Serie-500-Mainboards mit umfangreicher Ausstattung für Core i-11000 „Rocket Lake“

Mainboards mit Serie-500-Chip­sätzen kann man schon seit einigen Monaten kaufen. Doch erst mit den kürzlich vorgestellten Prozessoren der Serie Core-i-11000 „Rocket Lake“ entfalten sie ihr komplettes Potenzial. Die überarbeiteten Cypress-Cove-Kerne der neuen CPUs rechnen bei gleichem Takt rund zwanzig Prozent schneller als die Vorgänger [1]. Außerdem steuern die Neulinge Arbeitsspeicher schneller an und enthalten eine komplett überarbeitete Grafikeinheit mit Xe-Architektur. Die verbesserte LGA­1200-­Plattform bringt zusammen mit den Core-i-11000-Prozessoren PCI Express 4.0 direkt an der CPU für schnellere SSDs, eine breitere Anbindung des Chipsatzes sowie flotteres USB mit 20 GBit/s und HDMI 2.0 für eine ruckelfreie 4K-Dar­stellung.

Wir haben vier Mainboards mit den Chipsätzen B560 und Z590 ins Labor geholt. Knapp unter 100 Euro kostet das MSI B560M Pro. Ebenso für Allround-PCs taugt das Asus Prime B560M-A für 115 Euro. Aus dem High-End-Segment stammen das Asrock Z590 Extreme für 200 Euro und das Mini-ITX-Board Gigabyte Z590 Aorus Ultra für 260 Euro. Mainboards mit H510-Chipsatz haben wir nicht berücksichtigt, weil diese in ihren Funktionen stark beschnitten sind und lediglich 10 bis 15 Euro weniger kosten als die preiswertesten B560-Boards. Mainboards mit H570-Chipsatz bieten nur Asus und ­Asrock in geringer Zahl an. Vermutlich ist den Herstellern die Nische zwischen B560 und Z590 zu klein.

Die Auswirkungen der Pandemie lassen sich auch an den Board-Preisen ab­lesen. So kostete das Asus Prime B360M-A mit B360-Chipsatz Anfang 2020 noch rund 85 Euro. Das Mitte 2020 erschienene Nachfolgemodell Prime B460M-A pendelte in den letzten Monaten um die 100-Euro-Marke, während für das hier getestete, aktuelle Prime B560M-A 115 Euro fällig sind. Schuld an diesem Preisanstieg tragen unter anderem die anhaltend hohe Nachfrage nach Hardware sowie der schon seit Jahren bestehende und sich nun verschärfende Chipmangel. Das Problem dabei sind weniger die teuren komplexen Halbleiter-Bauteile wie der Chipsatz, sondern kleine, in vergleichsweise alter Fertigungstechnik hergestellte Komponenten wie die Reglerchips für die Spannungswandler. Solche Bauteile kommen nicht nur auf Mainboards zum Einsatz, sondern stecken in nahezu sämtlicher moderner Elektronik vom Smartphone bis zum Auto.

PCI Express: Mehr Lanes, höhere Geschwindigkeit

Durch die jahrelangen Verzögerungen bei Intels 10-Nanometer-Fertigungstechnik herrschte nicht nur bei der Architektur von Core-i-Prozessoren Stillstand, sondern auch bei der darunterliegenden Plattform. Während die inzwischen vier Jahre alte AM4-Plattform für AMD-Ryzen-Prozes­soren seit Beginn HDMI 2.0 sowie direkt an die CPU angebundene PCIe-SSDs hat und seit 2019 PCI Express 4.0 bietet, änderte sich bei Intel seit 2015 fast nichts.

