Haswell

Haswell on Inteli 4. põlvkonna Intel® Core™ protsessori perekonna mikroarhitektuuri koodnimetus. Haswell on mikroarhitektuuride Sandy Bridge ja Ivy Bridge järeltulija. Nagu Ivy Bidge, kasutab ka Haswell 22-nanomeetrist tehnoloogiat ning töötab Inteli uute protsessori perekondade väljalaskmise "tick-tock" mudel järgi kui "tock". Protsessorite ametlik väljalaskekuupäev oli 4. juuni 2013. Haswellile järgnevad mikroarhitektuurid nimetustega Broadwell, Skylake ja Skymount, mis kasutavad 14 nm ja 10 nm tehnoloogiat.

Haswelli mikroarhitektuuriga on tegemist siis, kui protsessorile on märgitud Core i3, i5 või i7, millele järgneb number 4-ga algav kombinatsioon.

Intel tutvustas Haswelliga väikse energiatarbega protsessorit, mis on disainitud mõeldes eelkõige Ultrabook arvutitele, tahvelarvutitele, sülearvuti ja tahvelarvuti hübriididele ning mobiilidele. Olulisteks omadusteks on parem jõudlus ja samaaegselt paranenud aku kestvus võrreldes eelmiste mikroarhitektuuridega. Üksikud protsessorisisesed tuumad võivad kanda informatsiooni 25 protsenti kiiremini võrreldes Ivy Bridge protsessoritega.

Energiat säästvateks täiendusteks on kiibistiku üleviimine samale paketile protsessoriga, mille tõttu protsessor kulutab vähem soojust ja saavutab parema võimsusekontrolli ning tri-gate transistorid (kasutatakse ka Ivy Bridge mikroarhitektuuris). Need täienduste mõjud on tugevamad eelkõige väikse võimsusega seadmete puhul.

Haswelli tegeliku jõudluse paremuse kohta on erinevaid arvamusi, eelkõige lauaarvutite osas.

Disain 
Haswell on loodud nii serveritele, lauaarvutitele, sülearvutitele, tahvelarvutitele ja mobiiltelefonidele.

Intel soovis luua kompaktset lahendust, mis oleks piisavalt paindlik, et leida kasutust mobiilsetes seadmetes nagu tahvelarvutites, aga samas sobiks ka nõudlikumatele workstation-arvutitele ja serveritele. Haswell loodi spetsiaalselt selleks, et kasutada optimaalselt energiat ning samal ajal hoida kõrget jõudlust. Säilitatud on enamik Sandy Bridge ja Ivy Bridge arhitektuuri disainist.

Teisendid 
 Haswell-DT: LGA 1150 sokkel, lauaarvutitele (Desktop version)
 Haswell-MB: PGA tüüpi sokkel, tahvelarvutitele ja Netbook arvutitele (Mobile version)
 BGA tüüpi sokkel:
 47 W ja 57 W nõutava jahutusvõimsuse (TDP) klass: Haswell-H – sülearvutitele, 'All-in-One' süsteemidele, Mini-ITX tüüpi emaplaadid (Mobile version)
 13.5 W ja 15 W nõutava jahutusvõimsuse klass (MCP): Haswell-ULT – Notebook-arvutitele (Ultra Low TDP)
 10 W TDP klass (SoC): Haswell-ULX – Ultrabook-seadmed (Ultra Extremely Low TDP)

Märkused 
Ainult teatud neljatuumalistel ja BGA R-seeria SKU-del on GT3 (Intel HD 5000, Intel Iris 5100) või GT3e (Intel Iris Pro 5200) integreeritud graafikaprotsessor. Ülejäänud mudelitel on GT2 integreeritud graafikaprotsessor (Intel HD 4X00).

Tahvelarvutite ja Ultrabooki platvormide väiksema võimsuse tõttu on Haswell-ULT ja Haswell-ULX saadaval ainult kahetuumalistena. Teised mudelid on saadaval kahe- ja neljatuumaliste variantidena.

