Haswell (microarquitectura)

Microarquitectura del procesador Intel

Haswell es el nombre en código de una microarquitectura de procesador desarrollada por Intel como el sucesor del "núcleo de cuarta generación" del Ivy Bridge (que es una reducción de matriz / tick de la microarquitectura Sandy Bridge ). ^[1] Intel anunció oficialmente las CPU basadas en esta microarquitectura el 4 de junio de 2013, en Computex Taipei 2013, ^[2] mientras que un chip Haswell funcional se demostró en el Intel Developer Forum 2011. ^[3] Haswell fue la última generación de procesadores Intel en tener procesadores con zócalo en dispositivos móviles. Con Haswell, que utiliza un proceso de 22 nm , ^[4] Intel también presentó procesadores de bajo consumo diseñados para ultrabooks convertibles o "híbridos" , designados por el sufijo "U". Haswell comenzó a enviarse a fabricantes y OEM a mediados de 2013, y sus chips de escritorio se lanzaron oficialmente en septiembre de 2013.

Las CPU Haswell se utilizan junto con los chipsets Intel serie 8 , los chipsets serie 9 y los chipsets serie C220 .

En 2022  todavía se vendía al menos un procesador basado en Haswell : el Pentium G3420. ^{[5] [6] Desde} Windows 7 hasta Windows 10 se lanzaron para la microarquitectura Haswell.

Diseño

La arquitectura Haswell está diseñada específicamente ^[7] para optimizar los ahorros de energía y los beneficios de rendimiento del cambio a transistores FinFET (no planares, "3D") en el nodo de proceso mejorado de 22 nm. ^[8]

Haswell se ha lanzado en tres formas principales: ^[9]

• Versión de escritorio ( zócalo LGA 1150 y zócalo LGA 2011-v3 ): Haswell-DT
• Versión para portátil o móvil ( conector PGA ): Haswell-MB
• Versión BGA :
  • Clases TDP de 47 W y 57 W : Haswell-H (para sistemas "todo en uno", placas base con formato Mini-ITX y otros formatos de tamaño reducido)
  • Clases TDP de 13,5 W y 15 W ( MCP ): Haswell-ULT (para la plataforma UltraBook de Intel)
  • Clase TDP de 10 W (SoC): Haswell-ULX ​​(para tabletas y ciertas implementaciones de clase UltraBook)

Notas

• ULT = TDP ultra bajo ; ULX = TDP ultra bajo eXtremo
• Solo algunas variantes de cuatro núcleos y unidades de mantenimiento de stock (SKU) de la serie R de BGA reciben gráficos integrados GT3e ( Intel Iris Pro 5200). Todos los demás modelos tienen gráficos integrados GT3 ( Intel HD 5000 o Iris Pro 5100), GT2 (Intel HD 4200, 4400, 4600, P4600 o P4700) o GT1 (Intel HD Graphics). ^[10] Consulte también Intel HD e Iris Graphics para obtener más detalles.
• Debido a los bajos requisitos de energía de las plataformas de tabletas y Ultrabooks, Haswell-ULT y Haswell-ULX ​​solo están disponibles en configuraciones de doble núcleo. Todas las demás versiones vienen en variantes de doble o cuádruple núcleo.

Actuación

En comparación con Ivy Bridge :

• Procesamiento vectorial aproximadamente un 8% más rápido ^[11]
• Hasta un 5 % más de rendimiento en subprocesos únicos
• 6% más de rendimiento en subprocesos múltiples
• Las variantes de escritorio de Haswell consumen entre un 8% y un 23% más de energía bajo carga que Ivy Bridge. ^{[11] [12] [13]}
• Un aumento del 6% en el rendimiento secuencial de la CPU (ocho puertos de ejecución por núcleo frente a seis) ^[11]
• Aumento de rendimiento de hasta un 20% con respecto a la GPU HD4000 integrada (Haswell HD4600 frente a Intel HD4000 integrado de Ivy Bridge ) ^[11]
• La mejora total del rendimiento en promedio es de alrededor del 3% ^[11]
• Alrededor de 15 °C más caliente que Ivy Bridge, mientras que se pueden alcanzar frecuencias de reloj de más de 4,6 GHz ^{[14] [15] [16] [17] [18] [19]}

Tecnología

Características transferidas de Ivy Bridge

• Proceso de fabricación de 22 nm ^[4]
• Transistores FinFET de tres puertas 3D ^[20]
• Caché de microoperaciones (Uop Cache) capaz de almacenar 1,5 K microoperaciones (aproximadamente 6 KB de tamaño) ^[21]
• Canal de instrucciones de 14 a 19 etapas , dependiendo del éxito o fracaso de la caché de microoperaciones (un enfoque utilizado en la microarquitectura Sandy Bridge , incluso anterior) ^[21]
• Mejorar la ventana OoO de 168 a 192 ^[22]
• Asignación de cola de 28 subprocesos a 56
• Las variantes más comunes incluyen hasta cuatro núcleos. ^[23]
• Soporte nativo para memoria DDR3/DDR3L de doble canal , ^[24] con hasta 32 GB de RAM en variantes LGA 1150
• 64 KB (32 KB de instrucciones + 32 KB de datos) de caché L1 y 256 KB de caché L2 por núcleo ^[25]
• Un total de 16 líneas PCI Express  3.0 en variantes LGA 1150 ^[26]

Nuevas funciones

Haswell presenta un regulador de voltaje totalmente integrado .

UPC

• Núcleo más amplio: ^[27] cuarta unidad lógica aritmética (ALU), tercera unidad de generación de direcciones (AGU), ^{[28] [29] [30] segunda unidad de ejecución de rama (BEU), buffers más profundos, mayor ancho de banda de caché,} controlador de memoria y front-end mejorado , mayor ancho de banda de carga/almacenamiento.
• Nuevas instrucciones ^[31] (HNI, incluye Advanced Vector Extensions 2 (AVX2), recopilación de soporte para BMI1, BMI2, ABM y FMA3 ). ^[32]
• La cola de decodificación de instrucciones, que contiene las instrucciones después de haber sido decodificadas, ya no está dividida estáticamente entre los dos subprocesos que cada núcleo puede atender. ^[21]
• Extensiones de sincronización transaccional (TSX) de Intel para la variante Haswell-EX. En agosto de 2014, Intel anunció que existía un error en la implementación de TSX en las versiones actuales de Haswell, Haswell-E, Haswell-EP y las primeras CPU Broadwell, lo que provocó la desactivación de la función TSX en las CPU afectadas mediante una actualización de microcódigo . ^{[33] [34] [35] [36]}
• Regulador de voltaje totalmente integrado (FIVR), que mueve algunos de los componentes de la placa base a la CPU. ^{[37] [38] [39]}
• Nuevo sistema avanzado de ahorro de energía; debido a los nuevos estados de suspensión de bajo consumo C6 y C7 de Haswell, no todas las unidades de suministro de energía (PSU) son adecuadas para computadoras con CPU Haswell. ^{[40] [41]}
• Procesadores móviles con potencia de diseño térmico (TDP) de 37, 47 y 57 W. ^[23]
• Procesadores de escritorio con TDP de 35, 45, 65, 84, 88, 95 y 130–140 W (gama alta, Haswell-E). ^[23]
• Procesadores TDP de 15 W o 11,5 W para la plataforma Ultrabook (paquete multichip como Westmere ) ^[42] que conducen a una reducción del calor, lo que da como resultado Ultrabooks más delgados y livianos, pero el nivel de rendimiento es ligeramente inferior a la versión de 17 W. ^[43]

GPU

• Compatibilidad con gráficos de hardware para Direct3D 11.1 y OpenGL 4.3. ^{[46] [47] [48]} El controlador Intel 10.18.14.5180 es la última versión de controlador planificada para Windows 7/8.1. ^[49]
• Cuatro versiones de la GPU integrada: GT1, GT2, GT3 y GT3e, donde la versión GT3 tiene 40 unidades de ejecución (EU). El predecesor de Haswell, Ivy Bridge, tiene un máximo de 16 EU. La versión GT3e con 40 EU y 128 MB de DRAM integrada ( eDRAM ) en el paquete, llamada Crystalwell , está disponible solo en SKU H para dispositivos móviles y SKU R para computadoras de escritorio ( solo BGA ). Efectivamente, esta eDRAM es una caché de nivel 4; se comparte dinámicamente entre la GPU integrada y la CPU, y sirve como caché de víctima para la caché de nivel 3 de la CPU. ^{[50] [51] [52] [53] [54]}
• Descodificación de hardware HEVC .

E/S

• Nuevos sockets y chipsets:
  • LGA 1150 para computadoras de escritorio y rPGA947 y BGA1364 para el mercado móvil. ^[55]
  • Chipsets Z97 (rendimiento) y H97 (convencional) para Haswell Refresh y Broadwell , en el segundo trimestre de 2014. ^[56]
  • LGA 2011-v3 con chipset X99 para la plataforma de escritorio de clase entusiasta Haswell-E . ^[57]
• DDR4 para segmentos empresariales/servidores ^[58] y para la plataforma de escritorio para entusiastas Haswell-E ^[59]
• Reloj base variable (BClk) ^[60] como LGA 2011. [ ^61]
• Soporte opcional para tecnología Thunderbolt y Thunderbolt 2.0 ^{[62] [63]}
• Reducción del tamaño del concentrador controlador de plataforma (PCH), de 65 nm a 32 nm . ^[64]

Características de los procesadores de servidor

• Variante Haswell-EP , lanzada en septiembre de 2014, con hasta 18 núcleos y comercializada como series Xeon E5-1600 v3 y Xeon E5-2600 v3. ^[65]
• Variante Haswell-EX, lanzada en mayo de 2015, con 18 núcleos y TSX en funcionamiento. ^{[35] [66] [67]}
• Un nuevo diseño de caché .
• Hasta 35 MB de caché unificada total ( caché de último nivel , LLC) para Haswell-EP ^[68] y hasta 40 MB para Haswell-EX.
• El zócalo LGA 2011-v3 reemplaza al LGA 2011 para Haswell EP; el nuevo zócalo tiene la misma cantidad de pines, pero tiene una clave diferente debido a la incompatibilidad eléctrica. ^{[69] [70] [71]}
• Los procesadores Haswell Xeon E3 v3 ya lanzados se actualizarán en la primavera de 2014, ^[72] junto con un chipset PCH de la serie Intel C220 renovado . ^[73]
• TDP hasta 160 W para Haswell-EP. ^[74]
• Los modelos Haswell-EP con diez o más núcleos admiten el modo de funcionamiento cluster on die (COD), ^[75] lo que permite que las múltiples columnas de núcleos de la CPU y las porciones de caché de último nivel (LLC) se dividan de forma lógica en lo que se presenta como dos CPU con acceso a memoria no uniforme (NUMA) al sistema operativo. Al mantener los datos y las instrucciones locales en la "partición" de la CPU que los procesa, lo que reduce la latencia de acceso a la LLC, COD aporta mejoras de rendimiento a los sistemas operativos y aplicaciones compatibles con NUMA. ^[76]

Actualización de Haswell

A mediados de 2014, Intel lanzó una actualización de Haswell, simplemente titulada Haswell Refresh . En comparación con la línea original de CPU Haswell, las CPU Haswell Refresh ofrecen un aumento modesto en las frecuencias de reloj, generalmente de 100 MHz. ^{[77] Las CPU Haswell Refresh son compatibles con los chipsets de} la serie 9 de Intel (Z97 y H97, con nombre en código Wildcat Point ), mientras que las placas base con chipsets de la serie 8 (con nombre en código Lynx Point ) generalmente requieren una actualización de BIOS para admitir las CPU Haswell Refresh. ^[78]

Las CPU con nombre en código Devil's Canyon , que cubren los SKU i5 e i7 de la serie K , emplean un nuevo y mejorado material de interfaz térmica (TIM) llamado material de interfaz térmica de polímero de próxima generación ( NGPTIM ). Este TIM mejorado reduce las temperaturas de funcionamiento de la CPU y mejora el potencial de overclocking, algo que había sido problemático desde la introducción de Ivy Bridge. ^[79] Otros cambios para las CPU Devil's Canyon incluyen un aumento de TDP a 88 W, condensadores de desacoplamiento adicionales para ayudar a suavizar las salidas del regulador de voltaje totalmente integrado (FIVR) y soporte para el VT-d que anteriormente estaba limitado a los SKU que no eran de la serie K. ^[80] TSX fue otra característica traída de los SKU que no eran de la serie K, hasta agosto de 2014, cuando una actualización de microcódigo deshabilitó TSX debido a un error que se descubrió en su implementación. ^{[35] [36]}

Compatibilidad con Windows XP y Vista

Si bien Ivy Bridge es el último procesador Intel que es totalmente compatible con todas las versiones de Windows XP, Haswell incluye compatibilidad limitada con controladores para ciertas ediciones de XP, como POSReady2009. Se ha modificado el controlador de gráficos para estas versiones para adaptarlo al Windows XP normal con distintos grados de éxito.

El soporte de Windows Vista también ha dejado de funcionar con este procesador. Las personas que han instalado la versión x64 de Vista han informado de varios problemas, como que los servicios no se inician automáticamente. La actualización KB4493471 (oficialmente pensada sólo para Windows Server 2008 , pero que se puede instalar en Vista) contiene un controlador HAL que supuestamente soluciona estos problemas; sin embargo, tras varias pruebas se ha confirmado que no soluciona ninguno de los problemas. Windows XP y versiones anteriores, y todas las versiones y ediciones x86 de Vista no se ven afectadas por este error. ^{[ cita requerida ]}

Lista de procesadores Haswell

Procesadores de escritorio

CPU Intel Haswell i7-4771, colocada sobre su embalaje original que contiene un disipador térmico refrigerado por ventilador OEM

• Todos los modelos admiten: MMX , SSE , SSE2 , SSE3 , SSSE3 , SSE4.1 , SSE4.2 , F16C , Enhanced Intel SpeedStep Technology (EIST), Intel 64 , XD bit (una implementación de NX bit ), Intel VT-x y Smart Cache .
  • Los núcleos i3, i5 e i7 admiten AVX , AVX2 , BMI1 , BMI2 , FMA3 y AES - NI . ^[81]
  • Los procesadores Core i3 e i7, así como los Core i5-4570T e i5-4570TE, admiten Hyper-Threading (HT) . ^[81]
  • Los procesadores Core i5 e i7 son compatibles con Turbo Boost 2.0. ^[81]
  • Aunque inicialmente fue compatible con modelos seleccionados, desde agosto de 2014 las variantes de escritorio ya no admiten TSX debido a un error que se descubrió en su implementación; como solución alternativa, una actualización de microcódigo deshabilitó la función TSX. ^{[33] [35] [36] [81]}
  • Los SKU inferiores a 45xx, así como los SKU de las series R y K, no son compatibles con la tecnología Trusted Execution o vPro . ^[81]
  • Intel VT-d , que es la IOMMU de Intel , es compatible con todos los SKU i5 e i7 excepto i5-4670K e i7-4770K. ^{[81] [82] [83]} La compatibilidad con VT-d requiere que el chipset y la placa base también admitan VT-d.
  • Los modelos i5-4690K e i7-4790K, cuyo nombre código es Devil's Canyon, tienen una mejor grasa térmica interna para ayudar a que escape el calor y un regulador de voltaje interno mejorado ("FIVR"), para ayudar a entregar energía más limpia en situaciones como el overclocking.
• Transistores: 1.400 millones ^{[84] [85]}
• Tamaño de la matriz : 177 mm ^{2 [84]}
• Gráficos Intel HD e Iris en las siguientes variantes:
  • Los procesadores de escritorio de la serie R cuentan con gráficos Intel Iris Pro 5200 (GT3e). ^[86]
  • Los procesadores i3-41xxx incluyen gráficos HD 4400 (GT2).
  • Todos los demás procesadores de escritorio i3, i5 e i7 incluyen gráficos Intel HD 4600 (GT2). ^[87]
  • Los procesadores Celeron y Pentium contienen gráficos Intel HD (GT1).
• Pentium G3258, también conocido como Pentium Anniversary Edition , tiene un multiplicador desbloqueado. Su lanzamiento marca los 20 años de "Pentium" como marca. ^[88]

La siguiente tabla enumera los procesadores de escritorio disponibles.

^a Algunas de estas configuraciones pueden estar deshabilitadas por el chipset. Por ejemplo, los chipsets de la serie H deshabilitan todas las configuraciones de carril PCIe 3.0 excepto 1×16.

^b Esta función también requiere un chipset que admita VT-d como el chipset Q87 o el chipset X99.

^Esta se llama Edición 20 Aniversario y tiene un multiplicador desbloqueado.

