD Benchmark v5.0;
• Futuremark 3DMark 11(v1.0.3);
• Batman: Arkham City;
• Hitman: Absolution
• F1 2012;
• Metro 2033.

Синтетические приложения

Во всех без исключения подтестах Haswell обогнал своего предшественника как в штатном режиме, так и после разгона, хотя тактовая частота Core i7-3770К выше на 200 МГц. Что касается Sandy Bridge, то на фоне своих потомков он смотрится неубедительно.

Производительность в 3D-играх

Сравнивать быстродействие старших моделей процессоров в видеоиграх — занятие непростое, тем не менее, мы постарались найти такие приложения, который максимально требовательно относятся к быстродействию вычислительной части. Правда, с включением полноэкранного сглаживания «бутылочным горлышком» становилась продуктивность видеокарты, поэтому, антиалиасинг пришлось отключить.

Энергопотребление

Для оценки энергоэффективности процессоров мы использовали устройство Basetech Cost Control 3000, с помощью которого оценивалось среднее энергопотребления тестовых стендов «от розетки» во время простоя системы, а также пиковое значение потребляемой мощности при прохождении стресс-теста LinX.

Выводы

Прежде чем делать выводы, давайте попробуем разобраться: соответствует ли появление микроархитектуры Haswell стратегии Тик-Так, ибо ответ на этот вопрос совсем не однозначный. С одной стороны, вычислительная часть новым процессорам досталась от Ivy Bridge практически без изменений, что косвенно подтверждают результаты тестирования, и это вроде бы не отвечает итерации «Так». Во всяком случае, того прорыва, который наблюдался с появлением Sandy Bridge, не наблюдается, с точки зрения производительности новейшие процессоры Intel Haswell оказались лишь чуть-чуть быстрее представителей прошлого поколения. Но с другой стороны, реорганизация подсистемы питания и перенос регулятора напряжения на полупроводниковый кристалл является уникальным решением, кардинально отличающим Haswell от всех процессоров Intel предыдущих поколений. Причины такого развития событий понятны, по вычислительной мощности центральные процессоры Intel существенно превосходят продукты конкурента, а значит, чипмейкеру можно сосредоточиться на повышении энергоэффективности и оптимизации производственных затрат. Этим достигается унификация модельного ряда центральных процессоров, что позволяет использовать Haswell в самых различных устройствах: от моноблоков и классических «десктопов» до планшетов и тонких ноутбуков.

Что касается героя сегодняшнего обзора — процессора Intel Core i7-4770K, то на фоне моделей предыдущего поколения он продемонстрировал устойчивый прирост быстродействия. Впрочем, зачастую преимущество исчисляется несколькими процентами, так что существенную разницу при переходе с Ivy Bridge на Haswell пользователи вряд ли заметят. Другое дело, если стоит вопрос выбора основы для нового ПК, здесь однозначно есть повод задуматься о приобретении платформы LGA1150, как самой современной и перспективной. Немаловажным преимуществом Lynx Point, помимо расширения функциональности, является улучшение возможностей для разгона, что делает возможным оверклокинг даже младших моделей Haswell. Сам же потенциал Core i7-4770K не слишком впечатлил, процессор оказался чрезвычайно горячим, что негативным образом отразилось на результатах разгона, тогда как прирост производительности от повышения частоты нас приятно удивил. В целом, новые процессоры Intel однозначно удались, хотя, выбор остается за вами, дорогие читатели!

Оборудование для тестирования было предоставлено следующими компаниями:

• ASRock — материнская плата ASRock Z77 Extreme6;
• ASUS — материнская плата ASUS Sabertooth Z87 и видеокарта HD7950-DC2T-3GD5;
• G.Skill — комплект памяти G.Skill TridentX F3-2400C10D-8GTX;
• Intel — процессоры Intel Core i7-4770K, Core i7-3770 и Core i7-2600K, накопитель Intel SSD 320 Series 300GB;
• MSI — материнская плата MSI Z77 MPOWER и процессор Intel Core i7-3770K;
• Syntex — блок питания Seasonic X-650;
• Thermalright — кулер Thermalright Silver Arrow.

