【IT168 技术】不久前Intel刚刚发布来基于Haswell架构的全新第四代智能酷睿处理器，而且首批上市的产品多达22款，其中光基于桌面平台的就有13款之多，包括了i7和i5两个系列。作为全新架构的Intel Core i7 4770K来说，代号Haswell的新一代处理器被消费者赋予了太多的希望，毕竟前几代产品的强悍是毋容置疑的，消费者的希望与超越前代产品的“任务”从某种程度上来说，Intel Core i7 4770K面临了前所未有的压力。
我们都知道，目前Intel采用的是“Tick-Tock”模式。“Tick-Tock”的原意是时钟走过一秒钟发出的“滴答”声响，因此也称为“钟摆”理论。按照Intel的计划，每两年进行一次架构大变动——“Tick”年（奇数年）实现制作工艺进步，“Tock”年（偶数年）实现架构更新。根据以往的经验，“Tick”年推出的产品多为工艺更新、优化的核心和指令集等等和架构微调。
自从Intel展开Tick/Tock模式来更新产品，每一代的Tock环节都备受瞩目，在大多数消费者眼里，新架构带来的改进要比制程改进对性能的提升要明显很多，特别是2011年5月3D Tri-Gate晶体管架构的启用，改变了业界，也改变了Intel自身。从Lynnfield(2009年)、Clarkdale(2010年)、Arrandale(2010年)、Sandy Bridge(2011年)，以及2012年最新的Ivy Bridge，以及刚刚发布的Haswell。
作为全新第四代智能酷睿处理器，背负着这样的名号，全新的Haswell处理器携手与之配套的Lynx Point（8系列）芯片组正式开启了征程。作为TOCK代的产品，Haswell的核心架构有部分变化。这就是Haswell引入的AVX2指令集。
Haswell处理器Core i7 4770K架构解析
我们知道大部分应用程序主要依赖于整数运算，另外在多媒体方面浮点运算需求也显著增加，AVX2一系列的指令集的优化能够直接受益这些应用，带来更强的多媒体图形处理能力以及更流畅的应用程序体验。AVX2指令集是在AVX指令集的基础上加入了256位矢量宽度、增强的数据排序、3/4个操作数、非对齐内存存取以及VEX编码方式，显著提升了处理器的浮点计算性能。
与Sandy Bridge/Ivy Bridge架构的指令发出端口稍有不同的是，原来整数运算和浮点/SIMD运算同样通过指令端口进行分配，其中整数运算ALU单元数量为3个，载入/存储管线为2条。而现在Haswell架构指令发出端口由2个提升为8个，整数运算单位和载入/存储管线各增加1个。因此Haswell架构处理器可同时执行4个整数运算，以及2个载入和1个存储的操作。还有就是端口0和端口1各自连接的AVX(Advanced Vector Extensions)SIMD运算单元的位宽也提升至256-bit。以前端口0 AVX256-bit SIMD(MUL)和和1个AVX合并在一起，而Haswell中端口0与256-bit SIMD（FMA)，端口1与256-bit SIMD(FMA)合并在一起。
AVX2指令集增强了对256bit整数SIMD的支持，新增60条256bit浮点SIMD指令，在AVX的基础上进一步完善。另外在浮点运算上，新增的FMA单元支持8个单精度或4个双精度浮点数，每周期单/双精度FLOPs都要比AVX高一倍。这些改善都显著提升了处理器的浮点和整数运算性能。
为了支撑CPU核心的吞吐量增长，Haswell缓存不属于CPU核心，属于整个CPU的L3缓存性能有一定的提高。在Haswell中数据访问和其他访问进行了分离，采用不同的流水线进行处理。对于不同核心共享的系统资源，如系统代理，改善了信用管理机制，使得系统代理的负载能够在不同的核心之间更好的分配。提高了系统内存写入的吞吐量，增加了内存写入队列的深度，可以更好的进行调度。在前面介绍Core i7 4770K规格的时候已经提到过，其相比上代产品新增了AVX2和FMA3指令集。
AVX2是由原来Sandy Bridge架构上的第一代AVX指令集扩展增强而来的，为绝大多数128位SIMD整数指令带来了256位数值处理能力，同时继续遵循AVX的编程模式。AVX2还提供了一系列增强的功能性，包括数据元素的广播(broadcast)、逆变(permute)操作，每个数据元素可变位移计数的矢量位移指令，从内存中拾取非相邻数据元素的指令等等。
