Descrizione
Haswell è il nome in codice dell'architettura x86 di undicesima generazione sviluppata da Intel per i propri microprocessori, andando a succedere all'evoluzione a 22 nm Ivy Bridge dell'architettura di decima generazione Sandy Bridge.
Ivy Bridge è stata presentata nel giugno 2012 e viene utilizzata da Intel per mettere a punto il nuovo processo produttivo, secondo un approccio che Intel impiega con successo a partire dal 2006.
Al pari di quanto avvenuto per l'architettura di nona generazione arrivata sul mercato a fine 2008, conosciuta come Nehalem, l'architettura Haswell è in sviluppo presso il centro Intel situato a Hillsboro in Oregon, negli Stati Uniti, a differenza di quanto avvenuto per le architetture di ottava e decima generazione, rispettivamente Core e Sandy Bridge, sviluppate presso il centro Intel situato ad Haifa in Israele.
Obiettivo primario: massima efficienza
A partire dall'architettura Sandy Bridge, Intel ha iniziato a evidenziare in maniera sempre più significativa come le proprie soluzioni punteranno sempre di più verso l'aumento dell'efficienza complessiva dell'intera piattaforma, più che al puro aumento di prestazioni e di potenza elaborativa. Si tratta di un nuovo approccio alla progettazione delle proprie architetture da parte dell'azienda, che sottolinea come i dispositivi moderni abbiano ormai una potenza più che sufficiente per soddisfare la maggior parte delle necessità dell'utente medio e che l'obiettivo sta diventando il contenimento dei consumi a parità di prestazioni, un aspetto che un tempo passava senz'altro in secondo piano se non addirittura ignorato. Con Haswell infatti, lo scopo primario dichiarato da Intel è stato la massimizzazione dell'efficienza, più che il puro aumento delle prestazioni. Il progetto è nato appositamente per coniugare al meglio le prestazioni raggiunte con le generazioni precedenti di CPU, con i vantaggi offerti dal processo produttivo a 22 nm, ovvero la presenza di transistor 3D, che sono stati introdotti con la precedente Ivy Bridge in abbinamento al nuovo processo produttivo; essi contengono non uno ma ben 3 gate. Tradizionalmente i transistor hanno un progetto strettamente planare, con i gate che si posizionano in piano attraverso il substrato. Con il progetto tri-gate un singolo gate è immesso sopra due gate verticali consentendo un'area 3 volte maggiore per lo spostamento degli elettroni. Per questo motivo, in tutte le occasioni in cui Intel ha avuto modo di sfoggiare le qualità della nuova architettura, il confronto con il passato è sempre stato fatto in termini di consumo complessivo e potenza del comparto grafico, piuttosto che sulla potenza del processore vero e proprio come avveniva in passato.
Caratteristiche tecniche
Come già accennato nell'introduzione, è previsto l'impiego del processo produttivo a 22 nm che è stato introdotto nel 2012 grazie all'evoluzione della precedente architettura Sandy Bridge (che era invece a 32 nm), conosciuta mediante il nome in codice di Ivy Bridge. I processori basati su tale architettura saranno disponibili con un diverso numero di core, fino a 8 nel settore desktop, fino a 16 nel settore server. Non è inoltre escluso che con tale architettura anche i modelli di fascia bassa passino dall'avere solo due core ad averne 4. Tali core continueranno ad avere una pipeline a 14 stadi (una caratteristica che Intel introdusse con i primi Pentium M Banias nel settore mobile, e poi anche in tutti gli altri settori di mercato a partire dall'architettura "Core" nel 2006). Il socket sarà il nuovo LGA 1150 per i sistemi desktop[9] e rPGA947 e BGA1364 per quelli mobile[10], mentre verrà integrato il pieno supporto allo standard PCI Express 3.0[9], del quale probabilmente saranno presenti fino a 3 controller. Il primo prototipo funzionante di una CPU Haswell è stato mostrato da Intel durante l'Intel Developer Forum (IDF) del settembre 2011[12], mentre ulteriori dimostrazioni e dettagli sull'architettura sono stati presentati l'anno seguente, durante l'IDF del settembre 2012. Ad aprile 2012 è stato annunciato che, sebbene le versioni desktop e mobile di Haswell offriranno supporto alle memorie RAM DDR3, nelle versioni di fascia più alta del settore server che verranno presentate nel corso del 2014, conosciute come Haswell-EX, verrà integrato il supporto alle nuove DDR4 che si abbineranno a CPU da 16 core. Un anno più tardi, ad aprile 