Проапгрейдив до упора Sandy Bridge и переведя его на новый техпроцесс в прошлом году, Intel вплотную подошла к очередному шагу «tock», предписанному самой себе несколькими годами ранее.

«Тик-так» Intel - это не всегда бомба, но, определенно, символ технологического прогресса

На шагах «tock», как явствует из иллюстрации, необходимо вводить новую архитектуру. Что и было сделано - мир увидел микроархитектуру под кодовым именем Haswell и базирующиеся на ней 14 моделей процессоров Core i5 и i7 под разъем LGA 1150 (также известного как Socket H3), из них восемь «обычных» и шесть low power. Вообще, тема энергопотребления (или, если быть точным, «энергопотребления, адекватного для текущей вычислительной мощности») проходит красной нитью через микроархитектуру Haswell, потому как Intel видит большое будущее для своего творения в мобильном сегменте, а без процессора или SoC с умеренными аппетитами делать там нечего. Основным своим конкурентом, судя по сравнениям в открытых источниках, Intel считает поделки на ARM-процессорах, так как они уже хорошо прижились в мобильном сегменте и показали там свою жизнеспособность.

На ниве питания процессоров Intel уже немало сделала. Уходя от изначального регулирования TDP только с помощью напряжения питания процессора, подаваемого на него с преобразователя материнской платы и тактовой частоты ядер, Intel перенесла часть преобразователей в CPU, тем самым открыв для себя возможность более точно (а значит, эффективно) дозировать напряжение на каждом из других блоков, расположенных на кристалле. К тому времени процессор уже перестал быть только процессором в изначальном понимании этого слова и включал в себя контроллер памяти и другие части северного моста (NB), что в свое время позволило существенно упростить разводку материнских плат и снизить энергопотребление связки CPU+NB.

Работа с питанием также велась и в сторону рационального использования, когда тот или иной блок функционировал (читай - потреблял электричество) только в нужные моменты, а в периоды простоя отключался и не тратят попусту энергию. Одним из плодов работ в этом направлении стало появление в системах Intel наряду с состоянием S0 состояний S0ix, который значительно сокращал энергопотребление процессора в моменты простоя до состояния «спящей системы» (состояние S3, в него переходит ноутбук после захлопывания экрана в рабочем состоянии). Фактически, система могла «спать» абсолютно прозрачно для пользователя, так как переход в S0iх составляет 450 микросекунд, а пробуждение - 3,2 миллисекунды (0,00045 с и 0,0032 с соответственно). Для сохранения экрана в активном состоянии разработана технология PSR (Panel Self-Refresh), подразумевающая наличие буфера, хранящего несколько последних кадров. Это позволяет снижать нагрузку на графический процессор, особенно при нечастом обновлении информации на экране (например, при чтении текста), что, в свою очередь, дает возможность снизить энергопотребление графического процессора.

Новый процессор Intel умеет экономить энергию значительно лучше предшественников

Правда, для этого необходима аппаратная поддержка со стороны монитора, так что широкое применение этот способ энергосбережения может найти в мобильном сегменте, где «монитор» и «вычислительная часть» являются одним устройством. Но для демонстрации наработок Intel пример очень подходит, тем более что они нашли реализацию в процессорах на архитектуре Haswell. Так, блок PCU (Power Control Unit) в Haswell умеет очень эффективно использовать энергию за счет множества «режимов работы», в каждом из которых активны только необходимые сейчас блоки. Это, по заверениям Intel, позволило снизить энергопотребление в простое почти в пять раз по сравнению с прошлым (третьим) поколением процессоров, Переключение между «режимами» ускорено на четверть, что позволяет более активно управлять энергопотреблением ядер и «засыпать их» даже в тех случаях,которые в прошлом поколении были нецелесообразны из-за долгой процедуры включения/выключения. Тут ядро пару миллисекунд «поспало», сэкономим доли милливатта, там «вздремнуло»... Так и набираются сэкономленные ватты.

Внутренняя архитектура процессора также была серьезно доработана, хотя глобально ничего не изменилось. Intel продолжает шлифовать и дорабатывать кусками архитектуру, применявшуюся ещё в Conroe. Правда, различий между Ivy Bridge и Haswell куда больше, чем между Sandy Bridge и Ivy Bridge. Последний, по моему скромному мнению, вообще был рестайлингом для «Санди»; из существенных изменений можно отметить лишь переход с 32 нм на 22 нм техпроцесс.

