Процессоры Intel Xeon Haswell

Радченко Р. Д.,
ВМК МГУ,
Москва, 2018

1. Введение.

Haswell — кодовое название микроархитектуры четвёртого поколения процессоров Intel Core. Она является третьим значительным изменением микроархитектуры Core согласно стратегии разработки микропроцессоров «Тик-так» компании Intel вслед за «тиком» Ivy Bridge без изменения техпроцесса 22 нм, использующего транзисторы с трёхмерной структурой затвора. Стратегия “Тик-так” заключается в том, что цикл разработки делится на 2 части: “Тик”– уменьшение техпроцесса на основе существующей архитектуры, а “Так” – обновление микроархитектуры на основе существующего техпроцесса. Производство линейки было начато в 2013 году.

2. Техническое описание.

С появлением Haswell корпорация Intel разделяет свой ассортимент на две группы:

• настольные и мобильные версии;
• специальные версии для ультрабуков.
• cерверные;

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 разделямую кэш-память, а для связи между внутренними блоками используется высокоскоростная кольцевая шина данных, которая впервые появилась в процессорах Intel Sandy Bridge. Изображение кристалла приведено ниже.

Характеристики вычислительного ядра Intel Haswell:

• Размер кэша L1: 64 КБ
• Размер кэша L2: 1024 КБ
• Размер кэша L3: 6144 КБ
• Наборы инструкций: MMX, SSE, SSE2, SSE3, SSE4, AVX, AVX2
• Типичное тепловыделение: 65 Вт
• Буфер TLB: 1024 записи.

По сравнению с предшественниками Ivy Bridge были улучшены механизмы выборки и предсказания ветвлений, увеличена пропускная способность диспетчера задач путем добавления двух дополнительных портов, увеличен размер буфера TLB в 2 раза по сравнению с Sandy Bridge, а также уменьшены задержки при работе технологий виртуализации. Небольшим изменениям подверглась работа блоков, обрабатывающих векторные инструкции, которые получили поддержку новых инструкций AVX2, ускоряющих операции криптографии, хеширования и обработку мультимедиа. Контроллер оперативной памяти процессоров Haswell поддерживает два канала ОЗУ DDR3 c частотами 1333 МГц и 1600 МГц, в том числе низковольтную DDR3L. Впрочем, также возможно эксплуатировать высокочастотные модули, для этого контроллер поддерживает большой набор множителей, кратных эффективным 200 и 266 МГц. Для связи с чипсетом используется шина DMI 2.0, пропускная способность которой достигает 20 Гбит/с. Подключение дискретных графических ускорителей обеспечивает контроллер шины PCI Express 3.0, 16 линий которого могут быть гибко сконфигурированы для организации систем из нескольких видеокарт.

Одной из инноваций 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.

Ниже представлены характеристики некоторых представителей линейки Intel Haswell, представляющих классы мобильных, десктопных и серверных процессоров.

3. Тестирование производительности.

Общими для всех тестовых стендов были такие компоненты:

• память: G.Skill TridentX F3-2400C10D-8GTX (2x4 ГБ, DDR3-2400, CL10-12-12-31);
• кулер: Thermalright Silver Arrow (вентилятор 140 мм, 1300 об/мин);
• 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. Тестировались процессоры Intel Core i7-4770K(Haswell), Core i7-3770K(Ivy Bridge) и Core i7-2600K(Sandy Bridge). Использовалось 3 бенчмарка: Super Pi - программа, которая вычисляет pi на указанное количество цифр после десятичной точки - до 32 миллионов, wPrime – использует вычисления квадратных корней чисел рекурсивным методом Ньютона и PCMark 7 – комплексное тестирование, включающее в себя 5 сценариев: Home, Creative, Work, Storage, Applications Adobe Creative Suite, Applications Microsoft Office.

Сверху показано время выполнения задачи в режиме ускорения, снизу – в штатном режиме.

Для каждого процессора показан его счёт, набранный в бенчмарке, в обычном режиме и режиме максимального ускорения. Чем больше счет, тем успешнее процессор прошел тест.

4. Ссылки.

https://www.overclockers.ua/cpu/intel-haswell-core-i7-4770k/all/

https://ru.wikipedia.org/wiki/Haswell

https://www.ferra.ru/review/computers/Intel-Haswell-Core-i7-4770-Intel-Z87-Express.htm

https://market.yandex.ru/product--protsessor-intel-core-i5-4430s-haswell-2700mhz-lga1150-l3-6144kb/10384344/spec