2013, Intel ha fatto sapere che anche le versioni per la fascia più alta del settore desktop, conosciute come Haswell-E e basate sul socket LGA 2011 offriranno il supporto alla memoria DDR4, iniziando l'introduzione di tale tecnologia anche nel settore che offre il maggior numero di vendite. L'arrivo sul mercato di tali soluzioni è previsto per la fine del 2014 e costituirà la porta di ingresso delle DDR4 nel settore desktop. Tali memorie, in seguito, verranno adottate anche per le fasce di mercato più basse, a partire però dall'architettura che andrà a succedere Haswell nel 2015. Inoltre, sul fronte delle nuove funzionalità, si può segnalare anche l'introduzione del supporto direttamente in hardware per la memoria transazionale[16] grazie alle nuove istruzioni Transactional Synchronization Extensions (TSX).
Nuovo progetto per la cache
Per quanto riguarda la cache, essa sarà basata su un progetto completamente innovativo; inizialmente si era parlato della possibilità di avere una L1 da 128 KB e una L2 da 1 MB per ciascun core, ma informazioni più recenti hanno invece confermato che sarà presente una tradizionale L1 da 64 KB (32 KB per i dati e 32 KB per le istruzioni) con associatività a 4 vie, una L2 da 256 KB per ciascun core,[18] sempre con associatività a 4 vie, e una L3 da 16 MB condivisa tra tutti i core con associatività a 8 vie (ma non è esclusa, nelle versioni server, anche la possibilità di inserire fino a 32 MB di cache L3)[19], con possibilità di arrivare fino a 32 MB.
Maggiore controllo delle frequenze operative
Altre caratteristiche previste dalla nuova architettura dovrebbero essere un rivoluzionario approccio al contenimento dei consumi della CPU, fino alla metà rispetto a quelli ottenibili dai processori basati su Sandy Bridge. Inoltre, continuando sulla strada intrapresa con le precedenti soluzioni Ivy Bridge, anche la nuova architettura Haswell prevede alcune specifiche revisioni per poter semplificare il processo di overclock. Va sottolineato come nelle architetture precedenti, Nehalem e Sandy Bridge, il clock dei componenti dell'intero sistema era correlato al "Base Clock" della CPU, caratteristica che limitava fortemente le capacità di overclock nei processori con moltiplicatore bloccato, in quanto un aumento del Base Clock comportava anche un aumento di frequenza dei BUS PCI Express e delle periferiche di I/O. Con Ivy Bridge è diventato poi possibile aumentare la frequenza della CPU e della memoria RAM in maniera indipendente dai restanti bus di sistema. Con Haswell si avrà un ulteriore miglioramento sul fronte della flessibilità della configurazione, potendo gestire da BIOS in maniera indipendente, le frequenza del core, della memoria RAM, del comparto GPU e di tutti gli altri bus delle varie periferiche. Alcune di queste caratteristiche sono presenti anche per alcuni modelli basati sulla precedente architettura, ma solo su alcuni, in particolare quelli basati sul socket LGA 2011, conosciuti come "Sandy Bridge-E" (per esempio i modelli Core i7 3960X, Core i7 3930K e Core i7 3820). Nello specifico, con Haswell sarà possibile variare il cosiddetto Coarse Ratio Multiplier che viene appunto utilizzato per controllare il rapporto tra il Base Clock del processore e la frequenza operativa del controller della memoria RAM, in maniera indipendente da quello utilizzato per le aree della CPU che gestiscono l'I/O e il BUS PCI Express. Nelle precedenti CPU identificate dal nome in codice di "Sandy Bridge-E", il Base Clock è impostato a 100 MHz ma può essere innalzato a 125 MHz o 166 MHz utilizzando due "divisori" appositi. Tale caratteristica consente di avere un maggiore controllo sulle frequenze operative rispetto a quanto possibile con le altre CPU, basate sulla stessa architettura di base (Sandy Bridge), ma realizzate per il socket LGA 1155. In particolare, si tratta di quelle identificate dalla serie "K", che hanno il moltiplicatore sbloccato; si tratta di una caratteristica utile per innalzare il clock della CPU, ma che offre un controllo meno granulare delle frequenze operative. A tale flessibilità, estesa quindi a tutta la gamma di CPU, si aggiungerà inoltre una maggiore stabilità dell'energia erogata per il funzionamento del processore (facilitando a sua volta l'overclock), dato che il circuito preposto a tale regolazione (il cosiddetto "Voltage Regulator Module") verrà integrato direttamente nella CPU.
