Intel Haswell

Haswell/Broadwell

產品化	2013年上半年
推出公司	英特爾（Intel）
設計團隊	英特爾（Intel）
生产商	英特爾（Intel）
制作工艺/製程	22納米 至 14納米
核心数量	2至4個
一級快取	64KB（每核心）
二級快取	256KB（每核心）
三級快取	所有核心共用最多 32MB（Haswell） 35MB（Broadwell）
QPI速率	4.8 GT/s 至 6.4 GT/s
DMI速率	2.5 GT/s 至 5.0 GT/s
CPU插座	LGA 1150（桌面平台） BGA 1364（流動平台） rPGA 947（流動平台）
封裝	LGA（桌面平台、伺服器平台） BGA（流動平台） PGA（流動平台）
应用/用途	伺服器、工作站、桌上型電腦、筆記型電腦等
使用的處理器型號	Intel Core Intel Xeon
上代微架構	Sandy Bridge/Ivy Bridge
繼任微架構	Skylake/Skymont

Intel Haswell是英特爾目前最新的中央處理器架構，由英特爾的俄勒岡團隊負責研發，用以取代Intel Ivy Bridge和Intel Sandy Bridge微架構。 和Ivy Bridge微架構一樣，採用22納米製程 根據英特爾的“Tick-Tock”策略和產品路線圖，基於Intel Haswell微架構的處理器定於2013年6月發布。Intel曾於2011年的IDF上展示出基於Haswell微架構的晶片。2012年的英特爾開發者論壇上，英特爾公佈了更多關於Haswell架構的工程樣品處理器和技術說明。在2013年6月4日至6月8日的台北國際電腦展上，英特爾正式推出Haswell微架構以及其處理器產品。

技術特性

作為英特爾“Tick-Tock”策略下的產物，在“Tick-Tock”時間表上，Haswell架構屬於“Tock”階段，是為架構改進換代。根據Fudzilla的消息，“英特爾透露給合作夥伴的消息指Haswell架構的產品至少有10%的效能提升，同時鐘頻率下與Ivy Bridge架構的產品相比”。而英特爾宣稱Haswell整體效能將比Ivy Bridge快兩倍。 英特爾稱在某些工作负荷上Haswell架構的效率比上代產品的提升了20倍。

一片基於Haswell架構的處理器晶片的晶圓，與一隻鐵釘的大小對比

已確認的新特性

製作工藝/製程

• 更成熟的22納米製程，大幅改善漏電率（這裡的漏電指高制程晶片于運作時，部分電子因量子穿隧效應而由非電路或電路元件的矽中穿過）；
• 更成熟的3D-三柵極電晶體；

處理器核心

• 14級管線（從Intel Core微架構開始一直沿用至今）；
• 和以往一樣，整數運算、浮點運算和SIMD運算作業同樣通過指令端口進行分配；
• 每核心4個算術邏輯單元（ALU）和3個位址生成單元（AGU，2個位於載入管線，1個位於存儲管線）；
• 每核心8指令發射端口，可同時執行8條內部指令（uOPs），以實現4倍整數運算（Intel Sandy Bridge/Ivy Bridge為6uOPs/3倍整數運算）。
• 2個256位元的SIMD單元，以便支援Larrabee/Knight系列的512位元SIMD；
• 類似於X79晶片組平台（使用LGA2011插座）的可調節外頻/基準時鐘頻率（處理器外頻與基準時脈異步），意味著Haswell平台的超頻限制放寬。實際上，由於QPI環形鏈路的設計使得核心電源和時脈管理出現這樣的混亂：由於三級快取是CPU核心和GPU核心共用，但三級快取的電壓控制以及時脈控制是和CPU核心的同步的，當CPU核心處於低負載而內建GPU核心處於高負載時，三級快取需要處於全速運作狀態，連帶CPU核心也需要全速運作，這樣不利於處理器的功耗控制。英特爾要解決這個問題，需要CPU核心的基準時脈與非CPU核心的異步。
• 主流級處理器產品全線均為原生四核心，但實際上，英特爾公佈的技術說明已表明下一代的酷睿 i3（Core i3）、奔騰（Pentium）系列仍維持雙核心的設計。
• 英特爾事务性同步扩展 (TSX)，大幅改善多線程執行效率。
• AVX2指令集（或稱Haswell新指令集，包括矢量聚集散射、位元處理以及對FMA3的支援）
• 改善AES-NI指令的執行效能；

