IDF2013:下一代微架构Haswell的创新

在IDF2013的技术课程上,来自英特尔Ronak Singhal分享了英特尔下一代微架构Haswell的创新成果。Haswell是英特尔的Tick/Tock开发模式中的Tock,Haswell跟Ivy Bridge一样,都是采用22nm的制程,继承了第二代和第三代英特尔酷睿i3/i5/i7(Sandy Bridge和Ivy Bridge)处理器的创新技术。

Haswell“设计指导思想”

Ronak介绍道,Haswell设计的指导思想包括三个方面:第一,内核设计趋同,基于不同平台应用扩展功能;第二,单核性能更高,也就是提高每个周期单线程指令处理器;第三,保持或减少处理器功耗。

Haswell的内核设计创新

据Ronak介绍,Haswell在内核设计方面的创新主要包括如下几个方面:下一代指令分支预测,这主要是可以减少性能浪费,提高性能;加强前端处理器,Haswell可以预测性地触发TLB和Cache misses,同步处理cashe misses以减少时延,采用了更强的分支预测;同时,具有更大的容量缓存,可以解析更多的同步指令,单线程运行时可以获得更多资源;具有更多的执行单元,更小的时延,不用时执行单元关闭,可以降低功耗;Haswell具有更大的存取址带宽,更佳的预取指令功能,实现更少的cache line分离时延和吞吐量,L2带宽加倍,在省电的同时又不牺牲性能。

【图】Haswell内核设计概要

【图】Haswell执行单元概览

【图】Haswell新计算指令集

【图】内核高速缓存容量/时延/带宽

Haswell高速缓存架构和互联方式

Haswell继承了Sandy Bridge的可扩展和高速共享缓存,单方向上每一个内核都有两个站点,可以共享的最后一级高速缓存(LLC)容量根据内存数量呈比例设计,处理器图形模块和系统中介模块有独立的环站点。

Haswell有哪些创新的地方?Ronak每个内核片上,提供了多个新的专属pipeline独立处理数据和非数据存取,共享LLC的存取带宽更大;采用基于credit的管理更优化、有效地共享资源,平衡到各系统中介上工作量的能力提高;同时更长的等候队列提高了DRAM写吞吐量;在功耗方面,减少了空转提升了工作效率。

【图】Haswell引入了大图形硬件和大缓存,在图形、媒体和内核间共享以保证高效的多媒体计算 

Haswell功耗管理的创新

Haswell还提供了受功耗限制的性能最大化,电池续航时间实现最大化。