Consumi complessivi ancora più bassi
Le migliorie dell'architettura, abbinate al maggiore controllo delle frequenze operative dovrebbero consentire la realizzazione di alcune versioni con consumo massimo di soli 15 W, adatti all'uso nei futuri sistemi Ultrabook. Tale livello di consumo comprenderà non solo la componente CPU vera e propria, ma anche la componente relativa al chipset (o Platform Controller Hub, PCH) dato che per questi particolari modelli è prevista l'integrazione di tutti i componenti in un unico chip. In particolare saranno soluzioni Dual Core abbinate a diversi modelli del comparto grafico. Dovrebbe comunque arrivare anche una versione dal consumo ancora più contenuto, pari a solo 10 W. Si tratta di un valore estremamente contenuto se raffrontato con i 17 W delle soluzioni basate sull'architettura precedente (Ivy Bridge) e i processori Atom a 45 nm basati sull'architettura Moorestown che consumano 8,5 W ma hanno prestazioni decisamente inferiori. Per i restanti settori di mercato sono previsti modelli da 37 W (Dual Core), 47 W (Quad Core) e 57 W (versioni "Extreme" adatte come Desktop Replacement dotate di una cache L4 montata su un diverso die della CPU) per le versioni mobile e di 35, 45, 65 e 95 W per quelle desktop. In questo caso però, la CPU non integrerà il Platform Controller Hub (PCH), come faranno le versioni appena citate per i sistemi Ultrabook; esso sarà invece un chip dedicato sulla scheda madre, al pari delle architetture precedenti, come ad esempio Ivy Bridge. Questi risultati saranno merito anche di un nuovo "Power State", ovvero di una nuova modalità a basso consumo in cui sarà in grado di posizionarsi la CPU, e che viene chiamata con il nome di "S0ix". Intel dichiara che questa modalità può essere chiamata "Active Idle" e diventerà, di fatto, la modalità predefinita e principale in cui si troverà a operare la CPU; solo nei rari momenti in cui verrà richiesta la massima potenza elaborativa, il processore passerà ad uno stato superiore in un tempo estremamente ridotto. Il passaggio dinamico tra i vari stati è una caratteristica ormai comune nelle CPU Intel anche nelle precedenti generazioni, ma con Haswell tale concetto è stato portato ai massimi livelli, dato che gli sviluppatori hanno lavorato attivamente per consentire un passaggio tra i vari stati il più rapido possibile. Secondo l'azienda, questo consentirà di avere consumi in idle (quindi quando la CPU è a riposo), fino a 20 volte inferiori rispetto a quanto possibile con Sandy Bridge, in quanto quest'ultima rimaneva in stati a più alto consumo per tempi più lunghi, a causa della ridotta velocità di passaggio tra di essi. In occasione dell'Intel Developer Forum del settembre 2012, Intel ha mostrato per la prima volta un confronto tra l'efficienza della nuova architettura e quella della vecchia, mostrando il benchmark Unigine Heaven. Se il processore basato su Ivy Bridge consumava 17 W, un modello basato su Haswell consumava solo 7,8 W e per di più offrendo una fluidità decisamente maggiore.