Архитектура Intel Haswell в виде схемы

В процессорном блоке Haswell сохранился 14-19 ступенчатый конвейер, без изменений перешел и кэш на полторы тысячи микроинструкций, а вот блок декодирования инструкций теперь единый и не делится между двумя потоками. Размер блока Out-of-Order Window (OoO) увеличен со 168 до 192 записей, а в Reservation Station добавились два порта, увеличив общее число до восьми. В Sandy Bridge было шесть портов для параллельного выполнения шести микроопераций. Три из них используются для операций с памятью (чтение/запись), три - математическими операциями. Один добавленный порт используется для выполнения целочисленных математических операций и ветвления, а второй - для вычисления адреса.

Были переработаны блоки FMA (Fused Multiply-Add) в портах 0-1, а также добавлена поддержка набора инструкций AVX2 (Advanced Vector Extensions 2). Это позволяет значительно повысить производительность как при однотипной, так и при смешанной нагрузке, но все-таки более всего выросла скорость выполнения операций с плавающей точкой - Intel заявляет о двукратном повышении производительности.

Новые наборы инструкций - залог будущей эффективности

На практике можно ожидать прирост при работе с мультимедийным контентом и в 3D.

Новый блок FMA способен дать серьёзный выигрыш FLOPS за такт

Не остался без внимания и КЭШ. Скорость работы L1 и шины между L1 и L2 были увеличены вдвое, с 32 до 64 байт за цикл в обоих случаях; латентность осталась без изменений. Доработан универсальный TLB (Translation Lookaside Buffer): с 4К до расширенного 4К+2M, ширина шины увеличена вдвое. Доступ к КЭШу L3 теперь шире благодаря возможности обрабатывать запросы data и non data одновременно.

Блок TSX поможет распределить нагрузку между ядрами процессора

В Haswell был добавлен набор инструкций TSX (Transactional Synchronization eXtensions), позволяющий повысить скорость работы за счет «умного» оперирования теми данными, к которым одновременно обращаются несколько ядер. Это должно повысить эффективность работы процессора с теми задачами, которые трудно распараллелить, а также дает программистам возможность переложить часть работы по распределению нагрузки между ядрами на процессор. TSX, как и AVX2 - удобный инструмент для разработчиков, которые, умело оперируя им, могут добиться значительного роста быстродействия для своих приложений. По этой же причине мгновенного результата «здесь и сейчас» от этих новых наборов инструкций ждать не стоит.

Не стоит ожидать от мейнстримовых четырехядерников Haswell особого прироста производительности (если, конечно, ПО не адаптировано под новые наборы процессорных инструкций), их конек - уменьшенное энергопотребление и соотношение ценапроизводительность. Впрочем, когда речь заходит о топовом железе, то подход "победа любой ценой" по-прежнему актуален.

Мейнстримовые CPU Intel стали двухядерными в 2006 году, с пришествием Core 2 Quad. Четырехядерники “пошли в народ” в 2008 году, с переходом на Nehalem и LGA1156, и в ближайшее время количество ядер не изменится - по крайней мере до 2014 года, когда планируется выход чипов Broadwell, которые будут выпускаться по 14 нм техпроцессу. Это решение вполне оправдано, учитывая что преимущества, предоставляемые дополнительными ядрами, до сих пор не востребованы большинством программ - эффект от более мощного графического процессора или дополнительной кэш-памяти будет существенней. Однако с процессорами высшего ценового диапазона все было не так однозначно, т.к. ПО для рабочих станций и серверов отлично оптимизировано под многоядерные процессоры и как увеличение количества ядер, так и увеличение отдачи каждого ядра может принести результат.

