Зміст вступ
Haswell - четверте покоління ЦП мікроархітектури Intel Core. Такий собі «так» для Ivy Bridge, з типовою 22 нм технологією виробництва. Але мені хотілося б почати огляд з однієї причини, а вірніше - наслідки того, куди спрямований вектор розвитку процесорів.
«Темний кремній»
Півстоліття тому один із засновників Intel Гордон Мур сформулював закон, згідно з яким кількість транзисторів на кристалі подвоюється приблизно кожні два роки. Правило дотримувалося протягом половини століття, оскільки з'являлися нові технічні процеси, і виробництво поступово переходило з 150 нм на 28 нм, продовжуючи постійно зменшуватися. Ще кілька років тому вважалося, що після 45 нм перейти на 28 нм буде важко, а до 14-10 нм доберуться тільки самі просунуті і багаті виробники.
Але в цьому році AMD готується освоїти 20-22 нм техпроцес, а Intel виготовляє 22-нанометрові рішення вже більше року. До 2018-2020 років число шарів металізації досягне 18-20, а кількість транзисторів всередині процесора перевищить трильйон! Божевільні цифри, які говорять про практично досягнутому межі технологій.
Зворотний бік медалі - це зростаючі струми витоку, що протікають через закритий транзистор, що є основним чинником зростання енергоспоживання, яке в ідеальному випадку не повинно змінюватися. Але в існуючій реальності в результаті глобального зростання енергоспоживання, а значить, і тепловиділення, процесори поступово перетворюються в маленькі ядерні реактори. І на цьому етапі інженерам довелося шукати варіанти вирішення проблеми.
Існує кілька підходів, що дозволяють мікроелектроніці процвітати в епоху темного кремнію: впровадження нових технологічних досягнень, спеціалізація і управління енергоспоживанням і оптимізація на системному рівні, параллелизация для підвищення енергоефективності.
Так як процесор в різний період часу своєї роботи задіюється в повному обсязі, а лише частково, з'явилася ідея відключати невикористовувані блоки, які отримали назву «темний кремній». І чим більше згаслих ділянок (ті, що працюють на значно зниженою тактовою частотою або повністю відключені), тим менше енергоспоживання CPU.
В майбутньому мікроелектроніці потрібно зробити прорив у використанні транзисторів, які виготовлені не за традиційною MOSFET-технології. Винахід Tri-Gate- і FinFET-транзисторів, а також High-K-діелектриків дозволило на одне-два покоління процесорів відстрочити неминуче, все ж мікроелектроніка наближається до фінальної стадії розвитку. Хоча б тому, що недавно впроваджені технології є, по суті, разовими поліпшеннями.
Спроби знайти заміну MOSFET робляться давно, і частина з них вже існує в кремнії. Зараз є як мінімум два кандидати: TFET-транзистори і наноелектромеханічні транзистори. Від них очікують радикального зменшення струмів витоку, але промислове виготовлення поки не освоєно. З тієї ж причини через зростання струмів витоку збільшувати число ядер у міру зменшення розміру осередків неможливо. Інакше одночасне включення всіх виконавчих пристроїв приведе до надзвичайно високого рівня енергоспоживання.
На думку сучасних аналітиків, це неприпустимо. Та й постачати такі ЦП двокілограмовими радіаторами нерозумно. Не варто забувати і про силовий частини, розташованої на материнській платі. Їй доведеться видавати струм великої потужності. Тому впровадження «темного кремнію» в процесори на даний момент єдиний спосіб стримати TDP в розумних межах і не зменшити питому продуктивність CPU. Фактично це відповідь на зростання частоти, енергоспоживання і числа транзисторів.
Окремої уваги потребує застереження про фінансову сторону питання виробництва процесорів. Теоретично, чим більше кристалів поміщається (оскільки їх розмір зменшився), тим вигідніше виробляти нові моделі. Але на практиці це стає практично безглуздим: з'являються проблеми корпусування, витрати на розробку і виготовлення нових літографічних масок складають до третини собівартості виробництва, що призводить до зростання вартості за одиницю площі кремнію. І, в кінцевому рахунку, робить перехід на новий техпроцес фінансово непривабливим. Не забудьте і про повернення витрачених коштів. Чим швидше і частіше ви переходите з більшого на менший техпроцес, тим довше вам треба випускати і продавати товар. З іншого боку, вихід придатних кристалів вище.
