Intels 4. Prozessor-Generation

Haswell - Alles zum neuen Intel-Chip - mit Haswell-Testbericht

Wir haben alle Infos zu Haswell, Intels vierter Prozessor-Generation. Dazu gibt es in unserem Ratgeber auch einen Testbericht zur Intel-CPU.

Alle Infos und der Test: Haswell ist die vierte Generation der Core-CPUs von Intel.

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Alle Infos und der Test: Haswell ist die vierte Generation der Core-CPUs von Intel.

Haswell ist auf dem Markt und wir haben einen Testbericht sowie alle Infos für Sie auf einem Blick. Mit Haswell hat Intel nun die vierte Evolutionsstufe der Core-CPUs gestartet. Der Prozessor ist zwar vor allem für Notebooks und Tablets optimiert, es gibt aber auch neue Haswell-Prozessoren für Desktop-PCs und All-in-One-Rechner. Für einen ersten  Performance-Test stand uns die Desktop-CPU Core i7-4770K zur Verfügung. Während der vergangenen fünf Jahre hat sich die Entwicklung von leistungsstarken x86-Prozessoren dramatisch verändert. Lag bei Nehalem, dem ersten Core-i7-Prozessor, noch klar eine maximale Rechenleistung bei annehmbarer Leistungsaufnahme im Fokus, ging es den Intel-Ingenieuren bei Haswell darum, mit diesem Architektursprung eine hohe Rechen- und 3D-Leistung bei einer möglichst niedrigen Leistungsaufnahme zu erreichen.

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Nach Nehalem, Sandy Bridge und Ivy Bridge ist Haswell nun die vierte Generation der Core- Prozessoren von Intel.

Seit Nehalem verfolgt Intel bei der Prozessorentwicklung eine als Tick-Tock bezeichnete Strategie: Auf eine neue Prozessorarchitektur (Tock) folgt immer ein Die-Shrink, also der Umstieg auf eine neue Fertigungstechnik mit kleineren Transistoren (Tick). Der letzte Tick war Ivy Bridge (nach Sandy Bridge), also die dritte Generation der Core-Prozessoren, mit der Einführung des 22-Nanometer-Fertigungsverfahrens und der Verwendung von Tri-Gate-Transistoren.

Bei diesen Tri-Gate-Transistoren werden die Gates über dreidimensionale Finnen aus Siliziumsubstrat gelegt, die Elektronen fließen über alle drei Seiten dieser Finnen statt wie bisher plan durch das Gate (Planar-Transistor). Das erleichtert erst einmal den Bau kleinerer Transistoren, bringt aber auch Vorteile bei Performance und Leistungsaufnahme.

Die waren allerdings bei Ivy Bridge noch nicht so gravierend, da das Design der Prozessoren noch nicht vollständig auf die neuen Transistoren abgestimmt war. Das ist laut Intel nun bei Haswell der Fall. Aber vor allem ist Haswell wieder ein Tock, also ein größerer Architektursprung, denn graduelle Fortschritte bei der Prozessorarchitektur gibt es bei jeder neuen CPU-Generation.

An der mit Sandy Bridge eingeführten und mit Ivy Bridge fortgeführten Ringbus-Struktur hat sich bei Haswell wenig geändert. Wie bisher sind die einzelnen Cores mit ihrem L3-Cache, die GPU und der System-Agent einen unidirektionalen Ringbus miteinander verbunden.

Vielfalt bei der integrierten Grafik

Bei Ivy Bridge, also den Core-Prozessoren der dritten Generation, ist in allen für Mobilrechner bestimmten Core-i-CPUs dieselbe HD-4000-GPU integriert. Bei Haswell setzt Intel nun bei verschiedenen Prozessortypen GPUs mit unterschiedlicher Leistung ein. Bei den schnellsten Quadcore-CPUs der 4000er-Serie kommt mit der HD 4600 eine Weiterentwicklung der bisherigen HD 4000 zum Einsatz, die bei Intel intern als GT2 bezeichnet wird. Notebooks mit diesen MQ-Prozessoren werden aber oft mit einem zusätzlichen Grafikchip von AMD oder Nvidia bestückt. Die HD-4600-Grafik kommt auch in den für Desktop-PCs bestimmten Haswell-Prozessoren zum Einsatz. Für Bürorechner reicht sie vollkommen aus und in Spiele-PCs steckt sowieso eine zusätzliche Grafikkarte.

