Neue Multi-Core-CPUs von Intel

2013 hat Intel seine Prozessorfamilien überarbeitet. Der Hersteller hat mit Haswell eine komplett neue Architektur als Basis für seine Core-i-Prozessoren aufgelegt. Für seine heterogenen Mehrkern-Prozessoren hat Intel keinen eigenen Markennamen. Stattdessen sind die Prozessoren im Portfolio der Core-i-Prozessoren einsortiert.

In heterogenen Mehrkern-Prozessoren findet sich neben einem oder mehreren CPU-Kernen auch ein GPU-Kern, also eine Graphics Processing Unit. Der GPU-Kern führt dann die Grafikberechnungen durch. Damit wird eine eigenständige Grafikkarte überflüssig. Die Grafikkartenausgänge sitzen in solchen Fällen auf dem Mainboard, als Grafikspeicher wird ein Teil des Arbeitsspeichers verwendet.

Den Aufbau eines heterogenen Mehrkern-Prozessors erläutert das Profi-Wissen „Multi-Core-Prozessoren - CPUs mit GPU“. Die nachfolgenden Abschnitte erklären, was bei Intels Haswell-Prozessoren neu ist, was unverändert geblieben ist und was Sie beim Aufrüsten eventuell beachten müssen. Informationen zu den Neuerungen bei den Prozessoren von AMD finden Sie im Beitrag „Neue Multi-Core-CPUs von AMD“.

Mit Haswell schickt Intel eine komplett neue Prozessorarchitektur an den Start. Bei der neuen Core-i-Genera­tion wurde nicht nur die Grafikleistung verbessert: Auch Intels schnelle Universalschnittstelle Thunderbolt findet nun ihren Weg in die heimischen PCs.

Seit Intel 2006 den ersten Core-Prozessor auf den Markt gebracht hat, folgt die Firma bei der Entwicklung neuer Prozessorarchitekturen dem Tick-Tock-Modell. So nennt Intel zumindest den Entwicklungsprozess und dessen Zwischenschritte.

Tick und Tock wechseln sich stets ab. Mit jedem Tock legt Intel eine komplett neue Mikroprozessorarchitektur auf. Das bedeutet, der Prozessor wird vollständig neu entwickelt.

Bei jedem Tick greift Intel hingegen auf die vorangegangene Prozessorgeneration zurück, nutzt einen feineren Herstellungsprozess und nimmt eine Reihe anderer kleinerer Verbesserungen vor. Der Prozessor schrumpft also und bekommt ein paar technische Neue­rungen spendiert.

Der letzte Tock war Sandy Bridge, der darauf ­folgende Tick Ivy Bridge. Ivy Bridge nutzt also die gleiche Mikroarchitektur wie Sandy Bridge, verwendet sogar den gleichen Prozessorsockel und lässt sich deshalb in einem Mainboard mit Sandy-Bridge-Chipsatz nutzen. Der Herstellungsprozess ist bei Ivy Bridge aber 22 statt 32 Nanometer fein.

Haswell ist hingegen wieder ein Tock. Die Mikroarchitektur wurde somit komplett neu entwickelt und es kommt weiterhin der 22-Nanometer-Herstellungsprozess von Ivy Bridge zum Einsatz.

Der Herstellungsprozess ist bei der Entwicklung von Prozessoren aus zwei Gründen besonders wichtig.

Je kleiner die einzelnen Strukturen des Prozessors sind, desto mehr Strukturen passen auf die gleiche Fläche. Und je mehr Strukturen, etwa Transistoren, auf die gleiche Fläche passen, desto schneller ist der Prozessor schlussendlich. Zudem verringert sich durch eine kleinere Strukturgröße auch der Energiebedarf. Der Prozessor benötigt dann weniger Strom und produziert weniger Abwärme. Der Prozessor ist also deutlich effektiver.