Nuove istruzioni (AVX2)
Dovrebbero essere presenti 2 ulteriori unità di calcolo inedite; la prima consiste nella possibilità di integrare nei futuri processori anche un co-processore vettoriale che si occuperà dell'elaborazione di questo particolare tipo di calcoli, mentre farà il suo debutto anche un nuovo set di istruzioni (come del resto Intel ha sempre fatto anche nelle architetture precedenti), inizialmente chiamato FMA (Fused Multiply-Add), ma che a regime prenderà il nome di AVX2, che consentirà di effettuare simultaneamente un'operazione di moltiplicazione e una di addizione attraverso una sola istruzione[30]. In particolare saranno presenti le nuove istruzioni BMI (Bit Manipulation), e le estensioni TSX (Transactional Synchronization Extension).
Il nuovo set di istruzioni AVX2 dovrebbe consentire di raddoppiare la velocità dei calcoli in virgola mobile in singola e doppia precisione rispetto a quanto possibile con le precedenti AVX introdotte con Sandy Bridge; per ogni ciclo di clock sarà ora possibile eseguire 32 operazioni in singola precisione e 16 in doppia.
Comparto grafico integrato
Haswell consentirà di combinare in maniera ancora più modulare i core x86 e i comparti grafici, con proposte più tradizionali (4 o più core x86 + 1 GPU) oppure più innovativi (2 soli core x86 ma ben 3 GPU)[23]. Tale comparto offrirà supporto alle librerie DirectX 11.1, OpenGL 4[31] e OpenCL 1.2.
Verrà affiancato dal supporto nativo alla tecnologia di comunicazione Thunderbolt, verranno supportati fino a 3 schermi collegati contemporaneamente e condividerà la cache L4 con i core della CPU.
Saranno disponibili diverse versioni di tale GPU, inizialmente presentate con i seguenti nomi:
GT1 - versione meno potente abbinata alle sole versioni Dual Core (secondo alcuni potrebbe non uscire proprio vista la potenza molto ridotta)
GT2 - versione destinata al solo settore Desktop
GT3 - versione destinata al settore mobile di fascia più alta
Nel maggio 2013 Intel ha dichiarato che tali denominazioni sono state utilizzate internamente durante la fase di sviluppo, e che le GPU verranno invece messe in vendita con i seguenti nomi commerciali:[2][3]
Intel HD graphics (ex GT1)
Intel HD graphics 4600/4400/4200 (ex GT2)
Intel HD graphics 5000 (ex GT3 per le CPU con consumo da 15W)
Intel Iris graphics 5100 (ex GT3 per le CPU con consumo da 28W)
Intel Iris Pro graphics 5200 (ex GT3e)
Il nome commerciale "HD Graphics" venne introdotto da Intel nel 2010 grazie ai core Clarkdale e Arrandale, e successivamente utilizzato per indicare tutte le varianti di comparti grafici integrati nelle successive generazioni di architetture dei propri microprocessori. Le ultime in ordine di tempo sono rappresentate dai comparti "HD 2500" e "HD 4000" integrati nella precedente architettura Ivy Bridge. Con Haswell, in particolare per le versioni di fascia più alta, Intel presenterà il nuovo nome commerciale Intel Iris che andrà quindi ad affiancarsi al precedente "HD Graphics".La differenza principale tra il comparto GT3 e il GT3e è costituito dall'utilizzo della memoria eDRAM in un quantitativo pari a 128 MB montata direttamente sul package della CPU. Meno marcate invece saranno le differenze tra i restanti modelli del comparto grafico: tra 5100 e 5000 le differenze saranno esclusivamente dovute alla differente frequenza di funzionamento, mediamente l'aumento di prestazioni del comparto grafico dovrebbe essere pari al doppio rispetto a quanto offerto dalla precedente generazione Ivy Bridge, diventando quindi paragonabile a quanto possibile sfruttando schede video discrete nella fascia di prezzo tra i 50$ e i 70$, questo grazie al raddoppio delle Execution Units rispetto al più potente