Neue Prozessorarchitekturen

Intels Sandy Bridge

Brute-Force statt Hyperthreading

Intels Sandy Bridge nutzt ebenso wie seine Vorgänger Nehalem und Westmere die Hyperthreading-Technik zur Leistungssteigerung. Auch beim Atom erkennt das Betriebssystem die doppelte Anzahl von Prozessorkernen, als eigentlich physikalisch vorhanden sind und verteilt so die einzelnen Threads auf alle logischen Kerne.

Diese ursprünglich für den Pentium 4 entwickelten Technik sorgt mit relativ wenig zusätzlicher Hardware in den Kernen dafür, dass die Ausführungseinheiten permanent genutzt werden und kein Leerlauf entsteht. Der Geschwindigkeitsgewinn gegenüber einer CPU ohne Hyperthreading beträgt dabei rund 20 bis 50 Prozent, abhängig von den Programmen, die ausgeführt werden.

AMD geht bei der Bulldozer-Architektur einen anderen Weg, um die Rechenleistung zu erhöhen: Bei den kommenden Bulldozer-CPUs koppelt AMD jeweils zwei Integer-Einheiten mit einer Fließkomma-Unit. Das Frontend und der Level-2-Cache wird bei Bulldozer von beiden Integer-Units und der FPU gemeinsam genutzt.

Da damit der traditionelle Begriff eines Prozessorkerns nicht wirklich passt, bezeichnet AMD diesen Verbund intern als Modul. In der Kommunikation nach außen wird aber trotzdem weiter von Cores gesprochen. Hier zählt AMD die Integer-Einheiten als Kern: Der kommende Opteron-Serverprozesor "Interlagos" mit seinen acht Modulen wird also als 16-Core-CPU in den Preislisten auftauchen.

Mit vier Modulen oder acht Kernen werden der für Server bestimmte Opteron "Valencia" und der für PCs geplante "Zambezi" aufwarten. Dabei packt AMD maximal vier Module auf ein Die, Interlagos besteht also aus zwei Dies in einem gemeinsamen Prozessorgehäuse. Bulldozer kann ebenso wie Sandy Bridge mit einem Level-3-Cache aufwarten, der hier aber außerhalb der Module angesiedelt ist.

Bezüglich Details zur Größe der diversen Caches hat sich AMD bislang noch bedeckt gehalten. Bekannt ist nur, dass der 64 KByte große L1-Instruktions-Cache von beiden Integer-Units in einem Modul gemeinsam verwendet wird und dass es einen dedizierten, 16 KByte großen L1-Daten-Cache für jeden Kern im Modul gibt.

Es ist davon aus zugehen, dass die L2-Caches deutlich größer sein werden als bei Intels Sandy Bridge und auch größer als bei dem bisherigen AMD-Design. Schließlich müssen hier gleich zwei Integer-Einheiten und eine FPU gefüttert werden.

Evolution statt Revolution

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© PC Magazin

Anstatt mittels Hyperthreading etwas mehr Performance herauszuholen, hat AMD beim Bulldozer die Integer-Units verdoppelt. Das bringt mehr Multithreading-Leistung - wichtig für Server-CPUs.

Auf den ersten Blick wirkt das Aufbrechen des bisherigen Prozessorkerns revolutionär, für AMD ist es aber eher eine Evolutionsstufe. Auf der Architekturebene waren die Integer- und die Fließkommaeinheit schon bei bisherigen AMD-Prozessoren mit eigenen Schedulern und Registern eher separate Einheiten als das bei Intel-CPUs der Fall ist.

Auch sonst ist das Bulldozer-Design im Vergleich zu Sandy Bridge eher konventionell: Die Module sind über eine Crossbar verbunden, der L1-Instruktionscache puffert IA32-Instruktionen. Bulldozer beherrscht auch AVX. AMD hat allerdings bei der Implementierung einen etwas anderen Weg gewählt als Intel.

Da Bulldozer nicht über 256 Bit breite Register verfügt, werden 256-Bit-Instruktionen in zwei 128-Bit-Operationen aufgespaltet. Bulldozer wird deshalb bei AVX-tauglicher-Software eine niedrigere Performance bieten als Intels Sandy Bridge.

AMD hat bereits mit dem Hexacore-Prozessor Phenom II X6 eine ähnliche Technik wie Intels Turbo Boost eingeführt. Allerdings ist AMDs Turbo Core einfacher gestrickt: Statt einzelner Kerne können jeweils nur drei Kerne übertaktet werden, die anderen drei werden gleichzeitig auf 800 MHz untertaktet und ihre Spannung reduziert. AMD hat für Bulldozer eine verbesserte Turbo-Core-Technik versprochen, nennt aber noch keine Details.

Zwar ist der Wechsel in der Architektur beim Bulldozer nicht so drastisch ausgefallen wie bei Sandy Bridge, aber gleichzeitig wird auch noch der Fertigungsprozess bei Global Foundries von 45 auf 32 Nanometer umgestellt. Bei 45 Nanometern würde der Bulldozer-Die zu groß und auch die Leistungsaufnahme zu hoch.

Bei 32 Nanometern und einem verbesserten Power Management soll ein Bulldozer mit acht Cores nicht mehr Energie verbrauchen als ein bisheriger AMD-Hexacore-Prozessor. Allerdings lässt sich AMD mit der doppelten Umstellung auf ein gewagtes Spiel ein, das Intel mit seiner Tick-Tock-Strategie vermeidet. Die Grafik-Engine bei Sandy Bridge

Intel hat die in Sandy Bridge integrierte Grafikeinheit gegenüber der Intel-HD-Grafik in den Westmere-CPUs massiv verändert. Intel hat nun zahlreiche Fixed-Function-Units integriert, die den Execution Units (EU) Arbeit abnehmen und so die Performance bei 3D oder Media-Transcoding steigern.

Je nach Prozessormodell wird es Grafikeinheiten mit sechs oder zwölf EUs geben, die Leistung der "großen" Grafikeinheit entspricht etwa der eines Nvidia GeForce GT 310M und macht damit die diskreten Chips der Einsteigerklasse obsolet. Allerdings unterstützt die Sandy-Bridge-Grafik nur DirectX 10.1.

Die Grafik-Engine bei Sandy Bridge

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© PC Magazin

Die Grafikeinheit ist bei Sandy Bridge nun auf den 32-nm-Die gewandert und profitiert mit vom Last-Level-Cache. Neue Fixed-Function-Units steigern die Performance.

Intel hat die in Sandy Bridge integrierte Grafikeinheit gegenüber der Intel-HD-Grafik in den Westmere-CPUs massiv verändert. Intel hat nun zahlreiche Fixed-Function-Units integriert, die den Execution Units (EU) Arbeit abnehmen und so die Performance bei 3D oder Media-Transcoding steigern.

Je nach Prozessormodell wird es Grafikeinheiten mit sechs oder zwölf EUs geben, die Leistung der "großen" Grafikeinheit entspricht etwa der eines Nvidia GeForce GT 310M und macht damit die diskreten Chips der Einsteigerklasse obsolet. Allerdings unterstützt die Sandy-Bridge-Grafik nur DirectX 10.1.

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