Bei Haswell kommt der mit Ivy Bridge eingeführte 22 Nanometer kleine Herstellungsprozess zum Einsatz. Die kleinste Struktur des Prozessors ist dabei nur 22 Millionstel Millimeter oder umgerechnet 0,000022 Millimeter klein. Erst mit dem nächsten Tick, Broadwell genannt, ist der Wechsel auf 14 Nanometer vorgesehen. Dann wird der Prozessor um rund 36 Prozent schrumpfen.

Haswell und Haswells Nachfolger Broadwell sind zueinander kompatibel. Wenn Sie Ihren Rechner jetzt auf Haswell aufrüsten, dann könnten Sie auch Prozessoren und Mainboards der da­rauf folgenden Generation Broadwell verwenden.

Wie zu erwarten sind die neuen Prozessoren der Haswell-Generation schneller als die des Vorgängers Ivy Bridge. Der große Wurf bleibt aber aus. Nur rund 5 Prozent beträgt der Zuwachs bei der Rechenleistung im Schnitt. Das liegt vor allem daran, dass die Taktfrequenz gleich geblieben ist.

Wer mit dem Gedanken spielt, von Sandy Bridge oder Ivy Bridge auf Haswell umzusteigen, sollte also keine Leistungssprünge erwarten, außer er wechselt gleichzeitig auf eine leistungsstärkere Modellreihe mit besserer Ausstattung und höherem Takt, etwa von Core-i3 auf Core-i5.

---

In Haswell-Prozessoren ist ein Spannungswandler integriert, der in früheren Generationen noch auf dem Mainboard saß. Durch die Chipintegration kann die Energieversorgung wesentlich schneller und akkurater auf den tatsächlichen Bedarf angepasst werden. Im Leerlauf des Rechners soll sich der Energiebedarf somit erheblich reduzieren. Das setzt den Einsatz von Windows 8 voraus.

Das Einsparpotenzial gilt aber nur für den Leerlauf. Unter hoher Last benötigen Haswell-Prozessoren deutlich mehr Energie als frühere Generationen – rund 30 Watt zusätzlich. Das führt auch zu einer höheren Wärmeverlustleistung. Deshalb gibt Intel den TDP für Haswell-Prozessoren entsprechend mit 84 statt der bislang 77 Watt von Ivy Bridge an. TDP ist die Maßeinheit für die entstehende Abwärme, die der Kühlkörper abtransportieren können muss.

Der Spannungswandler in Haswell-Prozessoren erlaubt auch neue Stromsparmodi. Nur 0,05 Ampere benötigt der Prozessor dann, etwa ein Zehntel dessen, was das Netzteil eigentlich mindestens liefert. Haswell setzt für die Stromsparmodi deshalb ein kompatibles Netzteil voraus.

Wer aufrüsten möchte, sollte also in den technischen Details seines Netzteils die Kompatibilität zu Haswell prüfen. Die meisten Hersteller führen Kompatibilitätslisten im Internet für ihre Netzteile. Bei neueren Netzteilen ist die Chance auf Kompatibilität sogar recht groß. Denn Intel hat die besonderen Anforderungen an die Netzteile schon lange vor der Veröffentlichung von Haswell kommuniziert.

Erkennen lassen sich die CPUs der neuen Haswell-Generation am Zahlencode in der Bezeichnung des Prozessors. Zuerst folgt die Markenbezeichnung, anschließend die Angabe der Prozessorgeneration, darauf die dreistellige Modellnummer und abschließend ein Buchstabe, der die Produktlinie kennzeichnet.

Haswell ist die vierte Core-i-Generation, deshalb beginnt die Nummer eines Haswell-Prozessors nach der Markenbezeichnung mit einer 4, etwa Intel Core i7-4770. Der Core i7-3770 ist ein Ivy-Bridge-Prozessor, also aus der dritten Generation. Der gleiche Prozessor auf Basis von Broadwell, dem Nachfolger von Haswell, würde dann die Bezeichnung Intel Core i7-5770 tragen.

Bei der dreistelligen Modellnummer gilt: je höher, desto mehr Leistung. Und der Buchstabe am Ende des Namens eines Intel-Prozessors kennzeichnet eine Besonderheit dieses Prozessors, meistens geht es dabei um die produzierte Abwärme.

