Neue Grafik- und CPU-Architektur

Für die Broadwell-U fertigt Intel zwei unterschiedliche Siliziumplättchen. Das kleinere entspricht dem auch für die Core M (Broadwell-Y) verwendeten. Auf einer Fläche von 82 mm² befinden sich 1,3 Milliarden Transistoren. Diese Version nutzt zwei Prozessorkerne mit Hyperthreading und eine Grafikeinheit mit 24 Shader-Blöcken, Execution Units genannt. Die größere bringt es auf 133 mm² sowie 1,9 Milliarden Transistoren und verdoppelt die Anzahl der Execution Units auf 48.

Zum Vergleich: Haswell-Y mit 22- statt 14-Nanometer-Fertigung misst 131 mm² und beinhaltet 960 Millionen Schaltungen, Haswell-U kommt auf 181 mm² und 1,3 Milliarden Transistoren. Beide Varianten bieten zwei Prozessorkerne mit Hyperthreading und nur 20 oder 40 Execution Units sowie eine ältere Architektur (Haswell und Graphics Gen7.5).

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Broadwell-U und Broadwell-Y im Vergleich (Bild: Intel)

Die von Intel beim CPU-Teil von Broadwell vorgenommenen Verbesserungen sollen die Leistung pro Takt um etwa fünf Prozent steigern. Hierzu hat der Hersteller unter anderem den L2-Cache-TLB vergrößert, der nun 1.500 statt 1.000 Einträge speichert, wie üblich die Sprungvorhersage überarbeitet, neue Kryptographie-Instruktionen (PDF) integriert und flottere Lade-/Speicher-Einheiten sowie ein größeres Out-of-Order-Fenster entwickelt.

Spannender ist die überarbeitete Grafikeinheit (Graphics Gen8): Bei Haswell besteht diese physikalisch aus einer sogenannten Common-Slice und zwei Sub-Slices mit jeweils zehn Executions Units (GT2 alias HD Graphics 4x00) oder zwei Common-Slices und insgesamt vier Sub-Slices (GT3 alias HD/Iris Graphics 5x00). Bei der GT1-Version wird schlicht eine der beiden Sub-Slices der GT2 deaktiviert, Intel nennt diese HD Graphics ohne Suffix.

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Je nach Broadwell-Modell verfügt die Grafikeinheit über 12, 24 oder 48 Shader-Blöcke. (Bild: Intel)

Bei der Graphics Gen8 koppelt Intel bei der GT3 (HD/Iris Graphics 6x00) insgesamt sechs Sub-Slices mit je acht Execution Units an zwei Common-Slices an, das ergibt 48 Shader-Blöcke. Die GT2-Variante (HD Graphics 5x00) mit ihren 24 Execution Units setzt sich folgerichtig aus einer Common-Slice mit drei Sub-Slices zusammen. Für die GT1-Variante deaktiviert Intel zwei Executions Units pro Sub-Slice, von denen jede dann sechs statt acht Execution Units nutzt, also zwölf insgesamt.

Die Common-Slice enthält unter anderem den L3-Cache, auf den alle Sub-Slices zugreifen. Bei der Haswell-Gen7.5 fasst der L3 pro Common-Slice 256 KByte, bei der Broadwell-Gen8 hingegen 384 KByte. Größere Caches bedeuten, dass die Grafikeinheit seltener Daten aus dem Arbeitsspeicher laden muss, die Auslastung der Einheiten verbessert sich. Zwar teilen sich 12/24 statt 10/20 Execution Units den L3-Cache, pro Einheit steht aber mehr L3-Puffer bereit. Das Resultat: Geschwindigkeit und Effizienz steigen.

Am L1-Cache jeder Sub-Slice ändert sich nichts, dennoch bleiben unterm Strich 20 Prozent mehr Rechenleistung bei gleichem Takt zuzüglich Architekturverbesserungen. Zu diesen zählen neben dem größeren L3-Cache die Textureinheiten: Jeder sogenannte Sampler umfasst vier TMUs, die pro Takt nun 50 Prozent mehr Durchsatz schaffen. Die überarbeiteten Execution Units führen Integer-Berechnungen bei einfacher Genauigkeit doppelt so flott aus.

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Die Broadwell-Grafikeinheit bietet ein besseres Verhältnis aus Shader- und Textur-Leistung. (Bild: Intel)

Die Graphics Gen8 unterstützt die Direct3D-11.2-, die OpenGL-4.3- und die OpenCL-2.0-Schnittstelle. Intel bezeichnet die GPU zudem als "DirectX 12 Ready", geht aber nicht ins Detail. Vermutlich verringert die API bei Broadwell nur den CPU-Overhead, Funktionen wie die Tiled Resources hat Intel nicht benannt.

Alle Broadwell-Grafikeinheiten unterstützen Ultra-HD, also 3.840 x 2.160 Pixel. Via Displayport 1.2 oder Embedded Displayport klappt das bei 60 Hz, mit HDMI 1.4a sind es nur sehr ruckelige 24 Hz.