dei comparti grafici integrati nella precedente architettura Ivy Bridge. Il modello GT1 dovrebbe essere dotato di 10 Execution Units (EU), GT2 di 20 EU, mentre GT3 di 40 EU. Un tale aumento di prestazioni è ormai necessario per poter offire prestazioni utili non solo per il semplice lavoro d'ufficio ma anche per eseguire saltuariamente alcuni videogiochi di fascia media; inoltre, l'attenzione di Intel verso i sistemi Ultrabook richiede un deciso impegno in questa direzione, dato che a causa delle dimensioni molto contenute, generalmente tali soluzioni non sono in grado di ospitare una scheda video discreta di maggiore potenza. Oltre alla già citata dimostrazione relativa all'alta efficienza delle nuove soluzioni, avvenuta a settembre 2012, Intel ha mostrato contemporaneamente un'altra demo in cui presentava un processore basato su Haswell in grado di eseguire The Elder Scrolls V: Skyrim a risoluzione Full HD (1920x1080 pixel) e impostazioni massime di qualità, con la sola GPU integrata.
Chipset supportati
I processori desktop basati sull'architettura Haswell saranno abbinati al chipset Linx Point[9] che dovrebbe essere compatibile anche i processori che Intel presenterà l'anno successivo. Al momento è previsto che questo chipset offra supporto nativo sia allo standard SATA 3 che a USB 3.0
Questione Alimentatori
Con ogni nuova generazione di processore della serie Core Intel ricerca un continuo contenimento dei consumi, tanto a pieno carico come in Idle. Questo trend verrà portato avanti anche con le soluzioni Haswell, nome in codice che identifica la prossima generazione di microarchitettura attesa al debutto il prossimo mese di Giugno con i primi modelli.
VR-Zone segnala, un possibile problema di compatibilità tra le piattaforme per processori Haswell e alcuni alimentatori ATX a queste abbinate, legata alla corrente minima che deve essere fornita al processore nel momento in cui questo entra in una delle fasi di più elevato contenimento dei consumi.
In corrispondenza dei power state C6 e C7, i due dal consumo più ridotto nei quali le CPU Haswell possono essere poste, le specifiche tecniche indicano una corrente minima di 0,05 Ampere che dev'essere fornita dall'alimentatore. Per la precedente generazione di processori Intel Core, basata su architettura Ivy Bridge, le stesse specifiche richiedevano una corrente di 0,5 Ampere.
Si ipotizza che alimentatori non opportunamente sviluppati possano avere problemi a fornire questo tipo di corrente, portando quindi il sistema a malfunzionamenti nel momento in cui il processore entri in uno degli stati C6 o C7 a più basso consumo. I produttori di alimentatori riportano in genere nelle specifiche tecniche di funzionamento dei propri prodotti i dati massimi e non quelli di carico minimo: per questo motivo non è chiaro al momento quali modelli potrebbero o meno dare malfunzionamenti con queste piattaforme nelle modalità a più basso consumo.
Una via alternativa per ovviare a questo potenziale problema di incompatibilità può essere quella di disattivare l'attivazione di questi due stadi di funzionamento a più basso consumo. Tale approccio sarebbe possibile da bios con quelle schede madri socket 1150 LGA che implementeranno questa funzionalità, ma non si hanno dettagli specifici a riguardo al momento. Un approccio di questo tipo porterebbe ad un lieve incremento dei consumi in idle per questi processori, quantificabile in alcuni Watt, con però il vantaggio di assicurare corretto funzionamento con alimentatori che non verificano queste nuove specifiche.
Alimentatori compatibili con Intel Hanswell:
Cooler Master
SilverStone
Enermax
Corsair
Seasonic
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Giovy89
