CPU-Performance: Kern-zu-Kern-Antwortzeiten moderner Prozessoren im Vergleich
Die Geschwindigkeit einer CPU hängt nicht nur von Takt und Aufbau ihrer Recheneinheiten ab, sondern auch davon, wie schnell die Kerne miteinander kommunizieren.
(Bild: c't)
Um die Performance von Prozessoren weiter zu steigern, drehen die Hersteller an vielen Stellschrauben. Intel führte Ende 2021 mit Core i-12000 "Alder Lake" die ersten Hybrid-CPUs für Desktop-PCs ein, die unterschiedlich starke P- und E-Kerne haben. Zudem stehen die Mobilprozessoren Core Ultra "Meteor Lake" vor der Tür, bei denen es dann drei verschiedene Kernklassen verteilt auf zwei Halbleiter-Chiplets gibt. In AMDs High-End-Workstation-CPUs Ryzen Threadripper 7000 rechnen wiederum bis zu 96 Kerne. Die Prozessoren bestehen deshalb aus 13 einzelnen Chips.
Klassische Prozessordesigns aus einem einzelnen Halbleiter-Die, in dem außer den CPU-Kernen auch integrierte Grafik, Speichercontroller und I/O-Einheiten für PCI Express, SATA und USB sitzen, sind hingegen auf dem Rückzug. Der Wechsel von solchen monolithischen Prozessoren zu Chiplets und Tiles hat mehrere Gründe. Bei leistungsstarken Server- und Workstation-Prozessoren liegt es schlicht an der Größe. Mit heutiger Technik lassen sich Chips mit maximal 800 mm2 Fläche belichten. Das entspricht einem Quadrat mit 28 Millimetern Kantenlänge. Zudem ist die Ausbeute bei Riesenchips schlechter, weshalb AMD, Intel & Co. deshalb statt einem großen mehrere kleine Dies verwenden.
Ein weiterer Grund ist, dass die Schaltkreise für Rechenwerke, Caches, GPU-Shader und I/O-Controller unterschiedliche Anforderungen an die Fertigungstechnik stellen. Die Transistoren in CPU-Kernen sollen möglichst hohe Taktgeschwindigkeiten erreichen, in anderen Prozessorteilen kommt es eher auf eine hohe Dichte der Bauelemente oder einen geringen Energiebedarf an. Zudem unterscheidet sich die Breite der Leitungspfade.
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