Другий сценарій розвитку процесорів - це зменшення площі кристала. Що і відбувається кожні два-три роки. Сам по собі варіант непоганий, хіба що доведеться ускладнювати розведення мікросхеми, закуповувати дороге обладнання, проводити дослідження. Крім цього, на певному етапі розробники отримають сильно перегріті ділянки в процесорі і зіткнуться з проблемою охолодження. Явний тому приклад - перехід від Sandy Bridge до Ivy Bridge.
А з виходом Haswell додатковий нагрів створюють елементи управління живленням, розташовані тепер під кришкою. Найімовірніше решта площі при переході на більш тонкий техпроцес буде використана для зниження енергоспоживання - з девізом «Більше темного кремнію - значить краще!».
І в підсумку введення нового поняття ( «темний кремній») дозволяє виробникам заощаджувати пікове і середнє енергоспоживання, залишаючись в рамках фіксованого розміру кристала і обмеженого TDP. Так що в найближчому майбутньому процесори будуть зберігати корисну площу і поступово скорочувати енергоспоживання.
Haswell: вид зовні
Дво- і чотирьохядерний варіанти Haswell.
Рішення покоління Haswell створювалися з оглядкою на постійно зростаючий сектор ноутбуків і ультрабуків. Тому до нових процесорів висувалися відповідні вимоги. А десктопний варіант - це адаптований до настільним системам ЦП з великими частотами. На жаль, але обчислювальна частина Haswell не є його перевагою по відношенню до Ivy Bridge. Взагалі, говорячи про продуктивність нових моделей Intel, в першу чергу звертають увагу на структурні зміни (система харчування перебралася в CPU, нове графічне ядро), а не на питому швидкість виконання 2D завдань.
Революційних змін архітектури Intel HD Graphics в Haswell у порівнянні з Ivy Bridge немає, але є нові можливості (в тому числі збільшена кількість виконавчих пристроїв і деякі архітектурні поліпшення), що призводять до зростання продуктивності і істотного зниження енергоспоживання.
Підтримувані API:
- Haswell - DirectX 11.1, OpenGL 4.0 і OpenCL 1.2;
- Ivy Bridge - DirectX 11.0, OpenGL 3.3 і OpenCL 1.1.
Залежно від моделі процесора GPU Haswell будуть випускатися в різних модифікаціях, що відрізняються кількістю виконавчих пристроїв (EU). До модифікаціям GT1 і GT2 додасться нова - GT3. Вона буде включати не тільки вдвічі більше EU, ніж GT2, а й дворазове збільшення кількості блоків растеризації, операцій з пікселями (Stensil buffer, Color Blend), і кеша третього рівня. Такий підхід теоретично на 50-70% підніме пікову продуктивність вбудованої графіки, яка, як ви знаєте, все ще істотно програє APU (Accelerated Processing Unit) AMD.
дивимося вглиб
Для того щоб зрозуміти, наскільки серйозно Intel розширила відведену для GPU частина процесора, спочатку треба оцінити кількісні поліпшення. Так, Command Streamer (CS) доповнений одним блоком Resource Streamer (RS). Блок сам по собі унікальний для сучасної архітектури Intel, тому як відмінно вписується в концепцію перекладання роботи з CPU на GPU. Частково він робить те, що раніше робили драйвери, але, на жаль, повністю замінити програмну сутність він не в силах.
Триває і розвиток управлінням Ring Bus. Ще з часів Sandy Bridge Intel вловила напрямок розвитку технологій і високу значимість енергоспоживання, і «відв'язала» частоту кільцевої шини від обчислювальних блоків ЦП. Тепер Ring Bus змінює свою частоту в більш широких межах і навіть незалежно від частоти процесора, що додатково заощаджує енергію.
Оновилися і блоки медіасистеми - в цілому вони такі ж, як і в Ivy Bridge, але, як завжди 
, Краще.
- Кодування MPEG2;
- Поліпшення якості кодування відео, можливість вибору між продуктивністю і якістю (режими Fast, Normal і Quality);
- Декодування SVC (Scalable Video Coding) в AVC, VC1 і MPEG2;
- Декодування Motion JPEG;
- Декодування відео високої роздільної здатності - до 4096х2304 пікселів.
