Vi kiến trúc Haswell hướng đến điện toán di động

Cùng với Silvermont, Haswell không chỉ là vi kiến trúc mới mà còn là những “át chủ bài” trong cuộc chiến giữa Intel với các đối thủ trên nền tảng điện toán di động.

Sau nhiều cải tiến, vi kiến trúc mới Intel Haswell và Silvermont đã có bước nhảy vọt về hiệu suất xét trên mỗi watt điện năng tiêu thụ. Điều này cho thấy Intel đã chuẩn bị những chiến lược “dài hơi” nhằm giành được miếng bánh lớn trong thị phần thiết bị di động hấp dẫn nhưng cũng đầy những đối thủ đáng gờm.

Quản lý điện năng hiệu quả

Thiết kế Haswell chủ yếu hướng đến điện toán di động có hiệu suất cao hơn xét trên mỗi watt điện năng tiêu thụ so với Sandy Bridge. Ảnh PC World Mỹ.

Chiến lược phát triển sản phẩm mới của Intel đưa ra dựa theo chu kỳ tick - tock, trong đó một mặt là tinh chỉnh vi kiến trúc hiện tại và một mặt khác là ra mắt thiết kế mới. Giai đoạn tick là quá trình thu nhỏ công nghệ chế tạo và tock là đưa ra vi kiến trúc mới, mỗi giai đoạn tương ứng 1 năm. Vi kiến trúc mới Haswell thuộc giai đoạn tock, áp dụng công nghệ sản xuất 22 nm nhưng được thiết kế chủ yếu hướng đến điện toán di động. Trong chu kỳ tick – tock mới, Intel sẽ đưa ra nền tảng vi xử lý Core thế hệ thứ 5 (tên mã Broadwell) vào năm 2014.

Tương tự vi kiến trúc Sandy Bridge, Haswell cũng ứng dụng công nghệ bóng bán dẫn 3 chiều (3D transistor) tên gọi Tri-Gate và quy trình sản xuất 22 nm, cho phép tích hợp nhiều transistor hơn trên cùng kích thước đế bán dẫn (die) nhằm mang lại hiệu suất cao hơn trong khi vẫn giữ được mức tiêu thụ điện năng thấp. Như vậy, Haswell sẽ có hiệu suất cao hơn nếu xét trên mỗi watt điện năng tiêu thụ so với nền tảng Sandy Bridge.

Một số thông tin ban đầu cho thấy những bộ xử lý (CPU) Haswell dòng U và ULT (Ultra Light and Thin) sẽ có mức TDP (Thermal Design Power) là 15W và có thể giảm xuống dưới 10W trong những năm tiếp theo. Lưu ý TDP không phải là công suất tiêu thụ của CPU mà là công suất tối đa mà hệ thống tản nhiệt (hoặc quạt làm mát) phải đáp ứng để CPU không quá nóng (overheat). Mặc dù không chính xác lắm nhưng có thể hiểu một cách đơn giản TDP là công suất tiêu thụ tối đa của CPU.

Dòng chip Haswell ULT socket BGA tích hợp tất cả bộ điều khiển I/O của chip cầu Nam (southbridge) trước đây trên cùng đế bán dẫn với nhân xử lý chính. Ảnh: PC World Mỹ.

Ông Paul Otellni, CEO của Intel, cho biết vi kiến trúc Haswell là bước ngoặt lớn của hãng trong việc cải thiện thời gian dùng pin của thiết bị hiệu quả nhất từ thế hệ chip này sang thế hệ tiếp theo. Đây là nền tảng phần cứng được Intel kỳ vọng sẽ tạo ra những thay đổi mạnh mẽ cho Ultrabook.

Điểm khác biệt so với Sandy Bridge và Ivy Bridge là Haswell là một SoC (system on chip) hoàn chỉnh, vì vậy chipset hỗ trợ (tên mã Lynx Point) sẽ có thiết kế nhỏ hơn, điều này cũng đồng nghĩa với lượng điện năng tiêu thụ sẽ thấp hơn. Một trong những thay đổi lớn trong thiết kế Haswell là việc tích hợp các đơn vị quản lý điện năng (Power Control Unit - PCU), tương tự mạch ổn áp nguồn - Voltage Regulator Module trên bo mạch chủ cùng việc bổ sung một số trạng thái tiết kiệm điện năng lượng mới S0ix (chẳng hạn S0i1, S0i3) nhằm kiểm soát tốt hơn việc sử dụng năng lượng của các thành phần đang ở trạng thái nhàn rỗi đồng thời vẫn đảm bảo tính sẵn sàng của hệ thống.

Đại diện Intel cho biết, các mẫu Ultrabook nền tảng Haswell sẽ có thời lượng dùng pin lên đến 9 giờ so với tiêu chuẩn hiện tại là 5 giờ. Tính sẵn sàng của Ultrabook cũng cao hơn khi chỉ mất khoảng 3 giây để trở lại trạng thái hoạt động từ chế độ ngủ (sleep), so với hiện nay là 7 giây.

