Haswell è il nome in codice dell'architettura x86 di quarta generazione sviluppata da Intel per i propri microprocessori, e distribuita dal 3 giugno 2013, andando a succedere all'evoluzione a 22 nm Ivy Bridge dell'architettura di terza generazione Sandy Bridge.
Ivy Bridge venne presentata nel giugno 2012 ed è stata utilizzata da Intel per mettere a punto il nuovo processo produttivo, Google translate secondo un approccio che Intel impiega con successo a partire dal 2006.
Al pari di quanto avvenuto per l'architettura di nona generazione arrivata sul mercato a fine 2008, conosciuta come Nehalem, l'architettura Haswell è stata sviluppata presso il centro Intel situato a Hillsboro in Oregon, negli Stati Uniti, a differenza di quanto avvenuto per le architetture di ottava e decima generazione, rispettivamente Core e Sandy Bridge, sviluppate presso il centro Intel situato ad Haifa in Israele.
Obiettivo primario: massima efficienza A partire dall'architettura Sandy Bridge, Intel ha iniziato a evidenziare in maniera sempre più significativa come le proprie soluzioni punteranno sempre di più verso l'aumento dell'efficienza complessiva dell'intera piattaforma, più che al puro aumento di prestazioni e di potenza elaborativa. Si tratta di un nuovo approccio alla progettazione delle proprie architetture da parte dell'azienda, che sottolinea come i dispositivi moderni abbiano ormai una potenza più che sufficiente per soddisfare la maggior parte delle necessità dell'utente medio e che l'obiettivo sta diventando il contenimento dei consumi a parità di prestazioni, un aspetto che un tempo passava senz'altro in secondo piano se non addirittura ignorato.
Con Haswell, infatti, lo scopo primario dichiarato da Intel è stato la massimizzazione dell'efficienza, più che il puro aumento delle prestazioni. Il progetto è nato appositamente per coniugare al meglio le prestazioni raggiunte con le generazioni precedenti di CPU, con i vantaggi offerti dal processo produttivo a 22 nm, ovvero la presenza di transistor 3D, che sono stati introdotti con la precedente Ivy Bridge in abbinamento al nuovo processo produttivo; essi contengono non uno ma ben tre gate. Tradizionalmente i transistor avrebbero un progetto strettamente planare, con i gate che si posizionano in piano attraverso il substrato. Con il progetto tri-gate un singolo gate è immesso sopra due gate verticali consentendo un'area tre volte maggiore per lo spostamento degli elettroni.
Per questo motivo, in tutte le occasioni in cui Intel ha avuto modo di sfoggiare le qualità della nuova architettura, il confronto con il passato è sempre stato fatto in termini di consumo complessivo e potenza del comparto grafico, piuttosto che sulla potenza del processore come avveniva precedentemente.
Caratteristiche tecniche Come già accennato nell'introduzione, per realizzare le CPU basate su Haswell, viene impiegato il processo produttivo a 22 nm che è stato introdotto nel 2012 grazie all'evoluzione della precedente architettura Sandy Bridge (che era invece a 32 nm), conosciuta mediante il nome in codice di Ivy Bridge.
I processori basati su tale architettura sono disponibili con un diverso numero di core. Inizialmente sembrava dovessero arrivare fino a 8 nel settore desktop e fino a 16 nel settore server, ma poi i fatti hanno dimostrato una realtà maggiormente conservativa, limitandosi ai 6 core nel settore desktop di fascia più alta. L'iniziale annuncio di 8 core nel settore desktop ha suggerito che le CPU di fascia bassa sarebbero passati dai precedenti 2 core ad averne 4, ma poi tale ipotesi è stata smentita.
In ogni caso, i core dei processori basati su Haswell, continuano ad avere una pipeline a 14 stadi (una caratteristica che Intel introdusse con i primi Pentium M Banias nel settore mobile, e poi anche in tutti gli altri settori di mercato a partire dall'architettura "Core" nel 2006); il socket della fascia media è il nuovo LGA 1150 per i sistemi desktop e rPGA947 e BGA1364 per quelli mobile, mentre è stato integrato il pieno supporto allo standard PCI Express 3.0, del quale sono presenti fino a tre controller in alcuni modelli.
