Intel Haswell: vrchol procesorové evoluce [Představení platformy]

Je již pravidlem, že každý rok uvádí Intel novou platformu, ze které pak budou těžit počítače, all-in-one PC, notebooky a nově i tablety minimálně další rok. Přichází Intel Core 4. generace s kódovým označením Haswell.

S posledními dvěma generacemi procesorů Intel (Sandy Bridge a novější Ivy Bridge) započal Intel svou vizi ultrabooků, z čehož samozřejmě těží i MacBooky Air a jiné notebooky, které definici ultrabooku podle Intelu nesplňují. Haswell je vyvrcholením snahy Intelu přinést co nejmenší, nejtenčí a nejúspornější počítače. Z toho také logicky vyplývá, že nelze od nové platformy čekat nějak razantně vyšší procesorový výkon. Intel se zaměřil především na co nejnižší spotřebu, a to zejména při nečinnosti. Naopak skutečně velký pokrok je u integrovaných grafických karet. Intelu se vůbec nelíbí, jak výrobci osazují notebooky i ultrabooky slabými dedikovanými grafikami, které zbytečně snižují dobu výdrže na baterii. Mnoho procesorů Haswell tak dostane do vínku i více než dvojnásobně výkonnou integrovanou grafiku oproti předchozí Intel HD 4000.

Jak poznáte Haswell

Procesory z platformy Haswell poznáte podle čtyřky na začátku označení modelu (i3/i5/i7-4xxx). V PC a Hackintosh světě již desktopové modely nebudou pasovat do patice LGA 1155 (Ivy Bridge a Sandy Bridge), ale do nové LGA 1150. Pro Haswell je tedy nutná výměna základní desky za model s čipovou sadou Intel osmičkové řady – například Intel Z87. Dobrou zprávou je ale alespoň to, že rozteče šroubů pro procesorový chladič zůstaly stejné, půjde tedy použít jakýkoliv chladič pro patice LGA 1155 i předchozí LGA 1156.

Zatímco předchozí generace procesorů Intel Ivy Bridge přinesla změnu výrobní technologie z 32 nm u Sandy Bridge na 22 nm bez výrazných změn v architektuře samotného procesoru, tentokrát došlo k vylepšení architektury a osvědčený 22nm výrobní proces zůstal. Tohoto tzv. „Tick-Tock“ systému se Intel úspěšně drží od roku 2007 a každý rok tak lze očekávat „Tick“ nebo „Tock“. Zatímco Ivy Bridge (rok 2012) byl „Tick“ (nový výrobní proces), Haswell (rok 2013) je „Tock“ (nová architektura na stávajícím výrobním procesu). Následující Broadwell (rok 2014) neboli „Tick“ bude architektura Haswell vylepšená novým 14nm výrobním procesem, který přinese ještě větší výkon na watt energie.

Vyšší výkon jen někde

Po stránce výkonu nečekejte mezi Ivy Bridge a Haswellem výrazný rozdíl, byla zde snaha hlavně ušetřit energii. To však neznamená, že by se Intel nesnažil různými optimalizacemi i přes sníženou spotřebu výkon navýšit. Haswell přináší vyšší výkon v paralelních výpočtech, špičkový výkon za jeden cyklus je dvakrát větší než u Sandy Bridge. Intelu se podařilo zlepšit výkon predikce větvení, k dispozici je více bufferů pro ukládání dat cache paměti, byla snížena latence v rámci cache a zvýšena propustnost L2 cache. S tím souvisí i nové instrukční sady a exekuční jednotky. Architektura Haswell má Advanced Vector Extensions 2 (Intel AVX2), které mimo jiné zlepšují výkon při šifrování, indexování a samozřejmě v dalších oblastech jako je zvuk, video apod.

Hardwarová virtualizace je také rychlejší a optimalizovanější, Intelu se podařilo snížit časy pro přepínání. Sdílená cache je propojená se všemi procesorovými jádry i grafickým čipem a systémovým agentem. Systém je škálovatelný dle počtu procesorových i grafických jader. Rozložení zdrojů při výpočtech je efektivnější než u Sandy Bridge a Ivy Bridge, zlepšena byla i propustnost při zápisu do operační paměti s lepším předpovídáním. Celkově ovšem lze říci, že Haswell zrychlí především nové aplikace, které dokážou tyto optimalizace využít. To potvrzují také testy procesorů na stejných frekvencích.

Menší spotřeba i zahřívání

Aby Intel u nové architektury značně snížil spotřebu nejen za chodu, ale hlavně v klidu, přišel s novým integrovaným napěťovým regulátorem přímo v procesoru. Ten se postará o efektivní vytížení všech částí čipu – mnohem lépe než regulátory, které jsou na základní desce, o jejichž kvalitu se starají výrobci desek. Programovatelné napěťové regulátory umožní efektivně vypínat různé části čipu nezávisle na sobě, takže například pro přehrávání videa lze vypnout všechna procesorová jádra a napájet pouze grafický čip. Nepotřebné části mohou být vypnuty. Proto bychom se měli dočkat extrémně nízké spotřeby v klidu, která by dle Intelu měla být až dvacetkrát nižší než u současných modelů. Nižší však bude i spotřeba při nenáročných úkolech, kdy se čip dokáže velmi efektivně z větší části vypnout a nechat v chodu pouze obvody, které jsou nezbytné pro danou úlohu.