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Bei den für Tablets und Ultrabooks bestimmten U- und Y-Modellen packt Intel den Chipsatz mit auf das Prozessorgehäuse, um Platz zu sparen.

Bei leichten Notebooks oder Ultrabooks ist in aller Regel kein Platz für einen zusätzlichen Grafikchip, daher steckt in einigen der Low-Voltage-Prozessoren der U-Serie nun eine GPU, die bislang unter dem Codenamen GT3 bekannt war. Hier hat Intel einen Großteil der für die 3D-Berechnungen zuständigen Funktionseinheiten und den in der GPU integrierten Level-3-Cache einfach verdoppelt und so die 3D-Performance deutlich erhöht - und das bei sogar niedrigerer Leistungsaufnahme. Die Einstiegsvarianten der U-Prozessoren müssen aber weiterhin mit einer GT2-Grafik auskommen, sie trägt die Bezeichnung Intel HD 4400.

Bei den U-CPUs mit 15 Watt TDP trägt die GPU die Bezeichnung HD 5000 und soll die 1,5-fache 3D-Performance der bisherigen HD 4000 liefern, für die 28-Watt-Modelle verspricht Intel sogar die doppelte HD-4000-Geschwindigkeit bei Spielen; die GPU trägt hier die Bezeichnung Iris 5100.

Eigener Speicher für die Prozessorgrafik

Bei einigen der neuen Haswell-Prozessoren hat Intel einen zusätzlichen 128-MByte-Speicherchip mit auf das Prozessorgehäuse gepackt, der die Grafik beschleunigt. Diese GT3e-Grafik mit zusätzlichem eDRAM heißt Iris Pro 5200. Intel hat sie in den neuen Quadcore-Mobile-CPUs der i7-HQ-Serie und dem für All-in-One-PCs bestimmten i7-4770R integriert. Diese CPU ist nicht gesockelt, sondern wird wie auch die Notebook-Prozessoren direkt auf das Mainboard aufgelötet. Mit diesen Prozessoren mit schneller integrierter Grafik lassen sich nun flachere Notebooks oder All-in-One-Rechner realisieren, als es mit separaten Grafikchips möglich wäre.

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Der zusätzliche Embedded-DRAM dient primär als Speicher für die im Prozessor integrierte GPU.

Zudem unterstützt die integrierte Grafik bei allen Haswell-Prozessoren nun DirectX 11.1, OpenGL 4.0 und erstmals auch OpenCL 1.2. Das neue Intel-SDK unterstützt dabei nicht nur bei Haswell, sondern auch bei Ivy Bridge die Nutzung der für parallele Berechnungen schnelleren GPU.

CPU-Kerne mit Verbesserungen bei der Mikroarchitektur

Trotz niedrigerer Leistungsaufnahme hat Intel die Rechenleistung von Haswell gegenüber Ivy Bridge gesteigert, im Cinebench ist er bei gleichem Takt etwa zehn Prozent schneller. Verantwortlich dafür ist eine ganze Reihe von Verbesserungen bei der Mikroarchitektur der CPU-Kerne. So hat Intel die Sprungvorhersage verbessert, den Zugriff auf die Level-1- und Level-2-Caches beschleunigt und die Zahl der Ausführungseinheiten um zwei auf sieben erhöht.