Теперь же, благодаря нашим источникам в IDF, мы можем немного прояснить ситуацию. Как наши читатели уже знают, к середине следующего года топовый процессор для серверных систем, 10-ядерный 2.4 ГГц Xeon E7 4800 семейства “Westmere EX” будет заменен на представителя архитектуры “Ivy Bridge EX” Xeon E7 4800 v2, располагающего 15-ю ядрами и работающий на частотах от 2.2 ГГц, который будет устанавливаться в сокет LGA2011, но с другой распиновкой. В середине 2014 его можно будет заменить на 16-20 ядерный Xeon E7 4800 / 8800 v3 (архитектура Haswell EX), причем сокет останется прежним. За ним последует Xeon E7 4800 / 8800 v4 (архитектура Broadwell EX), который будет выпущен уже в 2015 году. Последние три модели имеют общую черту

В виде шины QPI с тремя линиями - Westmere располагает четырьмя - что негативно скажется на возможностям по взаимодействию с сопроцессорами Xeon Phi или возможности предоставления доступа к системной памяти на полной скорости, что может пригодиться при подключении FPGA.

Самый интересный случай - двухпроцессорная конфигурация, ведь у нее много общего (как минимум - сокет и чипсет) с железом, позиционируемым как домашний high-end. К настоящему моменту ситуация выглядит так:

Текущий 8-ядерник Xeon E5 2600 / 4600 (Sandy Bridge EP) будет заменен в середине следующего года 10-ядерным Xeon E5 2600 / 4600 v2 (Ivy Bridge EP), который будет использовать тот же сокет. Следующий апгрейд намечается уже на 2014 год - Xeon E5 2600 / 4600 v3 (Haswell EP) будет располагать аж 14-ю ядрами и 14-канальным контроллером DDR4-2133, заменяющим DDR3, использовавшийся в системах Ivy Bridge EP и двойные каналы QPI с пропускной способностью около 9,6 ГТ/с, чуть больше чем

Сейчас, который будет устанавливаться в сокет, аналогичный 2011 по размерам но с другой распиновкой. Но зачем увеличивать число ядер и дальше, если компоненты серии ЕХ и так являются эталоном производительности?

Приходят на ум две основные причины. Во-первых, прирост удельной производительности на ядро, который дает Haswell, не так велик - около 10% по сравнению с Ivy Bridge, если не адаптировать ПО под использование новых процессорных инструкций, которые могут быть использованы не во всех алгоритмах. Что неудивительно, так как основное внимание при проектировании Haswell уделялось снижению энергопотребления (ультрабуки!). Так откуда взять прирост производительности, который бы подстегнул продажи?

С другой стороны, понижение энергопотребления позволяет разместить больше ядер на одном кристалле при неизменном TDP. Таким образом 14-ядерный процессор укладывается в лимит 145 Вт (для серверов) и 160 (для рабочих станций), при этом объем L3-кэша на ядро остался прежним - 2,5 Мб. Оправданна ли такая стратегия экстенсивного роста - вопрос спорный. В пределах того же TDP я бы предпочел увидеть процессор с меньшим количеством ядер, но большим объемом кэша на ядро и более

Высокими тактовыми частотами, и значительное число владельцев high-end машин

Были бы со мной согласны, ведь способность ПО использовать большее число потоков за 5 сменившихся поколений процессоров Intel увеличилась незначительно. Так или иначе, даже с 14-ю ядрами новые модели должны иметь по меньшей мере такие же тактовые частоты как их предшественники на Ivy Bridge в пределах того же TDP, а это значит как минимум 3,2 ГГц для топовых моделей для рабочих станций.

На таких частотах теоретическая пиковая производительность на сокет будет равняться 3/4 терафлопс с двойной точностью, таким образом одна двухпроцессорная рабочая станция образца середины 2014 года будет выдавать “на гора” 1,5 терафлопс. Добавьте к этому 8-канальный контроллер памяти DDR4 и вы поймете, что у Nvidia Maxwell появился серьезный конкурент. В конце концов, если CPU обладает достаточной

Мощностью и под него не нужно переписывать ПО почти с нуля, то почему бы не использовать его? В любом случае, оптимизация приложений под GPGPU с их огромным количеством потоков также приведет к тому что ни одно ядро в многоядерных процессорах не будет простаивать. Также не стоит забывать, что Intel не единственная компания на рынке, и у его конкурента имеется опыт разработки комбинированных вычислительных блоков, которые в свете сближения CPU и GPU могут оказаться шансом AMD наверстать упущенное. Ждем Opteron APU?

