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Mit dem Pentium 4 3,06 GHz führt Intel die Hyper-Threading-Technik bei Desktop-Prozessoren ein.

Mit dem Pentium 4 3,06 GHz führt Intel die Hyper-Threading-Technik bei Desktop-Prozessoren ein. Das neue CPU-Topmodell gaukelt dem Betriebssystem einen zweiten, virtuellen Prozessor vor und verbessert so im Idealfall die Auslastung der vorhandenen Recheneinheiten.

Mit Hyper-Threading, kurz HT, meint Intel eigentlich Simultaneous Multithreading (SMT [1]). Das Verfahren kann die Verarbeitung mehrere Programm-Fäden, eben der so genannten Threads, stark beschleunigen. Intel entwickelte HT unter dem Codenamen Jackson Technology [2] und führte es bereits Anfang dieses Jahres bei den Xeon-Serverprozessoren mit Prestonia-Kern [3] ein.

SMT unterscheidet sich grundsätzlich von Symmetric Multiprocessing (SMP), also dem Einsatz mehrerer physischer Prozessoren. HT erhöht die Anzahl der tatsächlich vorhandenen Recheneinheiten des Pentium 4 nicht, sondern steigert lediglich deren Auslastung. Dadurch laufen häufiger mehrere Threads gleichzeitig ab. Echte Multiprozessor-Rechner bieten deutlich mehr Leistung.

Laut Intel sind für die Integration von Hyper-Threading in den Kern des Pentium 4 lediglich ein bis zwei Prozent mehr Transistoren nötig, was gemeinsam mit den zusätzlichen Verdrahtungsleitungen die Fläche des Siliziumchips um etwa fünf Prozent vergrößerte. Das Die des neuen Pentium 4 3,06 GHz ist aber nicht größer als das seiner Vorgänger mit Northwood-Kern [4], weil die für HT nötigen Zusatzelemente dort schon immer eingebaut, aber nicht nutzbar waren (und sind). Erst ab der 3,06-GHz-Version schaltet Intel HT frei; auch bei allen kommenden Nachfolgern soll die neue Technik nutzbar sein. Im nächsten Jahr soll die Prescott-Generation [5] des Pentium 4 die verbesserte SMT-Version HT2 bringen.

Der Pentium 4 mit Hyper-Threading läuft nur auf explizit dafür freigegebenen Mainboards, zu denen zurzeit nur neue Modelle mit den Intel-Chipsätzen i845E, i845PE, i845G, i845GE und i850E [6] zählen. Der Mainboard-Hersteller Asus hat schon eine Kompatibilitätstabelle [7] ins Web gestellt, andere folgen hoffentlich bald. Außerdem ist ein HT-taugliches BIOS nötig und Intel empfiehlt ausschließlich den Einsatz der Home- oder Professional-Version von Windows XP mit Service Pack 1 [8] oder Linux ab Kernel 2.4.18 [9]. Beim Einsatz älterer Betriebssysteme sollte man HT im BIOS-Setup abschalten, weil diese -- sofern sie überhaupt mit zwei Prozessoren zurechtkommen -- nicht zwischen tatsächlich vorhandenen und virtuellen Prozessoren unterscheiden können. Das wiederum kann Leistungseinbußen nach sich ziehen.

Im c't-Labor musste sich der neue Pentium 4 3,06 GHz [10] mit und ohne Hyper-Threading mit seinem Konkurrenten AMD Athlon XP 2800+ [11] und seinem 2,8-GHz-Vorgänger [12] messen. Die üblichen Benchmarks wie die SPEC CPU2000 [13], der BAPCo SYSmark 2002 [14] oder der 3DMark 2001 SE [15] zeigen nur einen geringen Vorsprung des 3,06-GHz-Prozessors, der um lediglich 9,5 Prozent schneller getaktet ist als sein Vorgänger. In vielen Benchmarks hält auch der Athlon XP 2800+ mit seinen 2,25 GHz "echter" Taktrate noch gut mit, sofern man den Pentium 4 und den Athlon mit PC2700-Speicher paart.

Doch mittlerweile sind von manchen Software-Paketen optimierte Versionen erhältlich, die auf dem Pentium 4 mit PC1066-Rambus-Speicher deutlich schneller laufen als auf dem Athlon XP. Dazu gehören Newtek Lightwave 3D 7.5 [16] und Cinema 4D Release 8 [17] von Maxon, die auch besonders gut mit Hyper-Threading funktionieren. Eine Vorab-Version des neuen Cinema 4D war auf dem 3,06-GHz-Renner mit dem Intel-Mainboard D850EMVR (Nachfolger des D850EMV2 [18]) und PC1066-RAM gute 30 Prozent schneller als auf dem Athlon XP 2800+, der auf einem nForce-2 [19]-Board mit zweikanaligem PC2700-Speicher lief.