Eine noch höhere Performance vor allem bei Multimedia-Anwendungen und dem Umgang mit verschlüsselten Daten können die neuen AVX2-Instruktionen (Advanced Vector Extensions 2) bringen, sobald sie von den Applikationsprogrammierern genutzt werden. Während die mit Sandy Bridge eingeführten AVX-Instruktionen primär für Fließkommaoperationen genutzt werden konnten, unterstützt Haswell mit AVX2 nun auch eine ganze Reihe von 256-Bit-Integer-Berechnungen.

Niedrigere Leistungsaufnahme, vor allem unter Windows 8

Intel hat bei Haswell nicht nur die Transistoren auf eine niedrige Leistungsaufnahme getrimmt, sondern kann nun auch mehr Bestandteile des Prozessors mit eigener Spannung versorgen und die Taktfrequenz der einzelnen Komponenten feiner regeln. So werden die einzelnen Cores und der Ring-Bus nun separat mit Spannung versorgt, was vor allem im Idle-Modus die Leistungsaufnahme minimiert. Um ein schnelleres Umschalten zwischen hoher und niedriger Leistung der einzelnen Bestandteile des Prozessors zu erreichen, hat Intel bei Haswell nun einen Teil der Spannungsregelung auf der CPU integriert, man spricht hier von einer Fully Integrated Voltage Regulation (FIVR). Vorher war die Spannungsregulierung für die CPU in Form mehrerer Bauteile auf dem Mainboard untergebracht. Intel spricht bei der neuen integrierten Lösung in Haswell von fünf bis zehn Mal schnelleren Schaltzeiten im Vergleich zum Vorgänger Ivy Bridge. Ein weiterer Vorteil ist der auf dem Mainboard eingesparte Platz für die Spannungsregler, so kann man für Tablets und Ultrabooks noch etwas kleinere Hauptplatinen bauen.

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Bei Desktop-PCs hat der integrierte Spannungsregler aber auch Nachteile: Da er eine zusätzliche Hitzequelle auf der CPU darstellt, kann die Corespannung der CPU nicht mehr so weit erhöht werden, wie bei den bisherigen Prozessoren mit separaten Spannungsreglern auf dem Mainboard. Das schränkt das Übertaktungspotential der Haswell-Prozessoren erheblich ein. Zudem kann es Probleme mit einigen Netzteilen geben, die sich einfach abschalten, wenn die CPU in den für Haswell neu implementierten Stromsparmodus S0ix Active Idle geht.       

In diesem Modus kommt die CPU minimal mit einem Zwanzigstel der Leistungsaufnahme aus, die Ivy Bridge im Idle-Modus benötigt, sie liegt nur minimal über der des S3-Modus (Suspend-to-RAM), erfordert aber keine lange Aufwachzeit, der Prozessor ist in wenigen Millisekunden wieder komplett aktiv.

S0ix Active Idle fasst unterschiedliche Stufen mit unterschiedlicher Leistungsaufnahme und Aufwachzeit zusammen, die der Prozessor automatisch je nach Anwendung auswählt. Optimal funktioniert das aber nur mit Windows 8, da das neue Microsoft-Betriebssystem notwendige Interrupts und Datentransfers besser zusammenfassen kann und der CPU so mehr Zeit lässt, in den S0ix-Active-Idle-Modus zu gehen.

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Der Acer Aspire P3 ist mit einer Haswell-U-CPU bestückt.

Insgesamt soll Haswell laut Intel beim Video-Playback eine um 30 Prozent und im Office-Betrieb eine um 20 Prozent längere Akkulaufzeit erlauben. Zudem sind bis zu 13 Tage Standby mit fresh Data möglich, dabei werden Anwendungen wie Twitter oder Facebook automatisch aktualisiert.