У процесорі з'явилося нове виконавчий пристрій - Video Quality Engine ( «Блок якості відео»), яке відповідає за різні поліпшення якості (шумозаглушення, деінтерлейсінг, корекція тону шкіри, адаптивне зміна контрасту). Але тільки в Haswell до них додали ще дві особливості: стабілізацію зображення і перетворення частоти кадрів.
Зі стабілізацією зображення ми знайомі давно, оскільки GPU і APU AMD давно запропонували її нам, а перетворення частоти кадрів фішка набагато цікавіша. Це апаратне рішення, яке перетворює 24-30 кадрове відео в 60 кадрів! У компанії Intel заявляють про інтелектуальний суміщенні і додаванні кадрів, а не про просте розмноженні або інтерполяції кадрів. Якщо коротко, технологія обчислює рух сусідніх кадрів і за допомогою блоку «перетворення частоти кадрів» робиться інтерполяція і вставка.
Крім цього з'явилися такі можливості:
- Робота трьох моніторів одночасно;
- Display Port 1.2 з послідовним підключенням панелей;
- Підтримка дисплеїв з високою роздільною здатністю до 3840х2160 @ 60 Гц через Display Port 1.2 і 4096х2304 @ 24 Гц через HDMI включно;
- Розташування «Колаж».
Режим «Колаж» з'єднує чотири монітори, перетворюючи всю доступну поверхню в 4К дисплей. Для цього передбачається використовувати спеціальні розгалужувачі.
Що стосується самої архітектури, то блокова схема, коли всі процесори побудовані з окремих уніфікованих блоків, нікуди не поділася. Але найголовніше те, що процесори Haswell просто-таки вимагають нового роз'єму, очевидно теж енергоефективного .
Нова архітектура Haswell як і раніше відмінно справляється з моно- і багатопотокової навантаженням. Ревізії піддалися дві речі: черга декодованих інструкцій і ємність буферів (в бік збільшення). Це дало деяке збільшення точності передбачення переходів і підвищення оптимізації розподілу потоків в режимі Hyper-Threading. Важливим елементом в будові стали нові інструкції, покликані в потрібний момент дати двократне зростання швидкості. На жаль, збільшена пропускна здатність кеш-пам'яті (першого і другого рівнів) сусідить зі старою латентностью.
Процесори Intel Core виконували до шести мікрооперацій паралельно. Хоча внутрішня організація і містить більше шести виконавчих пристроїв, в системі є тільки шість стеків виконавчих блоків. Три порту задіюються для операцій з пам'яттю, що залишилися три - для інших обчислень (математичних).
Протягом багатьох років Intel додавала додаткові типи інструкцій і змінювала ширину виконавчих блоків (наприклад, в Sandy Bridge були додані 256-бітові AVX операції), але вона не переглядала кількість портів. А ось Haswell нарешті обзавівся ще двома виконавчими портами.
Для модельного ряду Haswell Intel ввела нову умову по частині харчування. Процесори будуть працювати з інтегрованими регуляторами напруги, які встановлені всередині. Хоча немає ніяких перешкод для повної інтеграції харчування в кремній, розробники обмежилися окремої мікросхемою поруч з кристалом CPU.
У Haswell встановлено двадцять осередків, кожна з яких розміром 2.8 мм 2 і створює віртуальні 16 фаз з максимальною силою струму 25 ампер. Нескладно підрахувати, що в цілому регулятор містить 320 фаз для живлення процесора і забезпечує дуже точне регулювання напруги. Можливо, в наступному поколінні ЦП Broadwell ці компоненти харчування будуть остаточно перенесені всередину кристала CPU.
Новий набір логіки
модель Сьома
серія Восьма
серія Кількість USB портів 14 14 Порти USB 3.0 до 4 до 6 xHCI порти 4 USB 3.0 20 USB (14 + 6) PCI-e До 8 PCI-e 2.0 До 8 PCI-e 2.0 SATA порти 6 6 SATA 6 Гбіт / с до 2 до 6
Основний напрямок розвитку чіпсета - велика інтеграція периферійних портів. Кількість USB 3.0 і SATA 6 Гбіт / с збільшилася до шести портів. На цьому видимі зміни і закінчилися.
Telegram-канал @overclockers_news - це зручний спосіб стежити за новими матеріалами на сайті. З картинками, розширеними описами і без реклами.