快取、記憶體介面、匯流排、處理器插槽

• 每核心擁有獨立的64KB的L1快取（32KB資料快取+32KB指令快取）；；每核心擁有獨立的256KB L2快取；所有核心可共享最高32MB的L3快取.
• 新的處理器快取設計，旨在提升快取頻寬，L1、L2快取頻寬由原來的每時鐘週期32位元組（256位元），提升至每時鐘週期64位元組（512位元），提升L2 TLB命中率。以提升大規模高負載運算任務的資料存取表現；
• 原生支援雙通道DDR3-1600；企業級的Haswell-EP/EX核心還會支援八通道DDR4；
• 原生支持PCI-E 3.0 x16匯流排
• 處理器內部仍然使用QPI總線，單向資料傳送效能有4.8GT/s、5.2GT/s、6.4GT/s等三種規格，較低階型號的處理器在晶片組和處理器之間仍然採用DMI總線，單向資料傳送效能有2.5GT/s和5.0GT/s兩種規格；QPI總線的佈局延續Intel Sandy Bridge以來的環形鏈路設計，設計簡單而且效率更高，更容易推出衍生產品。
• 新處理器插座：桌面版本的是LGA 1150，行動版本的是rPGA 947和BGA 1364。英特爾的技術說明已表示Intel Haswell不會向下相容於現有的英特爾處理器平台。

內建顯示核心

• 除了部分極致效能/伺服器平台以外，所有處理器型號均融合Intel HD Graphics顯示核心。
• 內建顯示核心將支援 DirectX 11.1以及 OpenGL 4.0；通用運算方面支援Open CL 1.2；繼續強化3D圖形處理效能，支援HDMI、DisplayPort、DVI、VGA連接埠標準；支援三屏顯示訊號獨立輸出（最高解析度為4096像素×3072像素）；
• 新的英特爾HD圖形顯示核心（Intel HD Graphics）有三種不同型號，代號分別為GT1、GT2和GT3。GT1擁有6個執行單元和1組紋理單元，定位入門級；GT2擁有20個執行單元和2組紋理單元，定位主流級；最高階的GT3則擁有40個執行單元和4組紋理單元，但只用於行動平台。而現任的Intel Ivy Bridge整合顯示核心HD4000最多只有16個執行單元，但顯示核心架構仍舊一樣，由於在架構、製程不變的情形下大幅提升顯示核心的規模和規格，可能會使內建顯示核心的Intel Haswell架構的處理器的發熱量急升，桌上型版本可以突破100瓦，行動版本更達57瓦。
• 在相同的功耗水平Haswell能提供两倍于Intel Ivy Bridge的图像性能，英特爾稱Haswell的內建GPU的效能可媲美售價50$至70$的獨立顯示核心。

電源管理、熱設計功耗

• 處理器晶片將內建完整的電壓調節模組，Intel又一次把主機板上的元件整合至處理器上，此舉可令主機板的供電設計變得簡單，降低主機板廠商的製造主機板的製造成本。但同時也令主機板廠商的產品賣點減少，趨於同質化，競爭加劇。英特爾的這種設計並非是電壓調節模組和處理器晶片完全融合，電壓調節模組是一塊獨立的供電晶片，英特爾稱『整合稳压器』（IVR），和處理器晶片共用一塊處理器基板。晶片採用22奈米制程，內建20個『供電單元』（Power Cell），具有可程式化特性，可為處理器各單元模組提供獨立穩定的電壓控制，理論上最多可以為處理器內各個模組單元提供一共320相供電。
• 新的高級電源管理，除了傳統的EIST和Turbo Boost以外，新增了幾個電力控制狀態，對於CPU核心和內建GPU核心將會有更明確精細的電壓控制，類似於對手超微半導體（AMD）的Turbo Core 3.0；
• 行動版本的處理器將有熱設計功耗為25瓦、37瓦、47瓦以及57瓦的型號；而桌機版本的預期則有熱設計功耗為35瓦、45瓦、55瓦、65瓦、77瓦、95瓦以及極致效能（包括高階伺服器平台的）高達100瓦以上TDP的型號，最高達到了Haswell-EP/EX的160瓦，最大通過電流190安培，不過有消息指出，由於增大的顯示核心，主流級和效能級桌面版本處理器的熱設計功耗有可能上揚至105瓦；除了流動平台、桌面平台以及伺服器平台以外，Intel還專門為超極致筆電設計了TDP只有15W、10W的版本，而且還將採用多晶片模組的設計，將晶片組和處理器整合到一塊處理器基板上，類似於Intel Westmere中顯示核心和CPU核心整合於一塊處理器基板的形式。

預期特性

• 支援Thunderbolt技術。

• 128 bytes cache line.
• Execution trace cache will be included L2 caching design.