Haswell im Test: Intel Core i7-4770K vs i7-3770K

Uns stand für einen ersten Test der neuen CPU ein Core i7-4770K mit vier Kernen, acht MByte und einer Taktfrequenz von 3,5 GHz zur Verfügung. Die CPU unterstützt Hyperthreading und kann im Turbo-Boost-Modus ihren Takt kurzfristig auf bis zu 3,9 GHz erhöhen. Als Plattform für den Test diente das Intel-Mainboard  DZ87KLT-75K, bestückt mit vier GByte DDR3-1600 von unserem Laborpartner PNY. Als Massenspeicher kam die SSD XLR8 Pro zum Einsatz, als Grafikkarte eine GeForce-680-Karte, beide von PNY. Als Netzteil diente ein Cooler Master Silent Pro Gold, das mit dem Haswell-Prozessor keinerlei Probleme hatte.

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Das Intel-Mainboard DZ87KLT-75K mit Sockel 1150 für die neuen Haswell-Prozessoren.

Intel hat für Haswell mit dem Sockel 1150 ein neues Sockelformat und die Chipsätze der 8er-Serie eingeführt. Auf dem  DZ87KLT-75K kommt der Z87-Chipsatz zum Einsatz. SATA mit 6 GBit/s bieten nun alle sechs SATA-Ports, zudem stehen bis zu sechs USB-3.0-Ports bereit. Beim C1-Stepping der neuen Intel-Chipsätze hat sich im USB-3.0-Controller ein kleiner Bug eingeschlichen, der dazu führt, dass USB-3.0-Sticks mit einem bestimmten Chipsatz nach dem Aufwachen des Systems aus dem S3-Modus nicht sofort bereit stehen, sondern neu erkannt werden. In der Praxis hat das allerdings nur minimale Bedeutung: So stellt der Acrobat Reader ein vom USB-Stick geöffnetes Dokument nicht mehr dar und muss neu gestartet werden. Das Problem ist mit dem C2-Stepping der Chipsätze behoben, Mainboards mit diesem Stepping kommen Mitte Juli.   

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Der schematische Aufbau des neuen Z87-Chipsatzes.

Der PCI-Bus hat dafür mit Haswell das Zeitliche gesegnet, er ist aus den 8er-Chipsätzen verschwunden. Allerdings können Boardhersteller eine PCIe-to-PCI-Bridge als zusätzlichen Chip verwenden, wenn sie die älteren Steckplätze noch anbieten wollen.

Für die Vergleichsmessungen mit dem Ivy-Bridge-Prozessor Core i7-3770K nutzen wir das Gigabyte-Mainboard Z77X-UP5 TH mit Z77-Chipsatz mit ansonsten den gleichen Komponenten. Der Core i7-3770K ist ebenfalls ein Quadcore-Prozessor mit Hyperthreading, 8 MByte Cache und 3,5 GHz Taktfrequenz. Die besseren Leistungswerte sind also komplett der neuen Architektur von Haswell geschuldet.

Moderater Leistungsgewinn bei nicht optimierter Software

Im Rendering-Test von Cinebench R11.5 messen wir die reine CPU-Leistung. Hier schneidet der i7-4770K mit 8,10 Punkten knapp 10 Prozent besser ab als der i7-3770K. Die Systemleistung, ermittelt mit PCMark 7, steigt von 5964 auf 6333 Punkte um etwa sechs Prozent. Einen deutliche Mehrleistung brächten nur Applikationen, die Intels neue Befehlserweiterung AVX2 nutzen.

Passionierte Spieler, deren PC mit einer starken Grafikkarte wie der GeForce GTX 680 bestückt ist, profitieren kaum von der neuen CPU, anders sieht es bei der Leistung der integrierten Grafik aus: Hier ist die HD 4600 im Haswell-Prozessor mit 6736 Punken im Cloud-Gate-Lauf des neuen 3DMark gleich um 47 Prozent schneller als die HD 4000 im Ivy-Bridge-Vorgänger, der auf 4572 Punkte kommt. Beim Umrechnen von Videos mit Cyberlink Media Espresso und Quick Sync Video bringt der Haswell-Prozessor mit der neuen GPU das größte Leistungsplus: Er erledigt diese Aufgabe gleich um 60 Prozent schneller.

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