U napěťových regulátorů není problém v uspávání jednotlivých bloků, ale v jejich probuzení tak rychle, aby ještě k něčemu byly. Procesory Intel Ivy Bridge měly dva hlavní stavy – aktivní a spánek a Intel se doposud neustále snažil snížit čas, který je zapotřebí k přechodu mezi nimi. U Ivy Bridge to trvá už jen několik sekund, stále to však neznamená, že by byl notebook okamžitě připraven k akci.

Více stavů, více úspory

U Haswellu Intel přidal třetí stav napájení, jemuž vývojáři od Intelu říkají „aktivní nečinnost“ (Active Idle). Je označován také jako S0iX a jde o aktivní stav s extrémně nízkou spotřebou. Potřebuje dvacetkrát méně energie než Ivy Bridge a najdete jej jen u jednočipového řešení (CPU i PCH na jednom čipu) u ultrabooků a tabletů. Operační systém si stále myslí, že je počítač vzhůru, ale drtivá většina procesoru již spí. Tento trik se promítá do času potřebného k probuzení v nejhorším případě v řádech několika set milisekund.

Aktivní režim byl už dříve rozdělen do několika menších stavů (známé jako stavy Cx). Každý „ministav“ přesně definuje, jaké části procesoru jsou vypnuté. Haswell přidává nové stavy C6 a C7 pro přesnější řízení spotřeby, a to i u desktopových procesorů. To přináší značnou úsporu energie, protože se procesor nebude neustále probouzet celý, ale aktivovány budou jen ty oblasti, které jsou ke splnění úkolu zapotřebí. Intel musel také vyřešit to, aby se při přechodu do stavů C6 a C7 nebo S0iX nevypnul monitor, protože jeho probuzení trvá dlouho. Procesory Haswell proto umí panely neustále obnovovat i v nejhlubších aktivních stavech. Pokud si například něco čtete na obrazovce, téměř všechny bloky procesoru se vypnou, aktivní zůstane jen obnovování obrazu na monitoru. Jakmile pohnete myší nebo stisknete klávesu, procesor se probudí. Díky extrémně nízkým časům přechodu a aktivnímu panelu tak nebudete úsporné režimy vůbec vnímat.

Lepší grafika

Procesor se po stránce výkonu příliš nezměnil. Intel si to však vynahradil novým grafickým čipem, který je více potřeba. Zavádí novou značku grafických čipů Iris a Iris Pro, ovšem jen u nejvýkonnějších modelů grafik v čipech Haswell třídy GT3 (Intel 5100) a GT3e (Intel 5200).

Nejvýkonnější grafika Iris Pro bude pouze u vybraných čtyřjádrových modelů a může se pochlubit jednou zvláštností – samostatnou pamětí eDRAM s kapacitou 128 MB. Podle testů Intelu byl Iris Pro u procesoru Core i7-4950HQ více než 2,5× výkonnější než Intel HD 4000. U procesorů pro běžné smrtelníky se setkáte spíše slabšími modely Intel HD (třída GT1), Intel HD 4200, 4400 a 4600 (třída GT2) a HD 5000 (třída GT3), který je určen pro mobilní čipy s TDP 15 W. Označením GT1, GT2, GT3 a GT3e Intel rozlišuje jednotlivé třídy grafických čipů – jedná se však o interní označení, v přehledech a popisech k čipům ho tedy nepotkáte.

U nových grafik v procesorech Haswell se Intel nezaměřil jen na hrubý výkon, ale také na nejrůznější optimalizace – například akcelerace přehrávání videa a jeho převodu. Hardwarový dekodér pro MJPEG (určeno především pro videohovory), hardwarový enkodér pro MPEG2, akcelerace videa v rozlišení 4K a vylepšené SDK pro různé profily s akcelerací enkódování. Obraz je také vylepšen pomocí hardwarové stabilizace obrazu, převodu snímkovací frekvence, vylepšení barev (kůže) a rozšíření gamutu. Samozřejmostí jsou pak tři nezávislé výstupy na monitory (eDP + DP/HDMI + DP/VGA) a nová verze rozhraní DisplayPort 1.2 (rozlišení až 4 096 × 2 304 px).

Pokud máte klasický počítač s procesorem s architekturou Sandy Bridge nebo Ivy Bridge, nedává vám architektura Haswell mnoho pádných důvodů k přechodu. Už tyto platformy byly velmi povedené, nemají závažné nedostatky a výraznější nárůst výkonu se nekoná. Revolucí ovšem jsou mobilní zařízení osazená novými čipy Haswell. Díky mnohem delší výdrži, velmi nízkému zahřívání a menším rozměrům celé platformy se dočkáme například pasivně chlazených tabletů s čipy Intel Core nebo další vlny všelijakých konvertibilních řešení.

Článek vyšel v SuperApple Magazínu číslo 04/2013, vydání Červenec – srpen.