晶片組

Haswell平臺新的8系列晶片組：

• 支援USB3.0並最多提供6個連接埠；
• 支援SATA 6.0Gb/s並提供最多6個連接埠；
• 優化硬碟資料傳送效能，提高資料存取和響應能力，特別是固態硬碟；
• 優化英特爾智能響應技術及其支援驅動程式；
• 为固態硬碟組建的硬碟陣列提供完整的TRIM支援；
• Intel Lake Tiny技術（動態硬碟加速）改善固態硬碟和機械硬碟混合組合的傳送效能；
• 採用45納米製程；
• 將於2013年第二季度上市，不相容舊有處理器。

消費級平臺上，最高階型號為Z87，支援所有特性；H87不支援處理器核心倍頻調整、動態硬碟加速以及3路PCI-E顯示卡互聯；而最低階的H81取代舊有的H61，僅支援單路PCI-E 2.0 16倍速+六條PCI-E 2.0 1倍速、兩個USB 3.0連接埠+八個USB 2.0連接埠、兩個SATA 6Gbps連接埠+兩個SATA 3Gbps連接埠（無RAID和AHCI），以及每通道記憶體只支援一個DIMM（亦即每通道僅能插入一條DDR3記憶體）。除此以外，B85也會取代B75，規格和Z87相近但不支援高級硬碟特性。

商務平臺由Q87、Q85分別取代Q77、Q75。

然而在2013年3月份，有消息指8系列晶片組工程樣品中的USB 3.0控制器存在缺陷，會影響S3休眠電源狀態以及USB 3.0的使用，而且無法透過驅動程式或BIOS/EFI的修補來修復。儘管離正式發佈仍有三個月的時間，但是英特爾卻沒有修復這個硬體電路BUG的打算。

處理器

消費級處理器

首批上市的基於Haswell架構的消費級桌上型處理器有Core i7系列、Core i5系列，標準電壓版的Core i7-4770K/4770、Core i5-4670K/4670/4570/4430的熱設計功耗為84瓦（其中帶“K”的型號不鎖定倍頻），節能版的Core i7-4770S、Core i5-4670S/4570S/4430S的為65瓦，低電壓版的Core i7-4770T、Core i5-4670T的為45瓦，超低電壓版的Core i7-4765T、Core i5-4570T（雙核心四線程）的則為35瓦。全部型號內建英特爾HD圖形（HD Graphics 4600）。行動版處理器全部為四核心Core i7，分別為i7-4930MX（TDP 57瓦，8MB三級快取）、i7-4900MQ（TDP 47瓦，8MB三級快取）、i7-4800MQ（47瓦，6MB三級快取），均為rPGA封裝。

企業級處理器

Intel為在高效能計算和高效能資料中心領域對抗NVIDIA“Project Denver”的新形態處理器（基於ARM的指令集架構的處理器並整合NVIDIA基於“Maxwell”架構的GPGPU），將推出極致效能的x86處理器核心Haswell-EP/EX，最高支援八通道DDR4-4266，熱設計功耗高達160瓦，往下還有145瓦、135瓦、120瓦等幾個階層。

效能表現

與上一代Sandy Bridge/Ivy Bridge架構相比：

• Haswell的CPU核心預期至少有10%～20%的效能提升，相對於Ivy Bridge的製品；不過根據2013年3月流出的Core i7-4770K的工程樣品顯示，整體效能水平相較于前兩代的Core i7而言提升幅度仍然有限。
• 最高階的內建圖形處理器是HD Graphics 4600預計會有翻倍的效能，相對於HD Graphics 4000，而實際上提升幅度和上一代的一樣，而且仍然不及對手超微半導體的AMD Fusion APU的內建顯示核心。

製程改進版：Intel Broadwell

根據Intel的“Tick-Tock”策略路線，Intel Haswell微架構的製程改進版代號為Intel Broadwell，採用14納米製程，於Haswell發布後一年發布。Intel Broadwell將會採用系統單晶片（SoC）或多晶片模組（MCM）的設計，將PCH晶片組內建於處理器晶片上或處理器基板上。這個將意味著Intel Haswell平台的主機板和處理器無法與Intel Broadwell的處理器/主機板互相相容，因為Haswell平台的主機板仍保留晶片組的設計。

2012年11月末，有不實傳言謠傳指英特爾在Broadwell以後將統一採用BGA封裝，摒棄插槽，屆時將和主機板捆綁販售，此言一出，立刻在個人電腦DIY市場上引起強烈反對的聲音，而英特爾發言人Daniel Snyder則出面澄清，“英特爾將繼續在可以預見的未來為使用者提供LGA封裝的處理器製品”。對手AMD也表示，儘管它們有BGA封裝的製品大量生產，但不會放棄插槽式的處理器製品。

英特爾也會在Broadwell中加入新指令：

• ADOC/ADCX指令，用於任意精度整數操作

繼任微架構

Intel Skylake微架構將會是Intel Haswell微架構及其製程改進版Intel Broadwell微架構的繼任者。

Intel的微處理器架構路線圖，從 NetBurst以及P6至Skylake

參見

• Intel Core
• Intel Nehalem
• Intel Sandy Bridge
• Intel Ivy Bridge
• AMD Bulldozer
• AMD Piledriver
• AMD Steamroller