---

Haswell-Prozessoren wird es in drei verschiedenen Bauformen geben, wobei lediglich zwei davon für den Konsumentenbereich interessant sind. Die Desktop-Variante ist für ganz normale PCs vorgesehen. Die Taktraten der Desktop-CPUs rangieren zwischen 2,0 und 3,6 GHz, im Turbo-Modus sogar bis zu 3,9 GHz. Beim Turbo-Modus werden einzelne Kerne abgeschaltet und die verbliebenen übertaktet. Die Prozessoren werden je nach Preiskategorie zwei oder vier Prozessorkerne haben.

Das zweite wichtige Segment sind die Notebook-Prozessoren. Der Prozessortakt wird zwischen 1,3 und 3 GHz liegen, also deutlich unter denen der Desktop-Prozessoren. Es kommen fast ausschließlich zwei Kerne zum Einsatz. Nur im hochpreisigen Segment wird es mobile Haswell-Varianten mit vier Kernen geben. Zudem sind extrem sparsame Prozessoren vorgesehen, die dann Basis für die neue Ultrabook-Genera­tion sein werden. Ultrabooks sind Notebooks mit minimaler Bauhöhe, geringem Gewicht und langer Akkulaufzeit.

Die dritte Kategorie sind auf Haswell basierende Server-Prozessoren.

Mit der neuen Mikroprozessorarchitektur Haswell führt Intel auch einen neuen Sockeltyp ein, den Sockel 1150. Die Zahl gibt die Kontaktstellen zwischen Mainboard und Prozessor an, in diesem Fall also insgesamt 1150 Kontakte. Bei Sandy Bridge und Ivy Bridge waren es noch 1155 Kontakte. Daraus ergibt sich auch, dass Sandy und Ivy Bridge nicht zu Haswell kompatibel sind. Wer einen Haswell-Prozessor möchte, muss also auch ein neues Mainboard kaufen.

Der Haswell-Nachfolger Broadwell wird ebenfalls auf den Sockel 1150 aufbauen. Broadwell-Prozessoren werden also in Haswell-Mainboards passen.

Alle Mainboards für Haswell-Prozessoren haben einen Chipsatz mit einer 80er-Nummer. Der Codename für die Chipsätze ist Lynx Point. Mit dem Chipsatz legt Intel fest, welche Fähigkeiten und Ausstattungsmerkmale ein Mainboard haben kann. Welche davon tatsächlich umgesetzt werden, hängt jedoch vom Mainboard-Hersteller ab.

Fünf Chipsätze sind derzeit vorgesehen. Drei höherwertige mit den Bezeichnungen Z87, H87 und Q87 und zwei einfachere mit den Bezeichnungen Q85 und B85. Alle fünf Chipsätze bieten HD-Audio, einen Gigabit-Netzwerkanschluss, unterstützen bis zu drei Monitore sowie PCI Express 2.0 und PCI Express 3.0.

Mainboards mit 87er-Chipsatz können bis zu acht USB-2.0-Anschlüsse und bis zu sechs USB-3.0-Anschlüsse haben sowie bis zu sechs SATA-III-Schnittstellen.

Eine Besonderheit stellt dabei der Z87-Chipsatz dar, der zusätzlich Übertaktungseinstellungen bietet. Das setzt aber auch einen Core-i-Prozessor mit freiem Multiplikator voraus. Ein solcher Prozessor ist an dem Buchstaben K in der Modellbezeichnung zu erkennen, etwa Core i7-4770K.

Die günstigeren Q85- und B85-Chipsätze erlauben nur maximal vier SATA-III-Anschlüsse und ebenso nur vier USB-3.0-Anschlüsse. Die restlichen Anschlüsse, so vorhanden, entfallen dann auf SATA II und USB 2.0.