另外，Haswell架构也开始支持 积和熔加 运算(Fused Multiply-Add，FMA)，也就是可以在同一条指令里同时执行加法和乘法运算，可提高浮点计算速度和数字精确度，改善矢量和标量工作流的执行。
Haswell架构还有一些其它的改进，包括有内存访问带宽的大幅度提升。由于内存存取带宽的提升，必然会带来处理器性能的提升。比如L1载入带宽由原先的32-byte/循环提升为64-byte/循环。而L2和L1缓存带宽也由之前的32-byte(256-bit)提升为64byte(512-bit)。并且L2 Translation Lookaside Buffer (TLB)也获得了大幅提升，从而可以大大提升大规模work load的性能表现。
Haswell架构所有内置单元的连接和布局与Sandy Bridge/Ivy Bridge架构相似，各个核心的管线并没有什么太大变化。其中，前端指令fetch/decoding部分与之前的Sandy Bridge/Ivy Bridge非常相似。不过指令下行back-end缓存周围则有很大的不同，这个部分明显被扩大了。
关于Haswell架构，如果只用一句话来形容的话，就是以back-end为中心进行了架构改进，其指令发出/执行管线相比之前的数代(Nehalem-Sandy Bridge)架构相比，拥有了极大的变化。首先就是从Merom开始一直到Ivy Bridge架构，都一直延续着6指令运行，而现在则提升为8指令(uOPs)。 在这一代产品上，Intel改变了之前的思路，性能的改进不再是最重要的部分，功耗控制成了Haswell的重头戏。前面我们说的架构改进，只是为了下一代产品“铺路”而已，其实最重大的变化就是在CPU内部整合了FIVR电压调节模块。
重大改进：内置全新FIVR电压调节模块
在前几代的产品中，包括Ivy Bridge以及Sandy Bridge，处理器的Core VR、Graphics VR、PLL VR、System Agent VR、IO VR模块都被设计在主板上，这5个模块以FIVR模块整合到CPU内部后，使得CPU内核的供电更加精准，并带来更纯净的供电电流，提升供电效率。
FIVR模块整合的另外一个好处就是简化的CPU外部供电设计，用来精确调整CPU核心供电的技术。这项技术可以让Core 、Graphics、System Agent、PLL、IO更加独立，实现更高效的能效控制。FIVR可以独立调节处理器内部的各个模块供电，包括Core、Graphics和总线等等，也同样可以将不需要的部分关闭，如果你的任务只需要CPU核心工作，那么显卡部分就可以不参与到工作中，这将大大节省功耗。
受到工艺和成本的影响，原先的VR模块在开关速率上会对处理器的电流输出稳定带来一定的影响，整合到处理器内部的Power Cell开关频率相对与传统的主板集成式得到显著提升，从而让CPU获得更为纯净的供电电流，另外Power Cell还拥有更强的电流承受能力，按照Intel官方的介绍，每路Power Cell支持25A的电流，并且每个Power Cell支持16相的供电，一颗完成的芯片最高可以容纳320相供电。
虽然有了这项创新的FIVR电压调节模块，但并不意味着主板上的供电模组就不需要了，以目前的设计，主板供电模块供电给处理器之后由FIVR来进行二次调节，所以目前来看主板和CPU的供电模块是缺一不可的，在Haswell架构中，每个CPU内都有单独的Power Cell电路，每个Power Cell又有16相PWM电路，每个处理器内最多可有20个Power Cell单元。
从一开始我们就说Intel改变了之前的思路，新的策略在桌面平台上可能效果并不明显，但是一旦放到笔记本等移动平台，这项技术就会变得非常高效和实用，具体，请参看移动平台版本的Intel 处理器评测，相信一定会让大家大吃一惊的。
总结：小改进，大进步 intel继续为行业领导者
除了前面提到了增加了AVX2指令集之外，把电压调节模块FIVR整合到处理器中也算是创新，再辅以成熟点22nm制程以及Intel独有的3D晶体管技术，全新一代的酷睿系列处理器性能（CPU和GPU）上有了进步，但更重要的是，为将来的处理器的发展奠定了坚实的基础。
从某种意义上来说，Intel用Haswell处理器再次证明了其创新的思维和远见，即便Haswell的成功不是巨大的，但是从长远发展的角度来看，Haswell是必不可少的。Intel在行业内的领先地位也可见一斑！
