Critique des processeurs Haswell de chez Intel

• Gravure 22 m de type Tri-Gate
• 1.4 milliards de transistors
• Taille de la puce: 177 mm² 
• 32 + 32 Ko de cache L1 pour les données et les instructions (par core)
• 256 Ko de cache L2 (par core)
• jusqu'à 8 Mo de cache L3 (partagé entre le CPU et le GPU)
• MMX, SSE jusqu'à 4.2, AVX, AVX2, FMA3, AES-NI, Intel 64
• HD 4600 (GT2, DirectX 11.1, 20 EUs)
• DDR3(L) contrôleur mémoire jusqu'à 800 MHz (DDR3-1600)
• 16 lignes PCIe 3.0
• TDP de 37, 47 ou 57 W

Depuis 2007, les développeurs de chez Intel ont suivit le modèle "Tick-Tock". chaque année - négligeant les délais - une réduction de la taille de la puce ("tick") suivit d'un changement de micro-architecture ("tock"). Ivy Bridge était une version réduite de Sandy Bridge, avec Haswell c'est une nouvelle architecture mais encore gravée en 22 nm.

Mais Haswell n'est pas une architecture vraiment nouvelle et possède de nombreuses fonctions communes avec Ivy Bridge. Mais il y a tout de même des changements importants: Les instructions additionnelles AVX2, FMA3, BMI (Instructions de manipulation de bits) et TSX (Extension de synchronisation transitionnelle) pour en nommer quelques peu. Alors que AVX2 pour faire simple, est un genre d'extension de calcul interne succédant à la première génération de AVX, FMA3 ajoute plusieurs extensions de calculs à la virgule flottante avec des opérantes 128 et 256 bit. Notez que le FMA3 n'est pas directement compatible avec FMA4, qui est déjà supporté par les processeurs AMD (Trinity, Richland) en plus du FMA3. La différence cruciale est la différence dans la manière d'utiliser le registre. FMA4 permet des opérations du type FMA telles que "a + (b * c) = d", alors que le registre de destination "d" doit être l'un des trois registres "a", "b", ou "c" dans FMA3. Les deux autres extensions améliorent les tâches de cryptage (BMI) ou améliorer la synchronisation des tâches parallèles (TSX).

Le pipeline possède de 14 à 19 niveaux (la longueur réelle dépend de la vitesse de hit du cache µOP) et montre que Intel n'a opéré que de petits changements. Les ingénieurs n'ont pas changé la façade. Ils ont seulement amélioré le prefetcher et optimisé la prédiction de saut. Mais la face arrière a aussi beaucoup changé. Des tampons plus importants comme un ROB (tampon de re-commande, appelé aussi fenêtre OoO) Avec 168 au lieu de 192 µOPs ce qui améliore la flexibilité et l'efficacité de l'agenda out-of-order. De plus, le nombre d'unités d'exécution a augmenté de 6 à 8. C'est une grosse différence entre Haswell et ses predéceseurs. Toutes les architectures "Core" depuis Conroe, en tant que premier Core 2 Duo ne pouvait faire que 6 µOPs en parallèle. Cela va faire une grosse différence avec le SMT - une tâche seule aura du mal en utiliser toutes les unités simultanément.

Si le pipeline n'arrive pas a avoir assez de données, le débit baisse. Pour éviter un goulot d'étranglement, Intel n'a pas seulement doublé la taille du cache L2 TLB, mais aussi élargit l'interface L1 et L2 en le doublant. La bande passante de la partie solo du cache L3 (LLC) partagé entre tout les cœurs a été amélioré avec deux pipelines dédiés pour les données et les autres opérations. En même temps la flexibilité a été améliorée. Alors que le LLC possède la même fréquence que le CPU dans Ivy Bridge, Haswell permet une fréquence independente. C'est très utile dans les applications graphiques. Si la charge du GPU est élevée et le CPU bas, le processeur tourne plus lentement pour économiser de l'énergie alors que l'unité graphique continuer à profiter de la pleine puissance du cache.

Pour simplifier, les changements de Haswell mène à des gains de performances substantiels. A part pour les applications qui doivent encore gérer les nouvelles instruction, les applications profiteront tout de même des améliorations. Dans la foulée, les économies d'énergies sont substantielles. Le Power Gating un peu plus sophistiqué déconnecte les composants inutilisés de l'alimentation. De plus, le passage d'un profil énergétique à l'autre est 25 % plus rapide et les modèles ULV possèdent un nouveau mode très frugal appelé S0ix.