Если на процессорном фронте AMD уже давно занимается партизанской борьбой, то что касается рынка видеоадапторов ей пока что приходилось бороться только с “заклятым другом” Nvidia. Но ситуация может вскоре измениться.

Следующее поколение архитектуры Intel, под кодовым названием Haswell, это не просто очередной «тик» в мерном такте совершенствования технологий компанией Intel, это новый этап в ее деятельности. Этап, на котором она становится серьезной угрозой как для AMD так и Nvidia. Впервые Intel готова бросить вызов им обоим на рынке массовых графических решений одновременно подрывая позиции Nvidia в бизнесе GPGPU. В то же время маломощные и энергоэффективные решения (ULV-версии процессоров имеют TDP в 10 Вт) станут серьезными конкурентами для SoC на платформе Brazos второго поколения от AMD (кодовое название Kabini), а также любых ноутбуков на базе ARM-процессоров на основе Windows 8 какие могут вывести на рынок такие компании, как Qualcomm.

Давайте рассмотрим эту архитектуру повнимательнее, начиная с CPU.

Шире, больше, быстрее.

Haswell является логическим продолжением микроархитектурных улучшений, впервые представленных Intel в Sandy Bridge. Новый чип получил поддержку второго поколения набора процессорных инструкций Advanced Vector Extensions (AVX2), которые удваивают пиковую пропускную способность FPU ядра. Пропускная способность кэша L1 и L2 была удвоена, чтобы обеспечить загруженность работой исполняющих блоков, а регистровые файлы целочисленных вычислений и FPU были увеличены. Эффективность прогнозирования ветвления также была повышена. Производительность Haswell на один поток в реальных задачах на неоптимизированном коде, по ожиданиям, должна повыситься на 10-15%. Если же оптимизация под AVX2 есть, разрыв будет намного больше - алгоритмы AVX2 включают поддержку векторизации целочисленных значений, что нет в первой версии.

Наращивание мощности FPU и дополнительная функциональность AVX2 будут иметь огромное значение для увеличения производительности в операциях с плавающей точкой. Процессор способен выполнять до 32 операций с плавающей точкой стандартной точности на одном ядре и 16 с двойной точностью. То есть вдвое больше чем Sandy Bridge; теоретически восьмиядерный процессор на архитектуре Haswell с тактовой частотой 3.8 ГГц будет выдавать 972,8 гигафлопс при стандартном уровне точности и 486,4 гигафлопс при удвоенном. И хотя GPU текущего поколения показывают даже лучшие результаты, в рукаве Intel есть козырь - х86 совместимость. Intel отправил на свалку истории поставщиков RISC-суперкомпьютеров в 1990-х и начале 2000-х просто благодаря тому, что их процессоры были «достаточно хороши», и сейчас то же самое угрожает Nvidia и ее концепции GPGPU. Пропускная способность кэша L1/L2 увеличилась радикально, пропускная способность шины L1 также удвоена. Весь дополнительный объем пропускной способности предназначен для того, чтобы блоки AVX2 не простаивали; ожидается, что Haswell покажет достаточно близкое соответствие теоретических значений производительности к скорости выполнения реальных задач.

И хотя у команда под зеленым флагом скорее всего сохранит преимущество в чистой производительности, четырехъядерник Haswell, достигающий 4 ГГц в турборежиме будет выдавать 256 гигафлопс для операций удвоенной точности (512 гигафлопс при стандартной точности). Такой уровень производительности для операций со стандартной точностью находится очень близко к Nvidia GT 640. А так как производительность операций с удвоенной точностью у карт потребительского сектора Nvidia всегда хромала, четырехъядерные процессоры Haswell вполне могут превзойти GTX 680 от Nvidia и, возможно сровняться с GTX 580 в операциях с удвоенной точностью.

Nvidia может выиграть битву за high-end пользователей, но ценой проигрыша на других направлениях - если Intel решит конкурировать с ней серьезно. Хуже того, не стоит забывать про факт, что каждый ПК, оборудованный видеокартой от Nvidia поставляется с ускорителем Intel по умолчанию. Несомненно, Intel собирается сыграть на потенциальной связи с Xeon Phi, учитывая, что три семинара компании на IDF обращались к проблеме векторизации и касались как Haswell так и Xeon Phi.

