Haswell

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Haswell ist der Name der 2012 von Intel vorgestellten 22nm Mikroarchitektur für CPUs. Haswell steht im Zeichen von Intels Neuausrichtung hin zu stromsparenden CPUs mit leistungsfähigen integrierten GPUs (für mobile Anwendungen). Daher bringt Haswell vor allem im Bereich Energieeffizienz und Grafikleistung größere Neuerungen mit sich. Mit Haswell führt Intel auch einen neuen Sockel ein, den LGA 1150. Damit ist Haswell nicht kompatibel zu Sandy Bridge oder Ivy Bridge. Nach seinem direkten Vorgänger Ivy Bridge ist Haswell im Intel Tick/Tock Modell wieder ein Tock, das bedeutet der Fertigungsprozess bleibt unverändert bei 22nm aber die Architektur wird erneuert. Eine Übersicht über alle verfügbaren Haswell Prozessoren finden Sie in unserem Artikel Intel Mikroarchitektur Überblick.

Neuheiten von Haswell

Energiespartechniken

Die vor allem für Ultrabooks interessanten U/ULT Modelle werden mit Haswell die Spannungsregler erstmals direkt auf der CPU Platine haben, dadurch ist eine schnellere und genauere Anpassung der Spannung im Betrieb möglich und ermöglicht damit größere Einsparungen an Energie.

Mit Haswell führt Intel außerdem neue Sleep-States (S-States) ein. Der neue Sleep-State S0ix ermöglicht ein ähnliches Verhalten, welches bereits Smartphones und Tablets an den Tag legen. S0ix wird als "active-idle" beschrieben, das bedeutet, dass der PC sich zwar im Sleep befindet, aber noch Daten empfangen kann (E-Mails abrufen, etc.). Bei den neuen Sleep-States wird differenziert zwischen z.B. S0i1, dieser State kann beispielsweise schon während des Browsens im Web aktiv werden und z.B S0i3, der mit dem Screen-off eines Smartphones vergleichbar ist.

Bei den U/ULT Prozessoren geht Intel noch einen Schritt weiter und gibt nun Voraussetzungen für auf den Mainboard verbauten Controllern vor, um deren Energieverbrauch zu reduzieren.

Ein weiterer Schritt um den Energieverbrauch zu reduzieren sind tiefere idle-States der CPU. Bei Haswell wurde z.B. der C7 Power-State eingeführt, in diesem der Großteil der CPU von der Spannung getrennt und alle Clocks gestoppt werden. Dieser State kann schon aktiv werden wenn der Bildschirm noch eingeschaltet ist. Auch wurde die Geschwindigkeit mit der die Wechsel zwischen den States vollzogen werden im Gegensatz zu Ivy Bridge um 25% verbessert.

Verbesserungen im Core-Design

Mit Haswell hebt Intel die Partitionierung der Intruction Decode Queue in 2 Bereiche für 2 Threads auf. Zusätzlich zu dieser Maßnahme fanden größere Umbauarbeiten am Back-End der Pipeline (Execution Engine) statt.

Mit Haswell vergrößert Intel zum ersten Mal seit Conroe die Anzahl der Execution Ports. Die Anzahl der Port bestimmt wie viele Micro-Ops gleichzeitig ausgeführt werden können. Bei Haswell wurden die bisherigen 6 Ports auf 8 erhöht. Mit der Erweiterung der Ports wurden auch eine weitere ALU, Branch und Address Execution Unit hinzugefügt. Dadurch soll die Integer und Branch Leistung steigen.

Haswell unterstützt nun die AVX2 Instruktionen inklusive FMA (Fused Multiply-Add). Dazu hat Intel im Vergleich zu Sandy Bridge 2 FP Units zu FMA Units umgebaut, dadurch steigt die Peak Floating Point Performance auf das doppelte.

Um die neuen Ausführungseinheiten mit genügend Daten zu versorgen verfügt Haswell über die doppelte L1/L2 Cache Bandbreite im Vergleich zu Sandy Bridge.

Mit Haswell führt Intel wieder 3 verschiedene Clock-Domains ein. Die CPU Cores, die GPU und der L3 Cache (inkl. Ring-Bus) haben nun jeweils einen eigenen Clock. Intel erhofft sich davon wiederum Energieeinsparungen, da nicht mehr wie bisher die CPU-Cores hochgetaktet werden müssen wenn die GPU Daten aus dem L3 Cache benötigt.

Weiters führt Intel mit Haswell neue Instruktionen für Transaktionen ein, diese werden unter dem Begriff TSX (Transactional Synchronization eXtensions) zusammengefasst. Damit ist es nun für Programmierer möglich das Locking von Datenstrukturen, die von mehreren Threads benötigt werden an die CPU weiterzugeben.

Auch neu sind einige Operationen zur Bitmanipulation, die vor allem bei kryptografischen Anwendungen Vorteile bringen sollen.

Intel gibt weiter an, die Host/Guest transition bei der Virtualisierung beschleunigt zu haben.

Die neue GPU

Die Änderungen an der GPU betreffen hauptsächlich die Anzahl und Leistung der Execution Units (EUs). Waren es bei Sandy Bridge noch max. 16 EUs, wird es bei Haswell in der leistungsfähigsten Variante "GT3" (Iris Pro) 40 EUs geben. Die GPU von Haswell unterstützt DirectX 11.1, OpenCL 1.2 und OpenGL 4.0. Auch wird Intel erstmals in der leistungsfähigsten Variante 128MB DRAM auf der CPU Platine integrieren, dieser RAM wird dann als shared L4 Cache der CPU und GPU zur Verfügung stehen. Mit all diesen Verbesserungen besitzt Haswell in etwa die doppelte Grafikleistung von Ivy Bridge.

Ebenfalls neu ist der Support für den SVC Codec. Hinzugefügt wurden außerdem noch ein Encoder für MPEG2 und ein Decoder für MJPEG (Motion JPEG).

Quellen/Weitere Informationen


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Autor: Stefan Lengauer

Stefan Lengauer, tätig im Bereich Web Operations & Knowledge Transfer bei Thomas-Krenn, absolviert derzeit sein Masterstudium für Sichere Informationssysteme am Campus Hagenberg der Fachhochschule Oberösterreich.


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