Broadwellマイクロアーキテクチャ
Broadwellマイクロアーキテクチャは、インテルによって開発されたマイクロプロセッサのアーキテクチャであり、2014年9月5日に正式発表されました。このアーキテクチャは、第5世代Intel Coreプロセッサとして製品化され、デスクトップ、モバイル、サーバーなど、幅広い分野のデバイスに搭載されました。
Broadwellマイクロアーキテクチャは、従来のHaswellマイクロアーキテクチャをベースに、いくつかの改良と命令の追加が行われています。主な追加命令には、以下のものがあります。
ADOX, ADCX: 任意精度の整数演算を可能にする命令。
RDSEED: NIST SP 800-90B, 800-90Cに準拠した16, 32, 64ビットの乱数を生成する命令。
PREFETCHW: キャッシュへのデータプリフェッチを最適化する命令。
当初、Broadwellはデスクトップ版、モバイル・ラップトップ版、BGA版の3つの主要な形態で出荷される予定でしたが、最終的には以下のようなラインナップとなりました。
デスクトップ版:
当初予定されていたハイエンド版は取りやめとなり、Broadwell-R（BGA）とBroadwell-C（LGA1150）が出荷されました。これらのモデルはオーバークロックに対応し、TDPを抑えつつ内蔵グラフィックスを強化した小型デスクトップ向けとなっています。
モバイル・ラップトップ版:
Broadwell-Mは出荷が見送られ、前世代のHaswell-Mをもって廃止となりました。しかし、Broadwell-UやBroadwell-Yといった低消費電力版がモバイルデバイス向けに展開されました。
BGA版:
Broadwell-H: TDP 55Wまたは35Wで、オールインワンシステム、Mini-ITXマザーボード、小型フォームファクタデバイス向けです。
Broadwell-U: TDP 15W以下で、UltraBookなどのモバイルデバイス向けです。
Broadwell-Y: TDP 10W以下で、タブレットやUltraBookクラスのデバイス向けです。
このように、Broadwellマイクロアーキテクチャは、当初の予定から変更されたものの、幅広いデバイスに対応する製品がリリースされました。
Broadwellマイクロアーキテクチャは、多くの点でHaswellマイクロアーキテクチャと類似していますが、以下の改良により、クロックあたりの命令実行数（IPC）が約5%向上したとされています。また、Multi-Chip Package (MCP)が採用されています。
アウト・オブ・オーダー実行スケジューラの拡大: より多くの命令を同時に処理できるようになりました。
ストアフォワーディングの高速化: メモリへの書き込みと読み出しの処理が高速化されました。
L2 TLB のエントリ数増加: L2 TLBのエントリ数が1Kから1.5Kに拡大され、アドレス変換の効率が向上しました。
TLBミス処理のハードウェア増設: TLBミス処理を2並列で実行できるようになり、アドレス変換の遅延が軽減されました。
浮動小数点乗算のレイテンシ短縮: 浮動小数点乗算のレイテンシが5サイクルから3サイクルに短縮されました。
Radix-1024除算器: 除算処理が高速化されました。
ギャザー命令の高速化: 複数のメモリ位置からデータを収集するギャザー命令が高速化されました。
分岐先アドレス予測精度の向上: 分岐予測の精度が向上し、パイプラインの効率が改善されました。
暗号アクセラレーション命令の高速化: 暗号化処理のパフォーマンスが向上しました。
仮想化支援命令によるホストーゲスト間遷移の高速化: 仮想環境におけるパフォーマンスが向上しました。
Processor Trace: 実行トレースモニタリング機能が追加されました。
Broadwellマイクロアーキテクチャは、デスクトップ、サーバー、モバイル、組み込みなど、様々な分野で製品が展開されました。以下に、主な製品ラインナップを示します。
デスクトップ向け:
Broadwell-E (対応ソケット: LGA2011-v3)
Broadwell-DT (対応ソケット: LGA1150)
Broadwell-H
サーバー向け:
Broadwell-EX (対応ソケット: LGA2011-1)
Broadwell-EP (対応ソケット: LGA2011-v3)
Hewitt Lake
Broadwell-DE
Broadwell-DT (対応ソケット: LGA1150)
Broadwell-H
モバイル向け:
Broadwell-H
Broadwell-U
Broadwell-Y
組み込み向け:
* Broadwell-H
Broadwellマイクロアーキテクチャの後継となるのは、Skylakeマイクロアーキテクチャです。Skylakeは、より高いパフォーマンスと電力効率を実現しており、インテルの次世代プロセッサの基盤となりました。
Broadwellマイクロアーキテクチャは、Haswellアーキテクチャをベースに、様々な改良と新機能が追加されたプロセッサアーキテクチャです。IPCの向上や電力効率の改善により、様々なデバイスで性能向上が実現されました。後継のSkylakeマイクロアーキテクチャへと続く、重要な技術革新の1つと言えるでしょう。