Auch einige Video- und Audio-Transkodierungsprogramm legen dank Hyper-Threading deutlich zu. Dazu gehören Magix mp3 maker platinum [20], der DivX-5-Codec [21] oder der neue AVI/MPEG-2-Codec 1.3 [22] von Main Concept. Letzterer transkodiert auf dem Intel Pentium 4 3,06 GHz ohne Hyper-Threading und auf dem Athlon XP 2800+ bereits rund 30 PAL-Vollbilder pro Sekunde, also schneller als Echtzeit. Mit HT geht es nochmals 20 Prozent schneller.

Es gibt aber auch Software, die überhaupt nicht von Hyper-Threading profitiert: Das ist beispielsweise beim G Data DaViDeo onDVD [23] der Fall, das stur an einem Prozessor klebt. In solchen Fällen bringt HT trotzdem den Vorteil, dass eine weitere Anwendung noch zügig arbeitet. Intel erläutert zahlreiche Multitasking-Testprozeduren [24], etwa die gleichzeitige Nutzung von McAffee VirusScan, Adobe Acrobat und Microsoft Word, bei denen Hyper-Threading deutliche Geschwindigkeitsvorteile bringt. Im Praxistest zeigte HT tatsächlich teilweise verblüffende Beschleunigungswirkung bei der Arbeit mit vielen offenen Alltags-Programmen.

Durch die höhere Auslastung der Recheneinheiten des Pentium 4 und die enorme Taktfrequenz erreicht das Intel-Flaggschiff eine Thermal Design Power (TDP) von 81,8 Watt -- auch das ist ein Leistungsrekord für Desktop-Prozessoren. Daher sind für stabilen Betrieb leistungsstarke Netzteile [25] und gute Prozessorkühler nötig. Doch ohne HT hätte Intel den Prozessor wohl noch deutlich höher takten müssen, um ein vergleichbares Leistungsplus zu erreichen. Hyper-Threading erscheint daher als eine sehr interessante Innovation, die eine bessere Nutzung des oftmals brach liegenden Potenzials des Pentium 4 ermöglicht. Umfangreiche Detailinformationen zur Hyper-Threading-Technik und Benchmarks finden Sie in der kommenden c't-Ausgabe 24/02, ab Montag, 18.11.02 am Kiosk. (ciw [26])

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[1] https://www.heise.de/news/Kauft-Intel-den-Alpha-Prozessor-von-Compaq-42891.html
[2] https://www.heise.de/news/IDF-Intel-ueberrascht-mit-3-5-GHz-Prozessor-52281.html
[3] https://www.heise.de/news/Xeon-CPUs-fuer-Workstations-mit-2-2-GHz-und-groesserem-Cache-55565.html
[4] https://www.heise.de/news/Intel-praesentiert-den-neuen-Pentium-4-AMD-den-Athlon-XP-2000-Update-54746.html
[5] https://www.heise.de/news/Intel-fuehlt-sich-stark-69179.html
[6] https://www.heise.de/news/Intel-Chipsaetze-mit-Hyper-Threading-Support-fuer-Pentium-4-66361.html
[7] http://www.asuscom.de/support/techmain/FAQ/mobo_cpu/faq101b_CPU_Upgrade_V.htm
[8] https://www.heise.de/news/Download-des-XP-Service-Pack-hueh-und-hott-60413.html
[9] https://www.heise.de/news/Neue-Linux-Distribution-SuSE-8-0-kommt-nach-Ostern-59503.html
[10] http://www.intel.com/home/desktop/pentium4/
[11] https://www.heise.de/news/AMD-stellt-Athlon-XP-mit-beschleunigtem-Frontside-Bus-vor-65718.html
[12] https://www.heise.de/news/Intel-Pentium-4-mit-2-8-GHz-und-drastische-Preissenkung-bei-2-53-GHz-Update-57774.html
[13] http://www.spec.org/osg/cpu2000/
[14] http://www.bapco.com/sysmark2002.htm
[15] http://www.madonion.com/products/3dmark2001/
[16] http://www.lightwave3d.com/
[17] http://www.maxon.de/pages/products/c4d/cinema4d_portal_d.html
[18] http://developer.intel.com/design/motherbd/mv2/index.htm
[19] https://www.heise.de/news/Erste-Benchmarks-mit-dem-Nvidia-Chipsatz-nForce-2-65730.html
[20] http://europe.magix.com/index.php?id=996&type=2
[21] http://www.divx.com/divx/
[22] http://www.mainconcept.com/products.shtml
[23] http://www.gdata.de/trade/productview/252/6/
[24] http://www.intel.com/performance/resources/index.htm
[25] http://program.intel.com/shared/products/boards/techcenter/atx12v_tested_psu.htm
[26] mailto:ciw@ct.de

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