Tối ưu cấu trúc core

Chip Haswell GT2 4 nhân có đến 1,4 tỷ transistor trên kích thước đế bán dẫn (die size) 177 mm2 trong khi với Ivy Bridge 4 nhân là 1,2 tỷ transistor, kích thước đế 160 mm2. Ảnh: PC World Mỹ.

Kiến trúc Haswell không có nhiều thay đổi so với thế hệ cũ. Intel khẳng định mục tiêu lớn nhất của vi kiến trúc Haswell là làm thế nào để sử dụng năng lượng hiệu quả hơn chứ không nhằm gia tăng sức mạnh tính toán của CPU. Tuy vậy, kiến trúc mới vẫn có một vài thay đổi nhất định mang lại hiệu năng tốt hơn trong khi vẫn giữ được mức tiêu thụ điện năng thấp. Chẳng hạn cơ chế dự đoán nhánh, giúp CPU nhìn được các lệnh kế tiếp cần thực thi để bộ nạp (prefetch) và bộ giải mã (decode) chuẩn bị trước dữ liệu hoạt động chính xác hơn, việc phân bổ tài nguyên và tắt những bộ phận không cần đến trong chu kỳ xử lý.

Ngoài ra, Intel cũng cải thiện tốc độ thực thi lệnh trong chu trình đơn của CPU nhanh hơn, khả năng xử lý hai dấu chấm động cùng lúc trong mỗi chu kỳ trong khi vẫn giữ được mức tiêu thụ năng lượng tương đương với Ivy Bridge. Băng thông bộ nhớ (cache) L1 và L2 cũng được mở rộng, giảm độ trễ tại bộ nhớ hệ thống.

Đồ họa tích hợp

Sơ đồ khối các phiên bản đồ họa tích hợp GT1, GT2 và GT3 của Haswell. Ảnh: PC World Mỹ.

Thiết kế dựa trên nhân đồ họa HD Graphics của Sandy Bridge nhưng đồ họa tích hợp của Haswell sẽ có đến 4 phiên bản khác nhau là GT1 (HD Graphics), GT2 (HD Graphics 4200, 4400, 4600, P4600, P4700), GT3 (HD Graphics 5000, Iris Graphics 5100) và cao cấp nhất là GT3e (Iris Pro Graphics 5200). Cả 4 phiên bản đồ họa này hỗ trợ đầy đủ thư viện đồ họa DirectX 11.1, OpenGL 4.0 và OpenCL 1.2 và cho phép xuất tín hiệu hình ảnh ra 3 màn hình cùng lúc.

Thông qua việc bổ sung các đơn vị thực thi lệnh (execution unit - EU), năng lực xử lý của GT3 được cho là mạnh hơn gấp đôi so với HD Graphics 4000 của Ivy Bridge dòng chip điện áp tiêu chuẩn và mạnh hơn khoảng 30% đối với các CPU dòng U và ULT (Ultra Light and Thin). Cụ thể GT3e và GT3 được trang bị đến 40 đơn vị thực thi lệnh (execution unit - EU), gấp đôi so với GT2 (20 EU) trong khi GT1 chỉ có 6 EU.

Hawell cũng tích hợp cả nhân đồ họa và các nhân xử lý chính (x86) trên cùng đế bán dẫn, cùng sử dụng chung tuyến ring bus và chia sẻ bộ nhớ đệm LLC (last level cache hay cache L3) như Ivy Bridge. Riêng với phiên bản đồ họa GT3e còn có thêm một thành phần mới là eDRAM (dung lượng 64 hoặc 128MB) đóng vai trò bộ nhớ đệm cấp 4 (cache L4). Hiểu đơn giản là đồ họa GT3e sử dụng cache L4 làm bộ nhớ chính, việc truy xuất dữ liệu sẽ nhanh và hiệu quả gấp nhiều lần so với việc sử dụng RAM.

Hỗ trợ đa phương tiện tốt hơn

Bên cạnh một số công nghệ quen thuộc như Wireless Display 3.0 (WiDi 3.0) cho phép người dùng chuyển tải nội dung phim ảnh giữa máy tính và HDTV qua kết nối không dây, Haswell cũng hỗ trợ công nghệ Quick Sync với các bộ gia tốc (accelerator) ở cấp phần cứng giúp chuyển đổi nhanh định dạng nội dung phim ảnh sang định dạng phù hợp cho máy tính bảng, điện thoại di động chỉ trong vài giây.

Ngoài ra, CPU Core i thế hệ thứ tư cũng trợ hai định dạng nén hình ảnh mới là Motion JPEG (Mjpeg) và SVC (scalable video coding). Mjpeg là định dạng video mà mỗi khung hình được nén riêng biệt như một hình ảnh Jpeg, được sử dụng phổ biến trong IP camera và hội thảo trực tuyến hiện nay trong khi SVC (scalable video coding) là định dạng nén nhiều hình ảnh kích cỡ khác nhau trong cùng một stream. SVC rất hữu ích trong môi trường di động, nơi mà chất lượng của video có thể thay đổi tùy thuộc vào tốc độ kết nối.


Đông Quân/Sohoa