03.11.2008, 06:01

Michael Schmelzle

CPU-Leistungsexplosion

Intel Core i7 Prozessor

Radikaler Wandel: Die Prozessor-Generation Core i7 hat Intel total umgekrempelt. Unserer ausführlicher Test beleuchtet die Stärken und Schwächen der brandneuen CPUs.
Chipriese Intel hat bei seiner brandneuen Prozessorbaureihe Core i7, Codename Bloomfield, einschneidende Änderungen vorgenommen. Lohn der Mühe: Im Vergleich zum Vorgänger Core 2 holt Intel bei gleicher Taktfrequenz bis zu 42 Prozent mehr Rechenleistung aus dem Core i7 - unter idealen Voraussetzungen. Zur Leistungsexplosion tragen mehrere Faktoren bei:
Für einen höheren Datendurchsatz zwischen Prozessor und Arbeitsspeicher sorgt der integrierte DDR3-Speichercontroller, der drei statt wie die bisher üblichen zwei Speicherkanäle parallel ansteuern kann. Dank der drei DDR3-1066-Channels kommt der Core i7 so auf eine Speicherbandbreite von theoretisch bis zu 25,5 GB/s. Zum Vergleich: Die theoretisch maximal mögliche Speicherbandbreite des schnellsten Core-2-Prozessors Core 2 Extreme QX9770 beträgt mit 12,8 GB/s nur knapp die Hälfte.
Die Integration des Speichercontrollers in den Prozessor macht die entsprechende Funktionseinheiten in der Northbrigde überflüssig. Aber auch den mittlerweile zum Flaschenhals mutierten Front Side Bus kann Intel nun ausmustern - ihn ersetzt Intel durch eine serielle Punkt-zu-Punkt-Verbindungen, den Quick Path Interconnect (QPI). Dabei greift Intel den technischen Lösungsansatz von AMD mit seiner Hypertransport-Technik auf.
Thematisch verwandtes Test-Video "Turbo-PC mit Intels neuem Core i7":
Ein QPI-Link besteht aus 20 zwischen 2,4 bis 3,2 GHz schnellen Datenleitungen - 16 für den eigentlichen Datentransfer, der Rest ist der Fehlerkorrektur vorbehalten. Dabei ist jede der 20 QPI-Leitungen nochmals unterteilt in zwei je 20 Bit breite unidirektionale Kanäle. So ergibt sich in der Spitze eine maximaler Datendurchsatz von 6,4 Gigatransfers pro Sekunde, was bei 20 Bit breiten Leitungen einer Transferrate von 12,8 GB/s in jede Richtung und damit einer Verdopplung im Vergleich zum schnellsten Core-2-Prozessor Extreme QX9770 mit einem Front Side Bus von 400 MHz entspricht.
Damit der Prozessor-Cache die Leistungsfähigkeit des QPI-Links nicht ausgebremst, hat Intel auch den internen Datenpuffer sowohl quantitativ als auch qualitativ verbessert: Jedem physikalischen Rechenkern steht exklusiv 64 KB L1- sowie 256 KB L2-Cache zur Verfügung. Die dritte 8 MB große Cachestufe hingegen teilen sich alle physikalischen Rechenkern dynamisch. Core-2-CPUs besitzen hingegen nur zwei Cachestufen: 64 KB L1- exklusiv und bis zu 8 MB L2-Cache gemeinsam.
Auch den Translation Lookaside Buffer (TLB) hat Intel optimiert. Der TLB ist eine Funktionseinheit des Prozessors, die virtuelle in physische Speicheradressen übersetzt, um gerade gebrauchte Teilberechnungen zwischenzuspeichern. Während der TLB der aktuellen Core-2-Generation aus einer kleinen Vorstufe (maximal 16 Einträge) sowie der 256 Einträge fassenden Hauptstufe besteht, hat Intel beim TLB des Core i7 die Kapazität der Vorstufe auf bis zu 64 und die der Hauptstufe auf nunmehr maximal 512 Einträge erweitert.
Pentium 4 steht Pate
Erinnern Sie sich noch an den Heizofen Pentium 4? Um bei der auf hohe Taktfrequenzen getrimmten Prozessorbaureihe die jämmerliche Recheneffizienz zu erhöhen, führt Intel damals die Technik Hyper-Threading (HT) ein. HT führte zu einer signifikant besseren Auslastung der Recheneinheiten, indem ein physikalischer Rechenkern als virtuelle Zwei-Kern-Prozessor arbeitete. Auch der Core i7 beherrscht diese Technik, die sich im Bios ein- und ausschalten lässt.