Jõudlus 
Võrreldes Ivy Bridge mikroarhitektuuriga:
 6% kiirem jõudlus ühelõimelises (singlethreading) protsessis.
 Kiirem jõudlus mitmelõimelises (multithreading) protsessis.
 Kehvem hinna ja jõudluse suhe.
 Lauaarvuti Haswelli teisendid vajavad koormuse all kuni 23% rohkem energiat.
 6% tõus järjestikustes protsessori jõudlusprotsessides (kaheksa teostusporti tuuma kohta varasema kuue asemel).
 Kuni 20% suurem jõudlus Haswell HD 4600 graafikaprotsessoril võrreldes Ivy Bridge'i sisseehitatud Intel HD 4000 graafikaprotsessoriga.
 Umbes 15 °C kõrgem protsessori temperatuur.
 4,2 GHz taktsageduse ületamine on vaevaline.
Suurem areng on toimunud aku kestvuse parandamisel ja graafikaprotsessori tuumade muutmisel.

Tehnoloogia

Graafika 
Enamikul Haswelli protsessoritest on integreeritud HD 4600 kiip, vähemal määral HD ja HD 5000. Graafikaprotsessori uuendusteks on integreeritud "on-package" EDRAM-mälu. Võimsamad kiibid on Intel Iris Graphicsi omad. Iris 5100 graafikaprotsessor leidub Inteli 4. generatsiooni Core i7-4000U protsessoriga õhukestes ja kergetes UltraBooki arvutites, ning Iris Pro 5200 graafikaprotsessori leiab H ja R seeriate kiipidelt, mis asuvad suuremaid energiakulutusi tegevates sülearvutites ja lauaarvutites (võrreldes eelkäijatega 50% suurem jõudlus 3D-graafikatöötluses). Iris graafikaprotsessorid vajavad vähemalt 28 W nõutavat jahutusvõimsust, et oma eeliseid maksma panna. 4. generatsiooni 65 W TDPga kiibid on peaaegu kaks korda efektiivsema jõudlusega võrreldes 3. generatsiooni 77 W kiipidega. Kasutades 4. generatsiooni 84 W TDP-ga protsessorit, tõuseb jõudlus 3 korda. Haswelli graafikaprotsessoritel on olemas OpenGL 4, DirectX 11.1 ja OpenCL 1.2, koos suurendatud 4Kx2K resolutsiooniga, toetus ja DisplayPort 1.2 kaks korda suurenenud ülekandekiirus.

Ivy Bridge'ilt üle kantud omadused 
 22 nm tootmisprotsess
 kaks või neli tuuma; graafikakaart, mis jagab viimase taseme vahemälu (LLC) protsessori tuumadega ja töötab mälukontrolleriga (läbi süsteemi "agendi")
 3D Tri-gate transistorid
 14–19-etapiline töökäik (instruction pipeline), sõltuvalt kas "tööjuhend" on leitav "mikrooperatsiooni" vahemälust või mitte.
 L1/L2-vahemälu latentsus.
 Intel Core mikroarhitektuurid toetavad kahe "lõimejuhendi" ühe tuuma kohta täideviimist, et parandada täideviimisel riistvara kasutust.
 Toetus hüperhargtöötluse (hyperthreading) tehnoloogiale.
 Mikrooperatsiooni vahemälu on võimeline hoidma 1.5 K "mikrooperatsioone" (µop). (See on spetsiaalne vahemälu, mis hoiab dekodeeritud instruktsioonide mikrooperatsioone.)
 Mobiiltelefoni kiibid on saadaval kahe või neljatuumaliste konfiguratsioonidega, kuid mälu kontrollerid toetavad ainult DDR3L DIMM mälu (võimsam Intel GT3 protsessor).
 Kahekanalise DDR3 mälu toetus, kuni 32 GB RAM mäluga LG 1150 sokliga variantidel.
 64 kB (32 kB juhendile + 32 kB andmetele) L1 protsessori vahemälu ja 245 kB L2 protsessori vahemälu ühe tuuma kohta.
 DDR3 ja DDR4 mälu toetus