Il primo prototipo funzionante di una CPU Haswell venne mostrato da Intel durante l'Intel Developer Forum (IDF) del settembre 2011, mentre ulteriori dimostrazioni e dettagli sull'architettura vennero presentati l'anno seguente, durante l'IDF del settembre 2012.
Ad aprile 2012 venne annunciato che, sebbene le versioni desktop e mobile di Haswell avrebbero offerto supporto alle memorie RAM DDR3, nelle versioni di fascia più alta del settore server che verranno presentate alla fine del 2014, conosciute come Haswell-EX, verrà integrato il supporto alle nuove DDR4 che si abbineranno a CPU da 16 core.
Un anno più tardi, ad aprile 2013, Intel comunicò che anche le versioni per la fascia più alta del settore desktop, conosciute come Haswell-E e basate sul socket LGA 2011 offriranno il supporto alla memoria DDR4, iniziando l'introduzione di tale tecnologia anche nel settore che offre il maggior numero di vendite. L'arrivo sul mercato di tali soluzioni è previsto per la fine del 2014 e costituirà la porta di ingresso delle DDR4 nel settore desktop. Tali memorie, in seguito, verranno adottate anche per le fasce di mercato più basse, a partire però dall'architettura che andrà a succedere ad Haswell, a fine 2015.
Inoltre, sul fronte delle nuove funzionalità, si può segnalare anche l'introduzione del supporto direttamente in hardware per la memoria transazionale grazie alle nuove istruzioni Transactional Synchronization Extensions (TSX).
Nuovo progetto per la cache Per quanto riguarda la cache, essa è basata su un progetto completamente innovativo; inizialmente si era parlato della possibilità di avere una L1 da 128 kB e una L2 da 1 MB per ciascun core, ma informazioni successive hanno invece confermato che è presente una tradizionale L1 da 64 kB (32 kB per i dati e 32 kB per le istruzioni) con associatività a 4 vie, una L2 da 256 kB per ciascun core, sempre con associatività a 4 vie, e una L3 (fino a 16 MB in alcuni modelli) condivisa tra tutti i core con associatività a 8 vie (ma non è esclusa, nelle versioni server, anche la possibilità di inserire fino a 32 MB di cache L3)..
Maggiore controllo delle frequenze operative Altre caratteristiche incluse nella nuova architettura fanno riferimento a un rivoluzionario approccio al contenimento dei consumi della CPU, fino alla metà rispetto a quelli ottenibili dai processori basati su Sandy Bridge, soprattutto in caso di sistema inattivo (stato "idle"). Inoltre, continuando sulla strada intrapresa con le precedenti soluzioni Ivy Bridge, anche la nuova architettura Haswell prevede alcune specifiche revisioni per poter semplificare il processo di overclock.
Va sottolineato come nelle architetture precedenti, Nehalem e Sandy Bridge, il clock dei componenti dell'intero sistema era correlato al "Base Clock" della CPU, caratteristica che limitava fortemente le capacità di overclock nei processori con moltiplicatore bloccato, in quanto un aumento del Base Clock comportava anche un aumento di frequenza dei BUS PCI Express e delle periferiche di I/O. Con Ivy Bridge è diventato poi possibile aumentare la frequenza della CPU e della memoria RAM in maniera indipendente dai restanti bus di sistema.
Con Haswell si ha un ulteriore miglioramento sul fronte della flessibilità della configurazione, potendo gestire da BIOS in maniera indipendente, le frequenza del core, della memoria RAM, del comparto GPU e di tutti gli altri bus delle varie periferiche. Alcune di queste caratteristiche erano presenti anche per alcuni modelli basati sulla precedente architettura, ma solo su alcuni, in particolare quelli basati sul socket LGA 2011, conosciuti come Sandy Bridge-E (per esempio i modelli Core i7 3960X, Core i7 3930K e Core i7 3820).
