Der Rechenkünstler

Mikroarchitektur und Instruktionssätze der neuen vierten Core-Generation Haswell

Wissen | Know-how

Haswell kann nicht nur mit seiner verbesserten Grafik und geringerem Energiehunger, sondern vor allem auch mit seinen Rechenkünsten imponieren. Hierfür bringt er eine generalüberholte Mikroarchitektur und zahlreiche neue Instruktionssätze mit.

Gemäß Intels Tick-Tock-Strategie – jedes Jahr entweder eine neue Mikroarchitektur oder eine neue Fertigungstechnik mit verkleinerten Strukturen – entspricht Haswell der Tock-Phase mit der neuen Mikroarchitektur, bei der gleichen Prozesstechnologie wie sein unmittelbarer Vorgänger Ivy Bridge. Der 22-nm-Herstellungsprozess P1270 mit Trigate-Transistoren wurde allerdings weiter für Haswell optimiert, um den Prozessor noch stärker aufs Energiesparen trimmen zu können. Die Spannung lässt sich an vielen Stellen nun noch etwas weiter herunterfahren. Der Fully Integrated Voltage Regulator (FIVR) hilft dabei, feinkörnig einzelne Bereiche gezielt mit ihrer jeweils optimalen Spannung zu versorgen. Zudem hat Intel an allen Ecken des Designs geschraubt, sodass bei gleichem Takt letztlich nur die Hälfte bis ein Drittel der Leckströme eines Ivy-Bridge-Prozessors auftreten. Besonders stolz ist Intel darauf, dass man all dieses geschafft hat, ohne Einbußen an der Performance hinnehmen zu müssen.

Pentium Pro grüßt von Ferne

Das Mikroarchitektur-Team hat das Seine dazu beigetragen, die Architektur kräftig zu tunen. Revolutionär neu ist die Haswell-Architektur dabei nicht gerade, beruht sie doch in ihrem prinzipiellen Ablauf weiterhin auf dem guten alten P6-Design, wie es Bob Colwell in den frühen 90er Jahren geschaffen hat. Weiterhin wird der x86-Code von einst drei, inzwischen vier Decodern und einem Microcode Instruction Sequencer (MIS) parallel in RISC-artige atomare Operationen, die Mikro-Ops (µOps), zerlegt, die nach Auflösung diverser Abhängigkeiten durch Register-Renaming und andere Tricks mit 3 beziehungsweise inzwischen 4 µOPs/Takt in den Reorder-Buffer (ROB) gelangen. Hier werden auch zusätzlich Adress- und Statusinformationen abgespeichert. ...

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Weitere Bilder

  • Die richtige Wahl der Transistoren ist wichtig. Die Leckströme – hier beim SoC-Prozess P1271-S steigen zwischen Ultra Low Power (ULP) und High Performance (HP) um vier Zehnerpotenzen.
  • So sehen Spulen auf dem Silizium-Die aus, die man für den Fully Integrated Voltage Regulator (FIVR) benötigt. Ihre Induktivität liegt bei wenigen nH.

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