Uued omadused 
 Uus LGA 1150 sokkel lauaarvutitele ja rPGA947 & BGA1364 soklid teistele mobiilsetele (arvuti)seadmetele.
 Integreeritud pingeregulaator (FIVR). Mõned komponendid on viidud emaplaadilt protsessorile ja mitmed pingeregulaatorid on kombineeritud üheks. Sellest tulenevalt on seadmete suurus väiksem. Tulemuseks on üleüldine süsteemi energiavajaduse langus (~20%), võrreldavad protsessori ja graafikaprotsessori võimsused, kuid suurem "käivitumisenergia" vajadus (~10%). See muudab Haswelli sobivaks mobiilsetele arvutiseadmetele, kus seade on tihti jõudeolekus ja toimub tihe veebilehtede vahetus. FIVR on implementeeritud kui eraldi 13x8 mm "pakendatud" alus, mida toodetakse 90 nm protsessis.
 25% suurenenud aku kestvus võrreldes Ivy Bridge'iga. Lauaarvutite puhul, kui tegeletakse mängimise, pildi- ja videotöötlusega, on Haswelli kasu väike.
 Väikse võimsusega vooluringete kasutus.
 Ooterežiimis oleku vähenenud energiakasutus: 20 korda väiksem võrreldes eelmise generatsiooniga.
 Madalam minimaalne opereerimispinge (vähendab aktiivset energiakasutust).
 Uus tehete täideviimisport (integer dispatch port) ja uus mäluport, täideviimisajaks 8 uops tsükli kohta. Täideviimisüksused, mis on kinnitatud vastavatele portidele, on tasakaalustatud ja suurendatud üksiku tsükli 245-bitise SIMD täideviimisega.
 Haswelli uued käsutäitmisjuhised (HNI, sisaldab Advanced Vector Extensions 2 (AVX2); vector addressing, BMI1+BMI2, LZCNT ja FMA3 toetus).
 Olemas on dekodeerimise järjekorra juhis, mis hoiab instruktsioone, kui need on dekodeeritud; ei ole staatiliselt osadeks jaotatud kahe lõimuva tegevuse vahel.
 Z97 (jõudlus) ja H97 (tava) kiibistikud Haswell Refresh ja Broadwell mikroarhitektuurile.
 Uus LGA 2011-3 sokkel X99 kiibistikuga (Haswell-E Halo Platform Enthusiast-Class – turul 2014. teises pooles).
 Inteli ülekande-sünkroonimislaiendused teatud mudelitel (Intel Transactional Synchronization Extensions (TSX)).
 Graafikaga seotud toetused: Direct3D 11.1, OpenGL 3.2+ .
 DDR4 mälu enterprise/server teisenditele (Haswell-EX) ja Enthusiast-Class Desktop Platform Haswell-E teisenditele.
 Varieeruv protsessori sisemine baassagedus, näiteks LGA 2011 puhul.
 Neli versiooni integreeritud graafikaprotsessorist: GT1, GT2, GT3, 40 "täideviimisüksust" ja GT3e. Ivy Bridge'il on maksimaalselt 16 "täideviimisüksust". GT3e versioon 40 "täideviimisüksusega" ja 128 MB DRAM-ga (eDRAM), nimega Crystal Well, on ainult saadaval mobiilsetes H-SKU-des ja lauaarvuti (ainult BGA) R-SKU-des. eDRAM on Level 4 vahemälu, mida jagatakse dünaamiliselt alusel graafikaprotsessoriga ja protsessoriga, ning tegutseb kui "ohver" vahemäluna protsessori L3-vahemälule
 Toetus Thunderbolt ja Thunderbolt 2.0 tehnoloogiale.
 Uus voolusäästev süsteem.
 37, 47, 57 W nõutava jahutusvõimsusega (TDP) mobiili protsessoritele.
 35, 45, 65, 84, 95 ja 130–140 W (Inteli High-end Desktop, Haswell-E) jahutusvõimsusega lauaarvuti protsessorid.
 15 W jahutusvõimsusega protsessor Ultrabooki platvormi jaoks, kus on vähendatud soojustase, kuid jõudlus on väiksem kui 17 W versioonil
 x86 protsessori tuumad.

Arvamused 
Väidetakse, et kuigi madala pingega Haswelli protsessorid on väga ökonoomsed mobiilsete seadmete puhul, on lauaarvutite puhul vastupidine efekt. Intel on optimeerinud uue mikroarhitektuuri mobiilsete arvutiseadmete jaoks, kuid lauaarvutitele see ei sobi.

Võrreldes Inteli HD 4600 graafikaprotsessorit HD 4000 ja HD 2500-ga näitavad jõudlustestid (ka võimsamate arvutimängude jooksutamisel) 1366 × 768 ekraani resolutsiooniga tavalistes sülearvutites, et uuem protsessor on 40–50% suurema jõudlusega, kuid lauaarvutites jõudlus langeb.

Testides UltraBooke ning teisi tavalisi ja kergeid sülearvuteid (näiteks MaBook Air, Sony VAIO Pro 13, Schenker Notebooks XMG A523), leitakse, et aku kestvus on suurenenud ning energiakasutuse ja jõudluse suhe on tõusnud märgatavalt.

Viited 

Inteli mikroprotsessorid
Arvutiarhitektuur