Für die jetzt hinzugekommenen Funktionen der Core-i-11000-CPUs war die rund ein Jahr alte Fassung LGA1200 von Anfang an bereits technisch vorbereitet. Die Zahl der PCIe-Lanes vom Prozessor wächst von 16 auf 20, sodass zusätzlich zur Grafikkarte eine M.2-SSD direkt an der Rocket-Lake-CPUs hängen kann. Durch den Wechsel von PCI Express 3.0 auf 4.0 verdoppelt sich obendrein der Durchsatz. Von einer M.2-SSD mit vier PCIe-4.0-­Lanes konnten wir deshalb bei allen Serie-500-Boards Daten mit rund 6,7 GByte/s lesen. Bei Serie-400-Boards fließen diese noch über PCIe-3.0-Leitungen und müssen darüber hinaus noch durch den DMI-Flaschenhals vom Chipsatz zur CPU, was den Durchsatz auf insgesamt 3,5 GByte/s limitiert, selbst wenn mehrere M.2-SSDs am Chipsatz hängen.

Die Kommunikationsgeschwindigkeit zwischen Chipsatz und Prozessor hat Intel beim Z590 und H570 aufs Doppelte aufgebohrt. Statt vier gibt es dort acht DMI-­Lanes, sodass pro Richtung bis zu 8 GByte/s fließen. Dieser Schritt ist wichtig, denn die Chipsätze stellen nun bis zu drei USB-3.2-Gen-2x2-Ports mit 20 GBit/s ­bereit. Bereits einer davon beansprucht mit rund 2 GByte/s die Hälfte der Bandbreite einer DMI-x4-Verbindung. Bei den beiden günstigen Chipsätzen belässt es Intel bei DMI x4.

USB mit bis zu 2 GByte/s

Allerdings agieren die Board-Hersteller bezüglich der schnellen USB-Schnittstelle zögerlich: Den beiden B560-Mainboards von Asus und MSI fehlt ein solcher Anschluss, obwohl bei diesem Chipsatz zwei Stück möglich wären. Asrock und Gigabyte statten ihre Z590-Boards immerhin mit einem schnellen USB-Port aus.

Ursache für die Zurückhaltung ist wohl ein technischer Grund: Im B560-Chipsatz gibt es intern 24 sogenannte High-Speed-I/O-Leitungen (HSIO). Manche davon sind fest einer Funktion zugewiesen, zum Beispiel als SATA-Port oder als PCIe-Lane, andere flexibel umschaltbar. Für die USB-3.2-Ports sieht Intel im B560 maximal sechs HSIO-Leitungen vor. USB 3.2 Gen 2x2 mit 20 GBit/s belegt im Unterschied zu den langsameren USB-3.2-Dialekten mit 5 und 10 GBit/s jedoch jeweils gleich zwei davon. Denn bei USB 20 GBit/s erfolgt die Verdopplung des Durchsatzes durch die parallele Nutzung der beiden Adernpaare von USB-C. Statt wenigen superschnellen USB-Buchsen wählen die Board-Hersteller also lieber mehrere nicht ganz so schnelle.

Die integrierte Xe-GPU der Core-i-­11000-Prozessoren kann Monitore nun endlich auch direkt per HDMI 2.0 ansteuern. Das klappt bei allen vier Testkandidaten, sodass sie eine Auflösung von 3840 × 2160 Pixeln bei ruckelfreien 60 Hertz liefern. Bisher konnten die Core-i-Mainboards meist nur HDMI 1.4, weshalb die Wiederholrate über HDMI bei 4K auf 30 Hertz beschränkt war. Nur wenige, teure Boards trugen zusätzliche Level ­Shifter/Protocol Converter (LSPCon), die das DisplayPort-Signal der CPU in HDMI 2.0 wandelten.

Wer vor hat, günstige Celerons, Pentiums und Core i3 in Serie-500-Boards einzusetzen, muss mit einigen Einschränkungen leben. Denn diese CPUs verwenden alle noch die ältere Comet-Lake-­Architektur. In dieser Kombination funktionieren weder der M.2-Slot am Prozessor noch PCI Express 4.0, HDMI 2.0 und die breitere Chipsatz-Anbindung.

