Микроархитектура Intel Haswell в сегменте настольных систем. Обзор процессора Intel Core i7-4770К и материнской платы Gigabyte GA-Z87X-UD3H
28.06.2013 00:05
—
Новости Hi-Tech
После того, как в далеком 2007 году Intel объявила о своей долгосрочной стратегии развития под названием "тик-так", о ней стало принято упоминать во всех обзорах новых CPU. Согласно ей, значительные архитектурные преобразования и переход на новый технологический процесс должны чередоваться. По данной классификации теперь уже прошлая микроахитектура Ivy Bridge была циклом "тик", а новая – Haswell, анонсированная в начале июня, стала циклом "так". В то же время рынок ПК с 2007 года претерпел ряд значительных метаморфоз и компьютеры на архитектуре х86, особенно настольные, оказались под угрозой. Нет, не вымирания, но серьезного снижения спроса – точно. Впрочем, это даже не угроза, а свершившийся факт. Мобильные устройства на основе ARM-процессоров заметно потеснили привычные х86-решения, и этот процесс продолжается.
В связи с этим, чтобы не стать частью истории или не оказаться на задворках высокотехнологичного сектора, в Intel вполне своевременно было принято решение о смене ориентиров. Очевидно, что погоня за увеличением вычислительной мощности сегодня уже не актуальна – с подавляющим большинством пользовательских задач достаточно хорошо справляются и решения, выпущенные годы назад. Теперь в фокусе внимания разработчиков оказалась абсолютная величина энергопотребления – наиважнейший параметр в мобильных устройствах. Согласитесь, что мало кого заинтересует даже феерически производительный мобильный процессор, если он будет «съедать батарейку» за час.
Итак, новая микроархитектура Haswell – это в первую очередь большой шаг в сторону снижения энергопотребления. Теперь линейка процессоров Core начинается с теплового пакета (TDP) 11 Вт. При этом Intel уверяет, что пользователи настольных систем, для которых TDP не имеет решающего значения, все же получат и значительное увеличение производительности, потому как Haswell – микроархитектура достаточно гибкая. Хотя факт остается фактом – сегмент настольных ПК больше не является для компании приоритетным.
Что же, познакомимся с ней поближе, а заодно и новой настольной платформой в целом. Представлять ее будет процессор Intel Core 4770К и материнская плата Gigabyte Z87X-UD3H.
Микроархитектура Haswell применительно к настольным ПК
Как уже было сказано выше, при разработке Haswell на первом месте перед разработчиками стояла задача максимальной адаптации процессоров Core для использования в составе мобильных устройств. То есть основной упор был сделан на снижение энергопотребления и, как следствие, тепловыделения. Здесь был предпринят целый комплекс мер, в числе которых и введение новых состояний энергосбережения, позволяющих отключать неиспользуемые блоки процессора в любых режимах. Однако в настольном сегменте все это не особо актуально.
Поскольку Haswell относится к циклу "так", технологические нормы производства остались на уровне Ivy Bridge, то есть 22 нм. А вот микроархитектура была переработана, но, в очередной раз повторимся, основные изменения коснулись моментов, влияющих на энергопотребление. Мер, направленных на увеличение производительности, не так много. Все функциональные блоки и шины для их объединения были позаимствованы у Ivy Bridge, а метаморфозам подверглись лишь части узлов.
Так, немного изменился вычислительный конвейер, хотя его длина составляет все те же 14-19 стадий. Усовершенствованию подвергся механизм микроинструкций. Исходя из официально представляемой информации Intel, вычислительные ядра обзавелись двумя новыми исполнительными портами для целочисленных операций и обработки ветвлений. Теоретически с таким дизайном ядро Haswell может обрабатывать до восьми операций за такт. В свою очередь выделение четырех портов, способных работать с целочисленными инструкциями, позволяет исполнять соответствующий код с темпом декодера.
К значительным изменениям определенно можно отнести и добавление новых вычислительных инструкций AVX2. Сюда входят 256-битные SIMD-команды для обработки целочисленных операций и операций с памятью. Появились и принципиально новые, вещественночисленные инструкции FMA3 (Fused Multiply-Add) одновременно включающие в себя пару операций – умножение и сложение. Инструкции AVX2/FMA3 применимы к высокопроизводительным вычислениям, обработке аудио-видео контента и расчетам в компьютерных играх, где выполнение их старыми средствами заметно тормозило работу процессора.
Реализация исполнения наборов команд AVX2/FMA3 – это ответное решение Intel на популярную нынче практику вычислений силами графических процессоров. В этом ключе Haswell могут оказаться намного быстрее предшественников. То есть эволюция производительности здесь идет не по схеме ускорения выполнения старого кода, а путем введения поддержки новых, более эффективных инструкций.
Также был улучшен и параллелизм исполнения микроинструкций и работа в однопоточном режиме. В целом, все это направлено на увеличение эффективности работы известной технологии Hyper-Treading, которая призвана компенсировать малое количество вычислительных ядер в мобильных процессорах.
Положительные метаморфозы коснулись и кэш-памяти. При сохранении латентности первого и второго уровня (L1 и L2), их пропускная способность удвоилась. Соответственно, кэш-память третьего уровня теперь работает на собственной частоте, без синхронизации с вычислительными ядрами, что автоматически увеличивает ее латентность.
В итоге ситуация с производительностью новой микроархитектуры Haswell получилась несколько неоднозначной. С одной стороны новые процессоры все же могут оказаться быстрее соответствующих предшественников, но не всегда и не настолько, как хотелось бы. Несмотря на почти полное внешнее сходство с Ivy Bridge, конвейер Haswell все же подвергся переработке и балансировке, в результате чего, хоть скорость декодирования инструкций и осталась неизменной, их исполнение теоретически может происходить заметно быстрее и с улучшенным параллелизмом.
Как все это проявится в реальных задачах мы увидим после проведения соответствующих тестов, но прежде взглянем на еще один немаловажный блок нового процессора – графическое ядро, которое, по сравнению с предыдущими, подверглось более глобальным изменениям.
Содержание статьи: