Знакомство с Haswell. Обзор и тестирование платформы Intel LGA1150 и процессора Core i7-4770K

Компанию Intel можно упрекнуть в чем угодно — от завышения цен и необходимости частой смены платформы, до блокирования средств разгона в своих младших моделях. Но одного у полупроводникового гиганта не отнять: вот уже много лет выход новых продуктов неукоснительно следует так называемой стратегии «Тик-Так», где на каждый «Тик» приходится переход на новый, более тонкий технологический процесс производства, а на «Так» припадает обновление микроархитектуры. В прошлом году Intel анонсировал 22-нм полупроводниковые кристаллы Ivy Bridge, которые сменили своих предшественников — 32-нм Sandy Bridge. Различия между представителями двух генераций заключались в модернизации графической подсистемы, тогда как вычислительные ядра претерпели минимальные изменения. При этом переход на тонкий технологический процесс оказался отнюдь не безболезненным, вследствие чего разгонный потенциал 22-нм Ivy Bridge оказался не таким впечатляющим, как у предшественников. Стоит ли говорить, что энтузиасты и продвинутые пользователи с нетерпением ждали официального анонса носителей новой микроархитектуры, известных под кодовым именем Haswell. Еще до анонса в сети Интернет курсировали самые различные гипотезы, приписывающие новейшим CPU Intel невиданный разгонный потенциал в сочетании с высочайшей производительностью. И вот мы, наконец, можем сдернуть завесу тайны и представить подробный обзор центрального процессора Intel Core четвертого поколения — Core i7-4770K.

Intel Haswell

Новое семейство включает множество продуктов: от энергоэффективных моделей для ультратонких ноутбуков и систем All-in-One, до классических процессоров с оптимальным соотношением производительности и энергопотребления, а также модификаций с разблокированными коэффициентами умножения, предназначенными для продвинутых пользователей и любителей разгона.


Особенности микроархитектуры Haswell

Производитель здраво рассудил, что в большинстве сценариев домашнего применения, да и во многих сферах профессионального использования четырех вычислительных ядер более чем достаточно, поэтому, 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 разделемую кеш-память, а для связи между внутренними блоками используется высокоскоростная кольцевая шина данных, которая впервые появилась в процесорах Intel Sandy Bridge.

Intel Haswell

Сами же вычислительные ядра Haswell претерпели минимум изменений в сравнении с Ivy Bridge, во всяком случае, дизайн вычислительного конвейера остался прежним, а все доработки носят характер оптимизаций. Например, были улучшены механизмы выборки и предсказания ветвлений, увеличена пропускная способность диспетчера задач путем добавления двух дополнительных портов, оптимизирован размер буфера TLB (translation lookaside buffer) в кэше L2, 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. Также, вдвое, по сравнению с Ivy Bridge, увеличилась глубина выборки данных из кэшей L1 и L2 за такт, а значит, в оптимизированных задачах новые процессоры Haswell могут быть заметно быстрее своих предшественников.

Что касается графической составляющей процессоров Haswell, то в большинстве десктопных модификаций Core i5 и Core i7 будет использоваться видеоядро Intel HD Graphics 4600, содержащее 20 унифицированных шейдерных процессоров, два блока растеризации и четыре текстурных модуля. Графический ускоритель совместим с DirectX 11, а поддержка API OpenCL и DirectCompute 5.0 дает прирост в неграфических вычислениях. В состав видеоядра также входит аппаратный блок декодирования Quick Sync, использование которого обеспечивает прибавку скорости обработки видеоконтента, а в качестве приятного дополнения отметим поддержку одновременного вывода изображения на три монитора. Отличительной чертой графических адаптеров Intel HD Graphics 4-й серии является их модульный дизайн, что позволяет легко масштабировать количество функциональных блоков, создавая на их основе, как решения начального уровня, так и достаточно мощные видеоускорители.

Intel Haswell

Контроллер оперативной памяти процессорам Haswell достался от Ivy Bridge почти без изменений. Он поддерживает два канала ОЗУ DDR3 c частотами 1333 МГц и 1600 МГц, в том числе низковольтную DDR3L. Впрочем, никто не мешает 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.

Но самой неожиданной из инновацией 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. Еще не понятно, как это отразится на разгонном потенциале, но уже совершенно очевидно, что от VRM системной платы теперь требуется подача только двух напряжений: Vddq, необходимого для электропитания модулей ОЗУ, и Vccin, из которого интегральный регулятор формирует все напряжения, необходимые для работы внутренних блоков центрального процессора.

Intel Haswell

Штатное значение Vccin составляет около 1,8 В, но, при необходимости, например, во время разгона при использовании жидкого азота, его можно увеличить до 3 В. Интегральный регулятор обеспечивает два режима управления напряжениями: статический, при котором пользователь указывает требуемое значение в явном виде, и динамический, когда задается прирост к штатной величине. Очевидно, первый способ будет востребован у любителей разгона, тогда как второй обеспечит необходимое напряжение вне зависимости от режима работы. Очевидно, что столь кардинальное изменение силовой подсистемы потребовало перехода на новый процессорный разъем Socket LGA1150, являющийся частью новой платформы Intel — Lynx Point.


Платформа Lynx Point

В основе платформы Lynx Point лежат чипсеты Intel 8-й серии. Обновленная системная логика сохранила одночиповую компоновку, тогда как функциональность в сравнении с предшественниками несколько расширилась. Для удобства сравнительные характеристики чипсетов Intel 7-й и 8-й серий приведены на следующей иллюстрации.

Lynx Point

Общее количество разъемов SATA не изменилось, их по-прежнему шесть, но все они совместимы с высокоскоростным интерфейсом SATA 6 Гбит/с. Число портов USB 3.0 увеличилось с четырех до шести, тогда как общее суммарное количество составляет те же 14 штук. В чипсетах 8-й серии завершен переход на контроллер xHCI (eXtended Host Controller Intarface), который обеспечивает расширенные возможности управления передачей данных между системной платой и периферией. Также, платформа Lynx Point лишена поддержки шины PCI, встречавшаяся в модификациях B и Q системной логики Intel 7-й серии.

Одним из ключевых отличий платформы Lynx Point от предшественников является изменение подхода к формированию тактовых частот для отдельных функциональных блоков процессора и материнской платы. В системной логике Intel 8-й серии генерируются два таковых сигнала: фиксированная частота 100 МГц, от которой синхронизируются чипсетные контроллеры, и управляемая BCLK, из которой через систему множителей формируется весь ансамбль частот, необходимый для работы внутренних блоков центрального процессора.

Intel Haswell

Как вы помните, основным нареканием на платформу LGA1155 со стороны любителей разгона было отсутствие запаса увеличения BCLK из-за нестабильности работы контроллеров шин DMI и PCI Express на повышенных частотах. В чипсетах Intel 8-й серии для формирования базовой частоты процессора и его блоков используются множители х1,00, х1,25 и х1,67. Аналогичное решение можно встретить в платформе LGA2011. Теперь BCLK без проблем можно будет поднять до 125/167 МГц (± 5%), не затрагивая чувствительные компоненты системы.

Как мы уже упоминали, процессоры Haswell получили новый Socket LGA1150, который внешне почти не отличим от привычного LGA1155. Расположение и размеры отверстий для крепления системы охлаждения идентичны, поэтому к системным платам для Intel Haswell подходят кулеры, совместимые с платформами LGA1155 и LGA1156.

Intel Haswell

Intel Haswell

Но, конечно, установить процессоры предыдущих поколений в новый разъем не удастся из-за иного расположения механических ключей и другого количества контактных площадок.
Как же магична в своей красоте тишина...