GPU Haswell усиливает давление на Nvidia, AMD.

GPU Haswell - по сути модифицированная версия ядер, в настоящее время используемых в Ivy Bridge. Главные изменения наблюдаются в шейдерном массиве - Intel будет предлагать Haswell в версиях с блоком, включающим 10, 20 или 40-шейдеров (GT1, GT2, GT3 соответственно). Чип также будет предлагаться в вариантах, которые включают до 128 Мб встроенной памяти - такой вариант предоставляет каждому GPU небольшой выделенный объем памяти. Intel не особо распространяется о изменениях, внесенных в GPU, но компания заявила, что прирост производительности, демонстрируемый новой конфигурацией GT3 в сравнении с производительностью графического ядра HD 4000, встроенного в Ivy Bridge составляет до 200%.

Даже если рассматривать эту информацию со здоровой долей скептицизма, она все равно не предвещает ничего хорошего для AMD и Nvidia. По данным Anandtech, GPU Trinity в среднем на 18% быстрее, чем Liano в играх. По сравнению с Sandy Bridge, Trinity почти на 80% быстрее. Если же сравнить ее с Ivy Bridge, преимущество уменьшается до 20%. Учитывая то, что уже известно о GPU Haswell и его прогнозируемой производительности, для Intel будет не слишком сложно обеспечить прирост производительности в реальных играх в 30-50%. Если это произойдет, Trinity потеряет статус быстрейшего интегрированного GPU на рынке, переходя в разряд середняков, а AMD теряет свой козырь на рынке видеокарт, который она разыгрывала с момента запуска чипсета AMD 780G четыре года назад.

Таким образом у Саннивейла практически не остается места для маневра. 28 нм APU Kaveri, оснащенный графическим ядром следующего поколения на базе Radeon HD 7000 и новые процессоры на архитектуре Steamroller до сих пор не получили даты анонса. Это означает, что мы можем не увидеть их до конца 2013, и это если производство пойдет без запинок. AMD, скорее всего, предложит обновление - что-нибудь вроде Trinity 2.0, чтобы сдержать натиск со стороны Haswell, но слегка повышенные частоты едва ли спасут ситуацию для AMD.

Последними бастионами AMD остаются рынки, которые Intel в общем-то и неинтересны. Это неустойчивое положение для любой компании, которая мечтает бросить вызов лидеру рынка; AMD просто не может позволить себе тратить на НИОКР достаточно чтобы догнать своего давнего соперника. И едва ли Nvidia стоит почивать на лаврах. Планы Intel недвусмысленно дают понять, что компания абсолютно намерена свести к минимуму ценность отдельных графических процессоров за счет использования интегрированных решений там, где это возможно и поддерживать переход на все меньшие форм-факторы, там где это (пока) невозможно.

Таким образом, если Haswell не будут полным провалом, именно он, а не Kaveri станет новой точкой отсчета для энтузиастов. Этот чип с энергопотреблением в 10 Вт не сможет напрямую конкурировать с потенциальными конкурентами - планшетами на базе Tegra 4 - это задача Bay Trail, 22 нм SoC на базе Atom.

Нет, Haswell не обанкротит AMD или напугать Nvidia до такой степени, что та бросит Tesla, - но если план Intel не будет полным провалом, обе компании будут выдавливаться на рынки узкоспециализированных нишевых продуктов. AMD этот ход берет за живое - ее выдавливают на рынки low-end продуктов, которые не представляют ценности для Intel. Nvidia же теперь придется очень постараться, чтобы убедить OEM-производителей найти место для отдельного GPU в их компьютеров, хотя маркетинговая политика Intel и предпочтения покупателей тянут в другую сторону. Предпочтения энтузиастов, исторически слабая поддержка драйверов Intel, и сила бренда Nvidia поможет, но свалка истории IT-индустрии полна компаний, которые считали, что их бренд будет держать пользователей, даже если технические характеристики их продукции хуже чем у конкурентов. Энтузиастов интересует только производительность, а не то, какая компания за ней стоит.

