Le novità di Haswell
Come abbiamo anticipato, le novità di Haswell sono state pensate prettamente per le versioni dedicate al segmento mobile. Quelle architetturali ovviamente riguardano ognuno dei modelli e, rispetto a quanto avevamo scritto alcuni mesi fa dopo che la stessa Intel, in occasione dell'IDF (Intel Developer Forum) 2012 di San Francisco, aveva diffuso informazioni ufficiali in merito. Ciononostante ripercorriamo brevemente quali sono le migliorie introdotte da Intel.
Pur trattandosi di una fase "tock", quella nella quale è l'architettura che viene fatta avanzare, Haswell eredita davvero molto dal suo predecessore Ivy Bridge. Il processo produttivo a 22nm con transistor 3D è ormai ben rodato e perciò l'azienda di Santa Clara si è sentita libera di poter apportare varie ottimizzazioni all'architettura, ma queste restano tali e ci inducono a parlare di un'altra evoluzione, nessuna rivoluzione. Fatta salva la superiore integrazione che permette di approdare ad un prodotto in stile SoC.
Haswell presenta lo stesso identico Front End (lo stadio che si occupa delle operazioni di fetch e decode) di Ivy Bridge con 4 linee di fetch e decodifca in parallelo (4-wide) ed una pipeline lunga da 14 a 19 stadi. Anche le latenze delle cache L1 ed L2 non cambiano e allo stesso modo è presente la tecnologia Hyper Threading. Il meccanismo di branch predictor ed i prefetcher hardware sono stati invece aggiornati al fine di ottenere una maggiore efficienza ed un IPC (Instructions Per Clock) superiore.
Le modifiche più importanti nell'architettura di Haswell sono da ricercare invece nel back-end, ovvero nei moduli di esecuzione delle istruzioni. In particolare, grazie all'avanzato processo produttivo, le nuove CPU utilizzano strutture di dati più capienti rispetto a quelle di passata generazione e rappresentano una continuazione della politica che Intel persegue ormai da anni. Anche la finestra per la gestione delle istruzioni out-of-order cresce con l'intento di aumentare il parallelismo e così accade per le execution port che da 6 di Ivy Bridge passano ad 8 (una per operazioni su interi e salti ed una per la memorizzazione degli indirizzi).
Passando ai set di istruzioni, in Haswell Intel ha aggiunto il supporto per le Transactional Memory Instructions o TSX (ma solo per determinate varianti di Haswell) e per AVX2 e dunque per le operazioni FMA grazie alle quali si raddoppia il throughput delle istruzioni Floating Point.
Il controller delle memorie di Haswell resta uguale a quello di Ivy Bridge solo se consideriamo il supporto ufficiale (DDR3-1333 e DDR3-1600) ma effettivamente esso è stato aggiornato in modo da poter supportare, in overclock, memorie funzionanti a frequenze molto elevate, grazie anche a nuovi moltiplicatori per DDR3 a 2933MHz.
Sul lato consumi ci sono indicazioni contrastanti: di certo non possiamo fare un discorso unico per racchiudere sia le varianti desktop che quelle mobile.
Le sole novità che riguardano i modelli desktop di Haswell includono nuovi livelli di power gating, che garantiscono un controllo sempre più fine delle varie unità, transizioni più veloci del 25% da uno stato all'altro, potenza minore necessaria al funzionamento del chipset ed integrazione della unità di controllo degli assorbimenti (power control unit) direttamente nella CPU. Questo è quanto Intel indica come FIVR o Fully Integrated Voltage Regulator che prevede parte della circuiteria on-die e parte on-package per la distribuzione delle tensioni ai vari controller. E' proprio quest'ultima scelta che permette alle CPU Haswell di essere più aggressive nella scelta delle tensioni e della potenza da fornire alle singole unità rispetto a quanto accade con altre CPU che necessitano di una circuiteria integrata sulla scheda madre e dunque meno controllabile. Il modulo FIVR integrato è anche in parte responsabile dell'incremento del TDP dai 77W di Ivy Bridge agli 84W di Haswell.
Le modifiche cui abbiamo accennato permettono una sensibile riduzione degli assorbimenti in idle mentre sotto stress abbiamo rilevato consumi superiori a quelli di Ivy Bridge.