Keiner der fünf Chipsätze ist zum Plattformvorgänger Ivy Bridge kompatibel, sodass es Mainboards mit 80er-Chipsatz entsprechend ausschließlich für Haswell-Prozessoren und dessen Nachfolger Broadwell geben wird.

Die Core-i-Prozessoren der vierten Generation für normale Desktop-PCs und Notebooks unterstützen lediglich DDR3-Arbeitsspeicher. Das hat allerdings auch einen Vorteil: Wer einen noch nicht zu alten PC aufrüsten möchte, der kann seinen bisherigen Arbeitsspeicher unter Umständen weiterverwenden.

Mit mehr als 1600 MHz Takt können die Prozessoren den Speicher aber nicht ansteuern. Die Mengengrenze für das RAM, die von Haswell unterstützt wird, liegt bei recht üppigen 32 GByte.

Die von Intel zu Haswell als voll kompatibel getesteten Module listet die Website des Prozessor-Herstellers.

Das Kürzel XMP steht übrigens für Extreme Memory Profile und bezeichnet eine Zertifizierung für DDR3-Speichermodule.

Während die reine Rechenleistung nur um etwa 5 Prozent gestiegen ist, hat der Grafikkern der Haswell-Architektur ­etwas mehr Zuwendung von Intel erhalten. Machte der Grafikkern in Ivy-Bridge-Prozessoren noch 27 Prozent der Prozessorfläche aus, sind es bei Haswell bereits 31 Prozent. Zum Vergleich: Bei AMD sind es immerhin 42 Prozent.

Tests haben ergeben, dass die Grafik­leistung um rund 30 Prozent gestiegen ist. Das hängt aber sowohl vom Einsatzzweck als auch dem Programm oder Spiel selbst ab und kann somit deutlich stärker oder geringer ausfallen. Trotz dieses Leistungszuwachses sind die Pendants von AMD, die zudem günstiger sind, noch immer potenter bei der Berechnung von 3D-Grafik. Das liegt auch am größeren GPU-Kern.

Die Grafikleistung der Haswell-Prozessoren reicht zwar allemal für das ein oder andere Spiel aus. Die Paradedisziplin der Core-i-Prozessoren bleibt aber die Rechenleistung – die Disziplin, in der die Fusion-Prozessoren von AMD wiederum deutlich unterlegen sind.

---

Der Grafikkern der Haswell-Prozessoren unterstützt nun DirectX 11.1 sowie OpenGL 4.0. Beides sind Grafikbibliotheken für Spieleentwickler, mit denen bestimmte Effekte in Spielen umgesetzt werden können.

Zudem lassen sich bis zu drei Monitore gleichzeitig mit einem Bildsignal speisen und damit etwa ein Windows-Desktop auf drei Monitore erweitern. Collage nennt Intel das.

Auch die lizenzfreie Alternative zu HDMI, Displayport 1.2, wird nun direkt unterstützt.

Mit Haswell findet auch Intels neue Universalschnittstelle Thunderbolt ihren Weg in die heimischen PCs. Bei Apple-Computern ist diese Schnittstelle schon seit einiger Zeit zu sehen. Thunderbolt wird direkt von den Haswell-Chipsätzen unterstützt, sodass die Mainboard-Hersteller ihren Boards nach Belieben eine Thunderbolt-Schnittstelle spendieren können.

Thunderbolt ist quasi eine Erweiterung des PCI-Express-Busses des Mainboards nach draußen. Es lassen sich beliebige Geräte per Thunderbolt anschließen, Monitore genauso wie Festplatten oder Tastaturen. Derzeit beträgt die theoretisch mögliche Datenrate einer Thunderbolt-Schnittstelle 10.000 MBit/s, bei USB 3.0 sind es zum Vergleich nur 5000 MBit/s. Intel hat aber bereits feste Pläne, die Datenrate auf 100.000 MBit/s zu steigern.

Auf den derzeit verfügbaren Mainboards findet sich die Thunderbolt-Schnittstelle nur selten, weil die Verbreitung kompatibler Hardware in PC-Kreisen äußerst gering ausfällt.