Volllast nach Gutdünken

Bei den Rocket-Lake-Prozessoren hat Intel die Vorgaben für die Power-Limits gelockert, weshalb sich die Leistungsaufnahme unter Last bei den Boards stärker unterscheiden kann. Grundsätzlich gehören die Prozessoren einer bestimmten Abwärmeklasse an. Diese Thermal Design Power (TDP) ist als Hinweis an PC-Hersteller gedacht und gibt an, welche Wärme­leistung der CPU-Kühler abführen können muss. Die meisten Core-i-Prozessoren haben eine TDP von 35, 65 oder 125 Watt, die auch als Power Limit 1 (PL1) bezeichnet wird. Da Kühlkörper eine gewisse thermische Trägheit haben, also einige Zeit brauchen, bis sie sich aufgeheizt haben, dürfen moderne Prozessoren ihre TDP für kurze Zeit überschreiten und dadurch höher ­takten. Dieser Turbo bringt für viele Anwendungen ein spürbares Leistungsplus, weil die meisten Aktionen nur wenige ­Sekunden lang Rechenlast erzeugen.

Intel empfiehlt in seinen Datenblättern der Core-i-11000-Prozessoren ein Turbofenster (PLTau) von 28 beziehungsweise 56 Sekunden (K-Prozessoren) Länge. Spätestens danach sollte der Prozessor die 35, 65 beziehungsweise 125 Watt einhalten. Zudem gibt es ein gleitendes Mittel der CPU-Leistungsaufnahme, was bewirkt, dass nicht nach 56 Sekunden Dauerlast und einer einsekündigen Pause wieder ein Turbofenster mit den vollen 56 Sekunden abrufbar ist.

Eine Angabe, wie viel Leistung Core-i-Prozessoren der 11. Generation dabei maximal verheizen dürfen (Power Limit 2, PL2), fehlt in den offiziellen Datenblättern. Im Pressebriefing zu den Rocket-­Lake-CPUs veröffentlichte Intel immerhin Empfehlungen für diese Maximalleistungsaufnahme [2]. Absolute Klarheit gibt es aber auch damit nicht, denn der Chiphersteller gibt für die einzelnen CPUs jeweils einen Basis- und Performancewert an. Beim Core i9-11900K sind das 203 und 251 Watt.

Die genannten Power-Limits steuert die Mainboard-Firmware, bei den meisten Boards lassen sich die drei Parameter im BIOS-Setup verändern. Asus und Asrock orientieren sich an der Performance-Empfehlung von Intel für den von uns verwendeten Core i9-11900K (PL1 = 125 Watt, PL2 = 251 Watt, PLTau = 56 Sekunden).

Gigabyte setzt beim Z590I Aorus Ultra nicht nur das PL2, sondern auch das PL1 für Dauerlast auf unbegrenzt. In der Praxis betrug die Package Power der CPU aber maximal 175 Watt. Eine Erklärung dafür haben wir nicht. MSI hingegen setzt beide Power Limits beim B560M Pro im Auslieferungszustand fix auf 135 Watt. Der Prozessor kann deshalb seine Turbotakte nicht ausschöpfen. Wir empfehlen grundsätzlich, die Intel-Vorgaben einzustellen. Noch höhere Power-Limits bringen in der Regel keine spürbare Mehrperformance, sondern treiben nur den Energiebedarf und die Lautstärke des PCs nach oben [3].

Höherer Energiebedarf durch PCIe 4.0

Im Leerlauf benötigen die Mainboards deutlich mehr als bei der vorherigen ­Generation. Lagen Boards mit Serie-400-­Chipsatz im Auslieferungszustand zumeist bei rund 20 Watt, sind nun eher 30 Watt gängig. Durch Optimieren der C-States lässt sich aber viel Energie einsparen. Zum Beispiel benötigt das recht einfach ausgestattete MSI B560M Pro mit einer PCI-Express-4.0-SSD und Standardeinstellungen 28 Watt. Nachdem wir im BIOS-Setup die Package-C-States auf C10 gesetzt hatten, sank die Leistungsauf­nahme deutlich auf 18 Watt.