Intel a retardé le redesign radical du GPU jusqu'au successeur de Haswell, Broadwell. Il n'en reste pas moins que le gain de performances du GPU est bien plus élevé que celui du CPU.

C'est possible grâce à l'ajout de nombreuses unités de shaders appellés "Execution Units" (EUs) par Intel. Au lieu de 6 (GT1) ou 16 EUs (GT2) pour Ivy Bridge, le GPU Haswell possède 10 (GT1), 20 (GT2) et 40 (GT3) EUs. Tout les modèles possèdent une façade revue, ce qui inclue le Resource Streamer (qui fait partie du Command Streamer qui réduit la dépendance aux pilotes) et des composants bien connus comme le Tessellateur. Celui-ci et d'autres unités à fonction fixe devraient être deux fois plus rapide que son prédécesseur.

Ils sont suivit des unités d'exécution à proprement parler, qui sont coupées en tranches échelonnables. Une tranche est en fait un cache L3 pour le GPU, les pixels arrière, et le rasteriseur. De plus, il y a une (GT1) ou deux (GT2) sous-tranches. Avec chacune 10 EUs, une mémoire d'instructions et un tout nouvel échantillonneur de textures avec 4 fois la bande passante de Ivy Bridge. Les GPU de type GT3 possèdent deux tranches et 4 sous tranches avec donc 40 unités de shaders (EUs). 

La version haut de gamme dec ette carte graphique (GT3e) possède en plus 128 Mo de cache eDRAM directement en dessous de la puce dans le même package. Avec une interface mémoire très large de 512 bits – la RAM est souvent connectée via deux canaux 64 bits - donc la bande passante du GPU est très large. Avec une fréquence de 500 MHz (environ), cela représente 64 Go/s donc à égalité avec une carte comme la Nvidia GeForce GT 650M avec de la mémoire GDDR5. Mais encore faut-il voir les capacités du tampon eDRAM sont au niveau de la mémoire du GPU. De plus, l'unité graphique possède son propre cache L3 (voir au dessus), le LLC jusqu'à 8 Mo et la RAM DDR3 du système.

Il faut aussi brièvement mentionner une fonctionnalité de la mémoire eDRAM.  Selon Intel, ele n'est pas seulement utilisée par le GPU mais aussi par les cœurs du CPU. Donc en gros ce serait un très gros cache L4 "hors-puce". Ce pourrait-être très intéressant pour les application s qui ont besoin de beaucoup de bande passante. mais on attend les premiers benchmarks sur ces modèles pour nous décider (Core i7-4850HQ, Core i7-4950HQ).

Haswell supporte maintenant toutes les API importantes telles que DirectX 11.1, OpenGL 4.0, et OpenCL 1.2. Donc il est possible d'utiliser la partie GPU pour des calculs GPGPU très pratiques dans Adobe Photoshop, Premiere Pro et de nombreux autres programmes.  La partie graphique supporte 3 écrans jusqu'à 4k x 2k (voir plus bas pour les détails). Les interfaces disponibles sont le HDMI 1.4a et DisplayPort 1.2 avec la possibilité de monter les écrans en série. Seul les modèles non-ULV supportent le VGA. Le standard Wireless Display version 4.1 est supporté, ce qui permet une transmission sans fil vers un écran avec un minimum de retard. Et enfin le transcodeur Quick-Sync qui a été revu avec des performances encore meilleures.

Donc, gros changement ou mise à jour inutile? Au vu de la performance, certains peuvent douter du succès de la nouvelle architecture de intel. Le gain de performances est assez faible sur les applications actuelles pour justifier une mise à jour depuis Sandy Bridge ou Ivy Bridge. En tout cas, c'est le cas avec le quad-cores.

Il ne faut pas oublier le fait que les dernières générations étaient déjà très puissantes. bien que le modèle tick tock de Intel qui permet un gain de performances de génération en génération réduit, mais chaque année, la promesse de plus de performances est garantie. AMD est loin derrière les performances CPU au niveau mobile avec le niveau d'un Core i3 au mieux. de plus, Haswell possède des fonctions comme AVX2 et FMA sont conçues pour les applications à venir qui supporteront les nouvelles instructions.

Les choses vont devenir intéressantes quand Intel introduira les nouveaux modèles d'Ultrabook. Des détails interessants on déjà fuité incluent un concept de processeur en une puce; le TDP réduit à 15 W avec une partie graphique bien plus puissante. Notre article sur la HD Graphics 4600, la configuration de milieu de gamme ("GT2") de la partie graphique de Haswell, donne un goût de ce qu'il y a à venir.

Un grand merci à Schenker qui a permit cette critique. Vous pouvez configurer votre Schenker ici.