Однако пока что мы поговорили только о решениях для энтузиастов и настольных решений, что немного нелогично, учитывая растущую не по дням а по часам рыночную долю ноутбуков и ультрабуков. Многие усовершенствования архитектуры Haswell были направлены именно на оптимизацию под них. Какие именно? Давайте разберемся.

Интеграция

Haswell для ультрабуков будет иметь TDP 15 Вт, почти как Sandy Bridge, на котором основываются ультрабуки сегодня. Главной новостью здесь является то, что Intel переместит PCH (хаб контроллера платформы) на ту же подложку, что и процессор благодаря чему версия Haswell для ультрабуков будет содержать все компоненты платформы в едином чипе. Sandy Bridge состоял из двух компонентов, поставляемых Intel - процессора и PCH, Haswell же будет единым MCP (многочиповым пакетом). Это означает что на одной подложке будут размещены два вычислительных кристалла, что зачастую явлется предпосылкой к объединению и самих кристаллов (возможно, после перехода на 14 нм техпроцесс?). Единый MCP будет занимать меньшую площадь, чем связка CPU + PCH которая используется сейчас сегодняшний день, что позволит сделать компоновку материнских плат менее плотной (или сделать сам платы меньше), и, возможно, ставить в ультрабуки еще большие батареи. Это значительный шаг который демонстрирует, что грань между железом для планшетов и ультрабуков начинает размываться.

Стоит отметить, что Haswell для ультрабуков может располагать двумя ядрами максимум, хотя версии для ноутбуков и настольных систем могут иметь и больше.

Энергоэффективная память и новый сокет

Список поддерживаемой памяти также скорректирован в сторону оптимизации энергопотребления. Все три версии Haswell будут поддерживать DDR3L, хотя настольное исполнение дополнительно может использовать обычную DDR3, а версия для ультрабуков - LPDDR3. Все три варианта оснащены двумя каналами памяти.

Важно отметить, что, несмотря на фокусирование Haswell на энергоэффективности, архитектура, масштабируется ничуть не хуже, чем Sandy Bridge (будут доступны компоненты для настольных систем с TDP в 95 Вт, хотя прямое сравнение тепловых пакетов может быть не вполне корректным). Что логично, так как единая эффективная архитектура, как правило, может охватывать широкий спектр TDP, не теряя в эффективности.

Другие особенности Haswell включают встроенные регуляторы напряжения (что должно упростить компоновку материнских плат), поддержку набор инструкций AVX 2.0 ну и, разумеется, AES-NI и Hyper-Threading. Выход Haswell также повлечет за собой смену сокета: на настольных компьютерах пропишется LGA-1150.

Заключение

В действительности, удивительного тут мало. Все знали встроенные графические ядра будут становиться все быстрее, хотя по-прежнему неясно, насколько именно мощным будет вариант GT3. Настоящей проверкой его возможностей будет решение компаний-производителей, продолжать ли устанавливать в свои продукты дискретные видеоадаптеры (весьма показательным был бы пример Apple в отношении, скажем, Macbook Pro). Насколько нам известно, планы Intel по усилению своих позиций в сегменте интегрированной графики были встречены с полным одобрением в Купертино.

Продолжение интегрирования новых функций в одном чипе - значительный шаг в области x86 CPU высокого класса, и все указывает, что в грядущем 2013 году разница между планшетами и ноутбуками будет размываться и дальше.

ВведениеТак уж повелось, что каждый год компания Intel обновляет микроархитектуру своих процессоров, нацеленных на использование в общеупотребительных персональных компьютерах. Этот график стал уже настолько привычен, что воспринимается как что-то само собой разумеющееся. Sandy Bridge были выпущены в начале 2011 года, Ivу Bridge появились в апреле 2012, а актуальные на данный момент Haswell были представлены 4 июня прошлого года. Учитывая сложившийся распорядок, рынок уже вовсю ожидает процессоры нового поколения – Broadwell. Однако с ними всё сложилось не слишком удачно. Внедрение нового 14-нм техпроцесса, который Intel должна использовать для производства Broadwell, натолкнулось на сложности производственного характера. Поэтому изначальный план, предполагавший появление нового поколения процессорного дизайна в середине этого года, пришлось пересмотреть. Согласно имеющимся актуальным данным, анонс мобильных энергоэффективных вариантов Broadwell произойдёт накануне Нового года, а основанные на этом дизайне процессоры для массовых настольных и мобильных компьютеров станут доступны лишь в следующем году.