Nello specifico, con Haswell è possibile variare il cosiddetto Coarse Ratio Multiplier che viene appunto utilizzato per controllare il rapporto tra il Base Clock del processore e la frequenza operativa del controller della memoria RAM, in maniera indipendente da quello utilizzato per le aree della CPU che gestiscono l'I/O e il BUS PCI Express.
Nelle precedenti CPU identificate dal nome in codice di Sandy Bridge-E, il base clock era impostato a 100 MHz ma poteva essere innalzato a 125 MHz o 166 MHz utilizzando due "divisori" appositi. Tale caratteristica consente di avere un maggiore controllo sulle frequenze operative rispetto a quanto possibile con le altre CPU, basate sulla stessa architettura di base (Sandy Bridge), ma realizzate per il socket LGA 1155. In particolare, si trattava di quelle identificate dalla serie "K", che avevano il moltiplicatore sbloccato; si tratta di una caratteristica utile per innalzare il clock della CPU, ma che offre un controllo meno granulare delle frequenze operative.
A tale flessibilità, estesa quindi a tutta la gamma di CPU, si aggiunge con Haswell una maggiore stabilità dell'energia erogata per il funzionamento del processore (facilitando a sua volta l'overclock), dato che il circuito preposto a tale regolazione (il cosiddetto "Voltage Regulator Module") è stato integrato direttamente nella CPU.
Consumi complessivi ancora più bassi Le migliorie dell'architettura, abbinate al maggiore controllo delle frequenze operative hanno consentito la realizzazione di alcune versioni con consumo massimo di soli 15 W, adatti all'uso nei sistemi Ultrabook e tablet di fascia alta. Tale livello di consumo comprende non solo la componente CPU vera e propria, ma anche la componente relativa al chipset (o Platform Controller Hub, PCH) dato che per questi particolari modelli è prevista l'integrazione di tutti i componenti in un unico chip. In particolare si tratta di soluzioni Dual Core abbinate a diversi modelli del comparto grafico.
Dovrebbe comunque arrivare anche una versione dal consumo ancora più contenuto, pari a solo 10 W. Si tratta di un valore estremamente contenuto se raffrontato con i 17 W delle soluzioni basate sull'architettura precedente (Ivy Bridge) e i processori Atom a 45 nm basati sull'architettura Moorestown che consumano 8,5 W ma hanno prestazioni decisamente inferiori.
Per i restanti settori di mercato sono disponibili modelli da 37 W (dual core), 47 W (quad core) e 57 W (versioni "extreme" adatte come desktop replacement dotate di una cache L4 montata su un diverso die della CPU) per le versioni mobile e di 35, 45, 65 e 95 W per quelle desktop. In questo caso però, la CPU non integra il platform controller hub (PCH), come fanno le versioni appena citate per i sistemi Ultrabook; esso è invece un chip dedicato sulla scheda madre, al pari delle architetture precedenti, come ad esempio Ivy Bridge.
Questi risultati sono il frutto anche di un nuovo "Power State", ovvero di una nuova modalità a basso consumo in cui è in grado di posizionarsi la CPU, e che viene chiamata con il nome di "S0ix". Intel dichiara che questa modalità può essere chiamata "Active Idle" e diventa, di fatto, la modalità predefinita e principale in cui si trova a operare la CPU; solo nei rari momenti in cui viene richiesta la massima potenza elaborativa, il processore passa ad uno stato superiore in un tempo estremamente ridotto. Il passaggio dinamico tra i vari stati è una caratteristica ormai comune nelle CPU Intel anche nelle precedenti generazioni, ma con Haswell tale concetto è stato portato ai massimi livelli, dato che gli sviluppatori hanno lavorato attivamente per consentire un passaggio tra i vari stati il più rapido possibile. Secondo l'azienda, questo consente di avere consumi in idle (quindi quando la CPU è a riposo), fino a 20 volte inferiori rispetto a quanto possibile con Sandy Bridge, in quanto quest'ultima rimaneva in stati a più alto consumo per tempi più lunghi, a causa della ridotta velocità di passaggio tra di essi.