Was Hyper-Threading in der Praxis bringt, zeigt die folgende Tabelle. Bei aktiviertem HT ist der Core i7 bei Programmen, die nicht alle physikalischen Rechenkerne nutzen einen Tick langsamer als mit ausgeschaltetem HT. Grund: Das Betriebssystem beansprucht von jedem Prozessorkern etwas Rechenleistung zur Verwaltung und Synchronisation der Kerne - und dieser Aufwand erhöht sich mit der Anzahl der zu verwaltenden Rechenkerne.
Nutzt ein Programm hingegen alle physikalischen und virtuellen Rechenkerne - wie hier im Beispiel der Benchmark Cinebench 10 - kann der Core i7 ordentlich zulegen: Bei unserer Messung verbuchte der Core i7 965Extreme ein Plus von fast 16 Prozent, während der Core i7 920 gut 14 Prozent schneller rechnete.
Cinebench 10: Das bringt Hyper-Threading
Prozessor 1 CPU-Kern Änderung 1) alle CPU-Kerne Änderung 1)
Core i7 965 Extreme mit HT 3900 Punkte -0,46 15626 Punkte +15,90
Core i7 965 Extreme ohne HT 3918 Punkte 13482 Punkte
Core i7 920 mit HT 3267 Punkte -0,61 13006 Punkte +14,19
Core i7 920 ohne HT 3287 Punkte 11390 Punkte
1) Änderung in Prozent im Vergleich zum selben Prozessormodell mit ausgeschaltetem Hyper-Threading (HT)
Übertaktungsfunktion Turbo Mode
Ebenfalls neu ist der Turbo Mode. Ist nur ein physikalischer Rechenkern mit Berechnungen beschäftigt, schaltet die Funktion den Multiplikator um zwei nach oben. Da beim Core i7 der Arbeitstakt das Produkt aus Multiplikator und Referenztakt (133 MHz) ist, steigt so die Prozessorfrequenz um 266 MHz. Sind zwei oder drei physikalische Rechenkerne beschäftigt, erhöht sich für jeden Kern der Multiplikator um 1 - der Arbeitstakt steigt also um 133 MHz. Wenn hingegen alle Rechenkerne voll ausgelastet sind, arbeitet der Core i7 mit dem offiziellen Werkstakt. Eine Ausnahme stellt die Extreme-Variante des Core i7 dar. Hier lässt sich der Multiplikator für alle vier physikalischer Rechenkern individuell im Bios einstellen.
Ansonsten besitzt der Core i7 alle wichtigen Funktionen, die auch schon die Core-2-Familie beherrscht: Die neue Baureihe unterstützt die Hardware-Virtualisierung Intel Virtualization Technology (IVT), erlaubt via EM64T den Einsatz von 32- und 64-Bit-Betriebssysteme und beherrscht die Sicherheitsfunktion Trusted Execution Techologie (TXT) sowie der Schutz vor Angriffen durch einen Puffer-Überlauf (XD-Bit). Hinzu kommen alle zusätzlichen SSE-Befehlssätze, SSE4 unterstützt der Core i7 jetzt sogar in der Version 4.2.
Weitere Ausstattungsmerkmale sind der Überhitzungs-Schutz Thermal-Monitor 2 sowie die Energiesparfunktion Enhanced Intel Speedstep Technology (EIST) inklusive der Takt- und Spannungsregulierung Enhanced Halt State (C1E). Neu hinzugekommen sind die zusätzlichen Stromsparmodi Extended Stop Grant State (C2E), Deep Sleep State (C3E), Deeper Sleep State (C4E) und Deep Power Down (C6).
Core-i7-Plattform erst einmal kostspielig
Statt wie bisher 775 besitzt der Core i7 nunmehr 1366 Signalkontakte. Die annähernd verdoppelten Leitungen sind nötig, um den integrierten Speichercontroller und die Quickpath-Datenleitungen ansteuern zu können. Eine neue Hauptplatine mit dem passenden X58-Chipsatz - Kostenpunkt mindestens 250 Euro - ist also für den Einsatz des Core i7 zwingend notwendig.
DDR2-Speicher lässt sich auch nicht mehr verwenden: Wegen des integrierten DDR3-Speichercontrollers müssen Sie dem Core i7 den passenden Speichertyp zur Seite stellen. Ein Gigabyte DDR2-Markenspeicher bekommen Sie ab 20 Euro, für ein vergleichbares DDR3-Modul sind mindestens 50 Prozent Aufpreis fällig. Aber auch die drei Modelle des Core i7, die ab dem 17. November 2008 auf den Markt kommen sollen, sind kein Schnäppchen:
Die günstigste Variante, der Core i7 920 mit 2,66 GHz, kostet laut Hersteller bei Abnahme von 1000 Stück 284 Dollar, was auf einen Straßenpreis von derzeit knapp 300 Euro hinausläuft. Die 2,93-GHz-Version Core i7 940 dürfte für circa 550 Euro über die Ladentheke wandern. Und das Spitzenmodell Core i7 965 Extreme mit 3,2 GHz wird wohl mindestens 1000 Euro kosten.
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