В сложившейся ситуации Intel решила как-то скрасить незапланированное затянувшееся ожидание новинок и придумала акцию, получившую кодовое название Haswell Refresh. Её суть заключается в том, что вместо выхода новых процессоров Broadwell компания предлагает усовершенствованные модели старых, производительность которых улучшена не новой микроархитектурой, а увеличенными тактовыми частотами. Официальный анонс CPU, входящих во множество Haswell Refresh, был назначен на 11 мая, и он уже состоялся. В интеловском прайс-листе появилось 42 новые позиции, 24 из которых нацеливаются на настольные системы различных классов. В этом обзоре мы познакомимся с теми из обновлённых Haswell, которые предназначаются для ординарных десктопов и относятся к семействам Core i7, Core i5 и Core i3.

Подробнее о Haswell Refresh для десктопов

Процессоры Haswell Refresh для настольных систем

Слева – обычный Haswell, справа – Haswell Refresh

Core i7-4790

Core i5-4690



Core i5-4590



Core i5-4460

Core i3-4360



Core i3-4350



Core i3-4150

Как мы тестировали

Процессоры:

Intel Core i7-4790 (Haswell, 4 ядра + HT, 3,6-4,0 ГГц, 4x256 Кбайт L2, 8 Мбайт L3);
Intel Core i7-4770K (Haswell, 4 ядра + HT, 3,5-3,9 ГГц, 4x256 Кбайт L2, 8 Мбайт L3);
Intel Core i5-4690 (Haswell, 4 ядра, 3,5-3,9 ГГц, 4x256 Кбайт L2, 6 Мбайт L3);
Intel Core i5-4670K (Haswell, 4 ядра, 3,4-3,8 ГГц, 4x256 Кбайт L2, 6 Мбайт L3);
Intel Core i5-4590 (Haswell, 4 ядра, 3,3-3,7 ГГц, 4x256 Кбайт L2, 6 Мбайт L3);
Intel Core i5-4570 (Haswell, 4 ядра, 3,2-3,6 ГГц, 4x256 Кбайт L2, 6 Мбайт L3);
Intel Core i5-4460 (Haswell, 4 ядра, 3,2-3,4 ГГц, 4x256 Кбайт L2, 6 Мбайт L3);
Intel Core i5-4440 (Haswell, 4 ядра, 3,1-3,3 ГГц, 4x256 Кбайт L2, 6 Мбайт L3);
Intel Core i3-4360 (Haswell, 2 ядра + HT, 3,7 ГГц, 2x256 Кбайт L2, 4 Мбайт L3);
Intel Core i3-4350 (Haswell, 2 ядра + HT, 3,6 ГГц, 2x256 Кбайт L2, 4 Мбайт L3);
Intel Core i3-4340 (Haswell, 2 ядра + HT, 3,6 ГГц, 2x256 Кбайт L2, 4 Мбайт L3);
Intel Core i3-4150 (Haswell, 2 ядра + HT, 3,5 ГГц, 2x256 Кбайт L2, 3 Мбайт L3);
Intel Core i3-4130 (Haswell, 2 ядра + HT, 3,4 ГГц, 2x256 Кбайт L2, 3 Мбайт L3).

Процессорный кулер: Noctua NH-U14S.
Материнская плата: Gigabyte Z87X-UD3H (LGA1150, Intel Z87 Express).
Память: 2x8 Гбайт DDR3-2133 SDRAM, 9-11-11-31 (G.Skill F3-2133C9D-16GTX).
Видеокарта: NVIDIA GeForce GTX 780 Ti (3 Гбайт/384-бит GDDR5, 876-928/7000 МГц).
Дисковая подсистема: Intel SSD 520 240 GB (SSDSC2CW240A3K5).
Блок питания: Corsair AX760i (80 Plus Platinum, 760 Вт).

Intel Chipset Driver 10.0.13;
Intel Management Engine Driver 10.0.0.1204;
Intel Rapid Storage Technology 13.0.3.1001;
NVIDIA GeForce Driver 335.23.

Производительность

Энергопотребление

Выводы