Um herauszufinden, ob ein Teil des Mehrbedarfs auf das Konto von PCI Express 4.0 geht, haben wir die PCIe-SSD durch eine mit SATA-Schnittstelle ersetzt. Die Leistungsaufnahme bei ruhendem Windows-­Desktop blieb jedoch unverändert. Erst mit dem zusätzlich installierten Rapid-Storage-­Technology-Treiber (RST) funktionierte das SATA-Link-Power-Management, was noch einmal 4 Watt einspart. Wer also Energie sparen will, muss eine SATA- statt einer NVMe-SSD verwenden.

Eine Besonderheit der Rocket-Lake-­CPUs mit Ausnahme des Core i9-11900K ist, dass der interne Speichercontroller bei DDR4-3200-RAM laut Intel nur mit halbem Speichertakt arbeitet (Gear 2). Bei DDR4-2933 und langsamer gilt der Gear-­1-Modus mit einem Taktverhältnis von 1:1; das führt zu niedrigeren Latenzen. In der Praxis betreiben aber alle Boards den RAM-Controller auf die eine oder andere Art falsch. Asus, Gigabyte und MSI verwenden den Gear-1-Modus auch bei DDR4-3200 mit dem Core i7-11700K. Asrock schaltet korrekt auf halben Takt herunter, tut das aber auch beim Core i9-11900K, wo der RAM-Controller mit 1600 statt 800 MHz laufen dürfte. Instabilitäten konnten wir trotzdem bei keinem Board feststellen.

Display-Probleme unter Linux

Im Unterschied zu unseren bisherigen Erfahrungen, nach denen neue Intel-Plattformen direkt ab Verkaufsstart einwandfrei mit gängigen Distributionen liefen, hatten wir bei Rocket Lake mit einigen Problemen zu kämpfen. Das betrifft insbesondere die neue integrierte Xe-GPU der Core i-11000. Mit Kernel 5.11 unter Ubuntu 21.04 klappte unter anderem die Monitorerkennung im laufenden Betrieb nicht, im Multimonitorbetrieb zeigten die Displays eine viel zu ­geringe Auflösung und über HDMI kam kein Bild bei 4K-Auflösung zustande.

Mit dem Kernelparameter i915.force_probe=4c8a erzwangen wir das Laden des Kernelmoduls i915. Damit klappte zwar der Standby-Modus, aber es funktionierten nur zwei Displays zugleich. Zudem lag die Leerlaufleistungsaufnahme vermutlich wegen der Treiberprobleme um 7 bis 13 Watt über den Windowswerten. Man kann wohl nur warten, bis zukünftige Kernel-Versionen besser angepasste Xe-Treiber bringen.

Fazit

Licht und Schatten liegen bei den Mainboards mit Chipsätzen der Serie 500 dicht beieinander. Dank der modernisierten Schnittstellen erreicht Intel mit den Core i-11000 nun Anschluss an AMDs AM4-­Plattform für die Ryzen-Prozessoren. Große Patzer konnten wir bei keinem der vier getesteten Mainboards finden. Allerdings erzeugen die zahlreichen kleinen Schnitzer, wie der falsche Speicher­controller-Modus, die teils verqueren Power-Limit-Voreinstellungen und die unnötig hohe Leerlaufleistungsaufnahme bei uns den Eindruck, dass die BIOSse in letzter Minute mit der heißen Nadel gestrickt wurden.

Die High-End-Boards Asrock Z590 Extreme und Gigabyte Z590I Aorus Ultra eignen sich mit umfangreicher Aus­stattung für leistungsstarke PCs und machen von fast allen Möglichkeiten der neuen Plattform Gebrauch. Dafür muss man aber tief ins Porte­mon­naie greifen. Für Sparfüchse, die einen preiswerten Office- oder Allround-PC bauen wollen, sind das Asus Prime B560M-A und das MSI B560M Pro einen Blick Wert. Sie kosten um die 100 Euro und haben mit drei 4K-tauglichen Display-Ausgängen oder 2,5-GBit/s-LAN Funktionen an Bord, die noch vor Kurzem wesentlich teureren Boards vorbehalten waren. (chh@ct.de)