Ausblick auf den Hardware-Herbst mit neuen Chips von AMD, Intel und Nvidia

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Seit AMD mit Ryzen 4000 auch im Notebook-Markt die schnellsten Prozessoren stellt, sind die Augen darauf gerichtet, wie Intels Konter wohl aussehen mag. Auf einem Architecture Day und Vorträgen auf der Fachkonferenz Hot Chips HC32 hat der Chipgigant erste Details genannt, wie die kommende 11. Core-i-Generation – Codename Tiger Lake – den dominanten AMD-Prozessoren entgegentreten will: mit Optimierungen an allen Fronten.

Es geht schon damit los, dass Intel für seinen leidgeplagten 10-Nanometer-Fertigungsprozess einen neuen Transistortyp namens SuperFin entwickelt hat – mit unverständlichen Marketing-Bezeichnungen wie "10nm+" ist also Schluss. SuperFin-Transistoren kommen in neuen CPU-Kernen (Codename Willow Cove) zum Einsatz, die die Sunny-Cove-Kerne der Ice-Lake-Generation beerben. Während letztere kaum mehr als 4 GHz erreichten, weil die dort verwendeten FinFET-Transistoren die für höhere Taktraten erforderlichen Spannungen nicht vertragen, sollen nun wohl um die 5 GHz drin sein. Zudem verspricht Intel auch bei niedrigen Spannungen einen höheren Takt und damit mehr Performance bei gleichem Energieeinsatz.

Architektonisch bringt Willow Cove deutlich größere Caches mit: Der L2-Cache pro Kern wächst von 0,5 auf 1,25 MByte und der von mehreren Kernen gemeinsam genutzte L3-Cache um 50 Prozent – bei einem Vierkerner also von 8 auf 12 MByte. Rückfragen zu Varianten mit mehr Kernen wollte Intel noch nicht beantworten, sondern verwies auf den durchorchestrierten Launch-Fahrplan: Konkrete CPU-Modelle und deren technische Details sollen erst am 2. September vorgestellt werden. Auf dem Architecture Day wurde allerdings auch gesagt, dass Tiger Lake bis zu 24 MByte L3-Cache habe – das klingt stark nach einem Octa-Core. Ob es solche Chips wie den Ryzen-4000-Achtkerner jedoch im für flache Notebooks relevanten 15-Watt-Abwärme-Budget geben wird oder nur in der 45-Watt-Klasse für Gaming-Boliden und mobile Workstations, ist noch genauso offen wie konkrete Aussagen zur Performance.

USB 4, Thunderbolt 4 und PCIe 4.0 für Notebooks

Der schon bei Ice Lake integrierte Thunderbolt-Controller wurde überarbeitet: Statt Thunderbolt 3 ist nun Thunderbolt 4 vorgesehen – und weil dieses auf USB 4 aufbaut, ist natürlich auch letzteres möglich. Der Speichercontroller steuert wie gehabt DDR4-3200 oder LPDDR4x-4267 an; für später im Lebenszyklus ist zudem bereits LPDDR5 vorgesehen.

Der PCIe-Host-Controller in der CPU spricht neuerdings PCIe 4.0. Die exakte Anzahl an Lanes wollte Intel bislang nicht verraten, sondern ließ lediglich durchblicken, dass das vom konkreten CPU-Modell und seiner Kernanzahl abhänge. Gerüchteweise gibt es bei Quad-Cores vier PCIe-4.0-Lanes für eine rasante NVMe-SSD. Bislang fand man PCIe 4.0 nur in Desktop- und Server-Systemen mit AMD-Prozessoren. Ryzen 4000 als Mobilableger spricht wiederum nur PCIe 3.0 – laut AMD eine bewusste Entscheidung aus Stromspargründen. Ob AMD das beim Nachfolger Cezanne (alias Ryzen 5000) ändern wird, bleibt abzuwarten – noch gibt es zu Cezanne abseits von auf Zen 3 umgerüsteten CPU-Kernen kaum gesicherte Informationen, obwohl der Chip bereits für Anfang 2021 erwartet wird.

GPUs

Die wahrscheinlich größte Umbauaktion bei Tiger Lake betrifft die darin integrierte GPU: Intel lässt die nagelneue Xe-Architektur debütieren. In Tiger Lake steckt eine Low-Power-Variante (LP); wie sie sich im Vergleich zu bisherigen iGPUs und AMDs internen Vega-Varianten schlägt, müssen künftige Tests zeigen.

Xe selbst ist als Chip-Familie gedacht, deren Varianten auf unterschiedliche Einsatzzwecke zugeschnitten werden. Die in Tiger Lake enthaltene LP-Version ist auf Energieeffizienz getrimmt, soll aber auch auf dedizierten Einsteiger-Grafikkarten Verwendung finden. Für normale Server ist die aus vier identischen Chiplets aufgebaute HP-Variante (High Power) angedacht; für Beschleunigerkarten in Super-Computern gibt es den HPC-Dialekt (High Performance Computing). Dessen erste Inkarnation heißt Ponte Vecchio und ist für den Supercomputer Aurora gedacht. Laut Intel ist Xe so modular, dass man für HPC-Varianten die 3D-Einheiten aus einem künftigen Chip-Design weglassen könnte, um einen reinen KI-Beschleuniger zu bauen.

