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Mehr Kerne, mehr Leistung – weniger Energieaufnahme

07.08.2008 | 08:50 Uhr |

Prozessorkerne sind die neue Taktfrequenz. Waren bis vor wenigen Jahren immer höhere Taktraten die alles entscheidende Währung, setzen die Prozessorhersteller inzwischen auf immer mehr CPU-Kerne. Der Vorteil: Erheblich mehr Leistung bei niedrigerem Energieverbrauch. Eine ideale Kombination für Notebooks.

Jahrelang bläuten die ewigen Kontrahenten AMD und Intel den Käufern von PCs und Notebooks ein, dass allein durch immer höhere CPU-Taktfrequenzen die Bedürfnisse der stets anspruchsvoller werdenden Anwendungen und Games befriedigt werden können. Doch bald wurde klar, dass bei spätestens 4 GHz das Ende des Gigahertzrausches erreicht sein wird. Die Lösung des Problems sind Prozessoren mit mehr als einem Rechenkern, so genannte Multicore-CPUs, bei denen jeder der Kerne mit vergleichsweise geringen Taktraten auskommt. So schlagen die Entwickler zwei Fliegen mit einer Klappe: Die System-Performance steigt durch jeden weiteren Kern und gleichzeitig sinkt – im besten Fall – durch die geringen Frequenzen die Energieaufnahme. Im schlechteren Fall bleibt die Energieaufnahme bei gestiegener Peformance zumindest gleich.

Letzteres ist insbesondere für den Einsatz in Notebooks essentiell, da Notebook-Akkus keine exzessiven Energiekonsumenten verkraften. Daher ringen die Platzhirsche nun nicht mehr um die höchste Taktzahl, sondern kämpfen um die höchste „Performance per Watt“. Es gilt also, bei möglichst geringer Wärmeabgabe (gemessen in Watt) möglichst viel Leistung aus den Prozessoren zu kitzeln. Dieser Spagat ist inzwischen nicht nur im Notebook-Markt gefragt: Auch in Desktop-PCs und Servern dreht sich immer mehr um maximale Leistung bei minimalem Energiebedarf. Konsequenterweise basieren die Desktop-Prozessoren von Intel inzwischen auf dem gleichen Kern wie die seit jeher energiesparenden Notebook-Geschwister.

Vorteil für den Anwender: Stets mehr Leistung, ohne dass lärmende Lüfter den Prozessor zu kühlen versuchen. Im Serverumfeld spielt der Lärm keine Rolle. Hier geht es um finanzielle Einsparungen. Denn je weniger Energie ein Server aufnimmt, desto niedriger die Stromrechnung. Gleichzeitig sinkt auch die Anforderung an die ebenfalls energieverschlingende Klimaanlage. Angesichts mehrerer hundert oder gar tausend Server in einem Rechenzentrum geht es hier um große Summen.

Kraft der zwei Kerne
Sowohl AMD als auch Intel starteten im Frühjahr 2005 mit Dual-Core-Prozessoren für den Massenmarkt. Diese CPUs mit zwei Kernen bestimmen bis heute die IT-Welt, die Vierkern-Varianten sind aber auf dem Vormarsch. So gibt Intel an, dass im Jahr 2007 bereits rund 70 Prozent aller verkauften PCs und Notebooks mit zwei oder mehr CPU-Kernen ausgerüstet waren. Single-Core-Systeme finden sich bestenfalls noch im absoluten Niedrigpreissegment.

Zwilling: Das Innenleben des AMD Turion X2 Ultra ist dank des doppelt vorhandenen Caches (unten im Bild) quasi spiegelbildlich.
Vergrößern Zwilling: Das Innenleben des AMD Turion X2 Ultra ist dank des doppelt vorhandenen Caches (unten im Bild) quasi spiegelbildlich.
© 2014

Allen für den Massenmarkt gefertigten Mehrkernprozessoren ist ihr Aufbau gemein: Sowohl AMD als auch Intel packen mehrere Kerne in ein Prozessorgehäuse. Das ist erheblich günstiger und platzsparender, als zwei getrennte CPUs in Sockeln auf dem Mainboard unterzubringen. Grundlegender Unterschied zwischen den AMD-Mehrkern-CPUs und Modellen von Intel ist der Level-2-Cache: Während AMD jedem CPU-Kern einen dedizierten Cache zuordnet, greifen bei von Intel „Core“ genannten Mehrkernprozessoren beide Kerne auf den gleichen Cache zu. Alle übrigen Bestandteile sind jeweils doppelt vorhanden, so dass die genannten Prozessoren in die Sparte „Symmetric Multiprocessing“ (SMP) fallen.

Im Unterschied zur Vervielfachung der Kerne beim SMP sind bei SMT-CPUs (Simultaneous Multithreading) lediglich einzelne Bestandteile der Prozessoren wie Register, Rechenwerk oder Pipelines mehrfach vorhanden. Trotz dieser Beschränkung auf einzelne Komponenten erkennt das Betriebssystem zwei getrennte CPUs, genau wie bei einem „echten“ Dual-Core-Prozessor. SMT-CPUs wie Intels Pentium 4 mit Hyperthreading (HT) können also mehrere Threads gleichzeitig abarbeiten. Unterm Strich ist SMT aber weit weniger leistungsfähig als SMP. Trotzdem wird HT in der für Ende 2008 erwarteten Intel-Prozessorgeneration (Codename: Nehalem) zurückkehren und einen Prozessor mit acht Kernen in die Lage versetzen, bis zu 16 Threads gleichzeitig zu bearbeiten.

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