Sufijos de SKU para denotar:

• K – desbloqueado (multiplicador de CPU ajustable hasta 63x)
  • La CPU Pentium G3258 está desbloqueada a pesar de no tener el sufijo K.
• S – Estilo de vida optimizado para el rendimiento (bajo consumo con 65 W TDP)
• T – estilo de vida optimizado en términos de potencia (consumo ultrabaja con TDP de 35 a 45 W)
• R – Empaquetado BGA / GPU de alto rendimiento (Iris Pro 5200 (GT3e))
• X – edición extrema (relación de CPU ajustable sin límite de relación)

Procesadores de servidor

• Todos los modelos admiten: MMX , SSE , SSE2 , SSE3 , SSSE3 , SSE4.1 , SSE4.2 , AVX (Extensiones vectoriales avanzadas), AVX2 , FMA3 , F16C , BMI (Instrucciones de manipulación de bits 1)+BMI2, tecnología Intel SpeedStep mejorada (EIST), Intel 64 , bit XD (una implementación de bit NX ), TXT , Intel vPro , Intel VT-x , Intel VT-d , hyper-threading (excepto E3-1220 v3 y E3-1225 v3), Turbo Boost 2.0, AES-NI y Smart Cache.
• Los modelos Haswell-EX (E7-48xx/88xx v3) admiten TSX , mientras que para los modelos Haswell-E, Haswell-WS (E3-12xx v3) y Haswell-EP (E5-16xx/26xx v3) se deshabilitó mediante una actualización de microcódigo en agosto de 2014, debido a un error que se descubrió en la implementación de TSX. ^{[35] [36]}
• Transistores: 5.56 mil millones ^[93]
• Tamaño de la matriz: 661 mm ^{2 [93]}

El primer dígito del número de modelo designa la configuración de múltiples sockets más grande admitida; por lo tanto, los modelos E5-26xx v3 admiten configuraciones de hasta dos sockets, mientras que los modelos E7-48xx v3 y E7-88xx v3 admiten configuraciones de hasta cuatro y ocho sockets, respectivamente. Además, los modelos E5-16xx/26xx v3 y E7-48xx/88xx v3 no tienen GPU integrada.

A continuación se muestran las listas de procesadores de servidor lanzados, divididos entre los modelos Haswell E3-12xx v3, E5-16xx/26xx v3 y E7-48xx/88xx v3.

Sufijos de SKU para denotar:

• L – baja potencia

Procesadores móviles

• Todos los modelos admiten: MMX , SSE , SSE2 , SSE3 , SSSE3 , SSE4.1 , SSE4.2 , F16C, tecnología Intel SpeedStep mejorada (EIST), Intel VT-x , Intel 64 , XD bit (una implementación de NX bit ) y Smart Cache.
  • Core i3, i5 e i7 admiten AVX , AVX2 , BMI1, BMI2, FMA3 e hyper-threading (HT) .
  • Core i3, i5 e i7, excepto el Core i3-4000M, admiten AES-NI . ^[98]
  • Core i5 e i7, excepto Core i5-4410E, i5-4402EC, i7-4700EC y i7-4702EC, admiten Turbo Boost 2.0.
• Haswell-ULT y ULX: concentrador controlador de plataforma (PCH) integrado en el paquete de la CPU, lo que reduce ligeramente la cantidad de espacio utilizado en las placas base. ^[99]
• Transistores: 1.300 millones ^[100]
• Tamaño de la matriz: 181 mm ^{2 [100]}

La siguiente tabla enumera los procesadores móviles disponibles.

1. Cuando se desea un modo de funcionamiento más frío o más silencioso, este modo especifica un TDP más bajo y una frecuencia garantizada más baja en comparación con el modo nominal. ^{[101] : 71–72}
2. Esta es la frecuencia nominal y el TDP del procesador. ^{[101] : 71–72}
3. Cuando hay refrigeración adicional disponible, este modo especifica un TDP más alto y una frecuencia garantizada más alta en comparación con el modo nominal. ^{[101] : 71–72}

Sufijos de SKU para denotar:

• M – Móvil de doble núcleo ( Socket G3 )
• MQ – Móvil de cuatro núcleos ( Socket G3 )
• U – consumo ultrabajo (encapsulado BGA1168)
• MX – Móvil de cuatro núcleos de gama alta ( Socket G3 )
• Y – consumo extremadamente bajo (encapsulado BGA1168)
• H – empaquetado BGA1364 de doble núcleo
• HQ: empaquetado BGA1364 de cuatro núcleos
• E – versión integrada de H
• EQ – versión integrada de HQ

Véase también

• LGA 1150: chipsets Haswell originales
• Lista de chipsets de Intel
• Lista de microarquitecturas de CPU Intel

Notas

1. Implementado como eDRAM y sirviendo principalmente para aumentar el rendimiento de la GPU integrada , mientras se comparte con la CPU.
2. La velocidad máxima de QPI depende del modelo de CPU.
3. Los detalles no confirmados pueden diferir de los modelos circundantes.

Referencias

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Enlaces externos

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