Sul retro del package si nota l'elevato numero di componenti
Per i modelli mobile la situazione è differente. Anzitutto Intel è riuscita a creare delle versioni SoC a bassissimo consumo per tablet e convertibili che racchiudono in un TDP di 10W chipset, FIVR, controller delle memorie e GPU.
Per tutte le varianti mobile sono previste nuove modalità di funzionamento a basso consumo (active idle) indicate come S0ix durante le quali Haswell è in modalità a basso consumo ma continua a svolgere in background alcune operazioni di base per tenere traccia degli aggiornamenti che arrivano dalla rete (nuove email, aggiornamenti di stato, messaggi, chiamate). Se ci pensiamo non si tratta di nulla di rivoluzionario, visto che gli smartphone fanno questo da sempre, ma qui si parla di computer. Questi stati (S0i1, S0i3) promettono consumi vicini a quelli dello stato di sleep S3 e tempi di ripresa immediati (dell'ordine di qualche millisecondo).
Con queste CPU Intel ha definito un ulteriore parametro di misurazione dei consumi che si affianca al ben noto TDP (Thermal Design Power) che indica agli OEM qual'è il parametro da tenere in considerazione nella progettazione dei sistemi di alimentazione e dissipazione. SDP, ovvero Scenario Design Power, viene utilizzato a Santa Clara per le CPU della serie Y per rappresentare i consumi di scenari tipici legati ad applicazioni low-power come quelle di tablet e convertibili. Confrontando l'offerta della precedente generazione con quella attuale, il TDP è sceso davvero di 1~2W ai quali vanno aggiunti quelli risparmiati sul chip PCH (circa 3W).
Un'altra interessante tecnologia per migliorare l'autonomia delle batterie va cercata in quella nota come Panel Self Refresh (PSR). Una grossa fetta degli assorbimenti in un notebook così come in uno smartphone o tablet va imputata al display. Le attuali tecnologie, anche se hanno fatto passi da gigante rispetto ai vecchi CRT, basano comunque il loro funzionamento sul refresh continuo dell'immagine sullo schermo (generalmente i pannelli LCD hanno un refresh rate di 60Hz, ovvero l'immagine viene ricaricata 60 volte al secondo anche se si tratta di una immagine statica). Questo continuo lavoro, che coinvolge CPU, GPU e schermo, consuma molta potenza.
Dietro la tecnologia PSR si nasconde un concetto tutto sommato semplice: nel display viene aggiunto un chip di memoria DRAM dove è memorizzata una copia del frame buffer (l'immagine da visualizzare sullo schermo). Fino a che non ci saranno cambiamenti dell'immagine da visualizzare a schermo, tutto il resto della piattaforma potrebbe essere messo in stato di sleep ed il refresh del pannello affidato al display che continuerebbe a leggere i dati dell'immagine dalla memoria. Ma nonostante l'idea sia in piedi da molto tempo la sua realizzazione è ancora tutta da verificare: i produttori di pannelli dovrebbero sobbarcarsi costi ulteriori per far fare bella figura alla piattaforma nel suo complesso. Con l'arrivo di Hawell, Intel torna ancora una volta a puntare su PSR e stavolta pensa di poter ottenere un risultato concreto.
Tali feature e ottimizzazioni rappresentano un concreto passo avanti nella realizzazione di Ultrabook potenti, sottili, dalla elevata autonomia e dal costo ridotto. Nei prossimi mesi ci aspettiamo di trovare sul mercato Ultrabook che passino dallo stato di sleep a quello attivo in meno di tre secondi e garantiscano un'autonomia che possa superare le 6 ore di utilizzo e le 9 ore in stand-by.
Questo lifting ha portato ad un incremento delle prestazioni, secondo quanto indicato da Intel, che va dal 5% al 15% rispetto ad Ivy Bridge a parità di frequenza di funzionamento. Le varianti mobile, però, offrono un netto miglioramento dei consumi tale per cui si raggiungono performance per Watt ben più elevate rispetto alle controparti di precedente generazione; in aggiunta, l'integrazione del chipset all'interno dello stesso chip per creare un SoC, porta a considerare ancor più importante il raggiungimento di determinati livelli di TDP.