Mittelklasse- und High-End-Gamer sollen wiederum nach dem neuesten Mitglied Xe-HPG (High Performance Gaming) lechzen, welches zusätzliche Funktionseinheiten für Ray-Tracing-Effekte mitbekommt. Pikantes Detail: Intel ahmt AMD und Nvidia bei den HPG-Chips sogar darin nach, dass die Chips extern in Auftrag gegeben werden und nicht von den Bändern der hauseigenen Fabs kommen. Zum zeitlichen Fahrplan hat Intels nichts gesagt; somit dürfte wohl erst irgendwann in 2021 eine Intel-Grafikkarte in den Läden stehen.

Apropos neue Grafikkarten: Bereits in Kürze will Nvidia die bislang nur als A100-Chip verfügbare Ampere-Generation auch als Nachfolger der mittlerweile zwei Jahre alten GPU-Familie GeForce RTX 2000 verkaufen. Sämtliche Details zur neuen GPU-Generation wird Nvidia am 1. September auf einem großen Online-Event enthüllen – auf der Hot Chips wurden nur bereits bekannte GPU-Details zusammengefasst.

Beim dritten im Bunde ist hingegen weiterhin Rätselraten angesagt. AMD hatte in der jüngeren Vergangenheit zwar mehrfach betont, dass die unter dem Namen Big Navi entwickelte nächste High-End-GPU mit Ray-Tracing-Unterstützung vor Jahresende erscheinen soll, doch bislang weder Architektur-Details noch den Launch-Fahrplan veröffentlicht.

Konsolen

Allerdings könnte AMD derzeit ein Ressourcenproblem haben: Im Herbst steht die nächste Konsolengeneration an, und sowohl in der PlayStation 5 als auch in der Xbox Series X stecken individuelle Prozessoren, die AMD in Kooperation mit Sony respektive Microsoft entwickelt hat. Die Vorbereitung der Massenproduktion ist bei beiden Konsolen nun just in die Corona-Hochphase gefallen – da könnte die Finalisierung der Konsolen-SoCs Priorität vor den PC-Komponenten bekommen haben.

Nachdem Sony technische Details zur PlayStation 5 bereits im Frühjahr enthüllt hatte, präsentierte Microsoft auf der Hot Chips HC32 nun ebenfalls das gewählte Hardware-Design des Scarlett-SoCs. Die acht Zen-2-Kerne ähneln hinsichtlich der abgespeckten Caches den mobilen Ryzen-4000-CPUs und nicht der Desktop-Implementierung. Das stand zwar zu erwarten, doch kurioserweise hatte Microsoft bislang gerne von Server-Class-Performance mit Hinweis auf die Epyc-CPUs gesprochen.

Microsoft verspricht, dass die CPU-Kerne durchgängig mit 3,8 GHz laufen sollen (beziehungsweise 3,6 GHz bei aktiviertem SMT). Auch die GPU, die den größten Teil der Die-Fläche einnimmt, soll die 1,8 GHz durchgängig liefern – Konsolenentwickler seien keine Freunde von schwankender Performance. Rückfragen zur TDP wollte Microsoft nicht beantworten.

Für ausreichend Speicherdurchsatz sorgen gleich zehn GDDR6-Kanäle – High Bandwidth Memory (HBM) wurde aus Kostengründen verworfen. Die interne SSD ist über zwei PCIe-4.0-Lanes angebunden, was die im Vergleich zur PlayStation-5-SSD geringeren Transferraten erklärt – und auch der proprietäre Erweiterungsschacht bietet zwei PCIe-4.0-Lanes. Vier weitere Lanes binden den Chipsatz an, welcher zusätzliche Schnittstellen wie USB und SATA (für das Blu-ray-Laufwerk) bereitstellt.

Der Microsoft-eigene Audio-Controller ist hingegen Teil des Scarlett-SoC und auf 3D-Audio getrimmt: Bei Gleitkommaberechnungen mit einfacher Genauigkeit liefere er mehr Durchsatz als alle acht Zen-2-Kerne zusammen. Zusätzlich zu den von der Xbox-One-Familie bekannten vier Logan-DSP-Kernen gibt es nun auch den Echtzeit-Decoder "Opus", der über 300 Kanäle gleichzeitig bearbeiten kann. Von auf den Nutzer abgestimmten Surround-Profilen, wie Sonys Tempest-Engine des PS5-Chips sie liefern soll, war keine Rede. Wie dort gibt es allerdings Hardware-Einheiten, die von der SSD gelesene komprimierte Daten ohne Zutun der Zen-Kerne entpacken und so die Transferrate erhöhen.

Nicht zuletzt gab Microsoft zu Protokoll, dass sich trotz der Strategie, alle hauseigenen Spiele auch für den PC anzubieten, nichts daran ändere, dass die Xbox die vorhandene Hardware konsolentypisch besonders effizient ausnutze: Betriebssystem und Treiber seien viel enger an der Hardware orientiert – die bei Windows-PCs allgegenwärtige HAL-Schicht (Hardware Abstraction Layer) würde beispielsweise komplett wegfallen. Auch könnten Power-Entwickler am DirectX-API vorbei direkt auf manche Komponenten zugreifen.

Dieser Artikel stammt aus c't 19/2020.

(mue)