Broadwellマイクロアーキテクチャの概要
Broadwellマイクロアーキテクチャは、従来のHaswellマイクロアーキテクチャをベースに、いくつかの改良と命令の追加が行われています。主な追加命令には、以下のものがあります。
ADOX, ADCX: 任意精度の整数演算を可能にする命令。
RDSEED: NIST SP 800-90B, 800-90Cに準拠した16, 32, 64ビットの乱数を生成する命令。
PREFETCHW: キャッシュへのデータプリフェッチを最適化する命令。
当初、Broadwellはデスクトップ版、モバイル・ラップトップ版、BGA版の3つの主要な形態で出荷される予定でしたが、最終的には以下のようなラインナップとなりました。
デスクトップ版:
当初予定されていたハイエンド版は取りやめとなり、Broadwell-R（BGA）とBroadwell-C（LGA1150）が出荷されました。これらのモデルはオーバークロックに対応し、TDPを抑えつつ内蔵グラフィックスを強化した小型デスクトップ向けとなっています。
モバイル・ラップトップ版:
Broadwell-Mは出荷が見送られ、前世代のHaswell-Mをもって廃止となりました。しかし、Broadwell-UやBroadwell-Yといった低消費電力版がモバイルデバイス向けに展開されました。
BGA版:
Broadwell-H: TDP 55Wまたは35Wで、オールインワンシステム、Mini-ITXマザーボード、小型フォームファクタデバイス向けです。
Broadwell-U: TDP 15W以下で、UltraBookなどのモバイルデバイス向けです。
Broadwell-Y: TDP 10W以下で、タブレットやUltraBookクラスのデバイス向けです。
このように、Broadwellマイクロアーキテクチャは、当初の予定から変更されたものの、幅広いデバイスに対応する製品がリリースされました。
Broadwellマイクロアーキテクチャの特徴
Broadwellマイクロアーキテクチャは、多くの点でHaswellマイクロアーキテクチャと類似していますが、以下の改良により、クロックあたりの命令実行数（IPC）が約5%向上したとされています。また、Multi-Chip Package (MCP)が採用されています。
アウト・オブ・オーダー実行スケジューラの拡大: より多くの命令を同時に処理できるようになりました。
ストアフォワーディングの高速化: メモリへの書き込みと読み出しの処理が高速化されました。
L2 TLB のエントリ数増加: L2 TLBのエントリ数が1Kから1.5Kに拡大され、アドレス変換の効率が向上しました。
TLBミス処理のハードウェア増設: TLBミス処理を2並列で実行できるようになり、アドレス変換の遅延が軽減されました。
浮動小数点乗算のレイテンシ短縮: 浮動小数点乗算のレイテンシが5サイクルから3サイクルに短縮されました。
Radix-1024除算器: 除算処理が高速化されました。
ギャザー命令の高速化: 複数のメモリ位置からデータを収集するギャザー命令が高速化されました。
分岐先アドレス予測精度の向上: 分岐予測の精度が向上し、パイプラインの効率が改善されました。
暗号アクセラレーション命令の高速化: 暗号化処理のパフォーマンスが向上しました。
仮想化支援命令によるホストーゲスト間遷移の高速化: 仮想環境におけるパフォーマンスが向上しました。
Processor Trace: 実行トレースモニタリング機能が追加されました。
Broadwellマイクロアーキテクチャ搭載製品
Broadwellマイクロアーキテクチャは、デスクトップ、サーバー、モバイル、組み込みなど、様々な分野で製品が展開されました。以下に、主な製品ラインナップを示します。
デスクトップ向け:
Broadwell-E (対応ソケット: LGA2011-v3)
Broadwell-DT (対応ソケット: LGA1150)
Broadwell-H
サーバー向け:
Broadwell-EX (対応ソケット: LGA2011-1)
Broadwell-EP (対応ソケット: LGA2011-v3)
Hewitt Lake
Broadwell-DE
Broadwell-DT (対応ソケット: LGA1150)
Broadwell-H
モバイル向け:
Broadwell-H
Broadwell-U
Broadwell-Y
組み込み向け:
* Broadwell-H
後継アーキテクチャ
Broadwellマイクロアーキテクチャの後継となるのは、Skylakeマイクロアーキテクチャです。Skylakeは、より高いパフォーマンスと電力効率を実現しており、インテルの次世代プロセッサの基盤となりました。
まとめ
Broadwellマイクロアーキテクチャは、Haswellアーキテクチャをベースに、様々な改良と新機能が追加されたプロセッサアーキテクチャです。IPCの向上や電力効率の改善により、様々なデバイスで性能向上が実現されました。後継のSkylakeマイクロアーキテクチャへと続く、重要な技術革新の1つと言えるでしょう。
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