Intel Haswell-EP处理器评测

作者:盘骏/Lucifer   【原创】   2014-09-09 02:12:44

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总的来说,Haswell更进一步地发掘呢处理器的ILP(Instruction Level Parallelism,指令集并行度)能力。

  从Nehalem开始,Intel的处理器就可以分为Core和Uncore两大部分,其中,同一微架构的处理器,其Core部分是一致的,根据消费端、企业端的需求不同,使用不同的Core数量以及Uncore部分搭配组合,就得到了整个家族不同的处理器。其中,Core,核心或者核内,属于微架构的范畴。Intel将Haswell的Core改进划分为三个方面:

1.面向提升IPC(Instruction Per Cycle,每周期指令数)的微架构改进
2.供给运算单元的核心微架构改进
3.提升性能的指令集

  如下图所示,Haswell号称IPC比Ivy Bridge提升17%

Intel Haswell-EP处理器评测
Intel Haswell的核心改进

  我们介绍的顺序大抵和上面一致,接下来先介绍的是面向提升IPC的微架构改进。

面向提升IPC的微架构改进

  微架构的改进设计方方面面,不过大致上就是上面列出的5点:

1. 更好的分支预测
2. 更深的缓冲区
3. 更大的TLB(Translation Lookaside Buffer,旁路翻译缓冲)
4. 更多的执行单元
5. 改进的前端单元

  首先我们来看Haswell的微架构图示:

Intel Haswell-EP处理器评测Haswell Core at a Glance,Haswell核心一目了然

  At a Glance,一目了然的意思,果然可以很直观地看到Haswell微架构上重点在于改进的前端部分(包括改进分支预测)以及执行单元的改进。下图是上一代微架构Sandy Bridge:

Intel Haswell-EP处理器评测
Sandy Bridge微架构

  实际上,在Intel的NDA会议上并没有介绍到微架构的层次,因此也没有更多的资料可以介绍更进一步的细节。相对来说,缓冲区以及执行单元的改进倒是可以一说:

Intel Haswell-EP处理器评测
Haswell在各种硬件缓冲资源上得到了改进,提升幅度大约在5~15%左右,可谓颇为明显

Intel Haswell-EP处理器评测
Haswell的执行单元架构时代

  从Nehalem以来,Intel除了如Atom、Quark之外的处理器均一直具有6个执行端口,每个端口具有不同的执行单元但共享相同的入口,这样每个时钟周期前端可以Issued(发射)6条μop。在Haswell当中,执行端口的数量增加到了8个,新增加的端口6是整数ALU、Shift,以及分支单元;端口7这是Store Address。在以往的微架构当中,整数ALU在端口0和端口1和端口5各有一个,然而在端口0和1的任务十分繁重,各种SIMD操作都要占用,因此增加的ALU有利于解放端口0和1,同样地,分支单元一直以来只有端口0具有,端口7新增的分支单元让分支能力倍增,并减少了对端口0的依赖。端口7的Store Address功能以往由端口2和端口3来实现,而在上一代微架构当中,端口2和端口3的宽度为128位,意味着256位的AVX操作需要同时占用两个端口,也就是占用了端口当中的AGU地址生成单元,现在通过额外的端口7,可以允许更多的操作并行运行,同时,端口2和3的宽度也从以往的128位提升到256位,也就是每端口每个时钟周期可以Load多达32字节的数据,同样,端口4(Store Data)的宽度也得到了翻倍,总的来说,笔者认为,Haswell微架构当中,端口数量的增加——最明显的就是Load/Store能力的增加,对于IPC的提升有着显著的影响,因为L1缓存带宽的翻倍对大量的数据处理作用是很明显的,Haswell在L2带宽上也同时得到了倍增:

Intel Haswell-EP处理器评测
Haswell核心的缓冲大小、延迟以及带宽的改进

  除了Load/Store能力的明显改进之外,Haswell的端口2额外增加了FMA FP Mult(融合乘加、浮点乘)的能力,FMA性能翻倍。

  总的来说,Haswell更进一步地发掘了处理器的ILP(Instruction Level Parallelism,指令集并行度)能力,在各个方面增加并行运算资源,预计除了IPC,超线程的表现也会得到提升。

  • Intel Haswell-EP处理器:前言

    1
  • Intel Haswell-EP处理器:概览

    2
  • Intel Haswell-EP处理器:核内改进(一)

    3
  • Intel Haswell-EP处理器:核内改进(二)

    4
  • Intel Haswell-EP处理器:核内改进(三)

    5
  • Intel Haswell-EP处理器:核外改进(一)

    6
  • Intel Haswell-EP处理器:核外改进(二)

    7
  • Intel Haswell-EP处理器:DDR4内存技术

    8
  • Intel Haswell-EP服务器:外围元件

    9
  • Intel Haswell-EP服务器:CPU和DDR4内存

    10
  • Intel Haswell-EP服务器:BIOS界面

    11
  • Intel Haswell-EP处理器:CPU-Z

    12
  • Intel Haswell-EP处理器:AIDA64

    13
  • CineBench R15测试

    14
  • SPEC CPU2006处理器性能测试介绍

    15
  • SPEC CPU2006:SPEED测试

    16
  • SPEC CPU2006:RATE测试

    17
  • Intel Haswell-EP处理器:测试总结

    18

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