Core-i-11000-Prozessoren gegen Ryzen 5000

Auch Intel dämmerte es wohl irgendwann, dass es nicht mehr so weitergehen darf wie seit vier Jahren: Um die Verzögerungen der 10-Nanometer-Technik zu überbrücken, brachte Intel immer neue Aufgüsse der Skylake-Mikroarchitektur heraus. Doch die fallen immer weiter ­hinter die stetig verbesserte AMD-Ryzen-­Konkurrenz zurück. Also musste ein Plan B her, der sich mit der 11. Core-i-Generation „Rocket Lake“ nun materialisiert.

Für die Serie Core i-11000 hat Intel aus der Not eine Tugend gemacht und portierte die „Sunny-Cove“-Architektur der 10-Nanometer-Mobilchips Core i-1000G „Ice Lake“ als „Cypress Cove“ zurück auf die ausgereifte 14-Nanometer-Fertigung. Den bis zu acht Cypress-Cove-Kernen stellt Intel die moderne X^e-Grafikeinheit der wenige Monate alten Ice-Lake-Nachfolger Core i-1100G „Tiger Lake“ zur Seite.

Statt einer vollständigen CPU-Serie vom sparsamen Dual-Core bis zum High-End-Chip gibt es von Rocket Lake lediglich die Unterfamilien Core i5-11000 mit sechs Kernen sowie Core i7- und Core i9-11000 mit jeweils acht Kernen [1]. Zehnkerner wie bei den Vorgängern Core i-10000 „Comet Lake“ spart sich Intel, weil die resultierenden, großen Chips nicht wirtschaftlich herzustellen wären und wohl auch zu viel Strom schluckten. Für die preiswerteren Core-i3- und Pentium-Modelle setzt der Hersteller wie­derum auf aktualisierte Core-i-10000-CPUs, die man an der Ziffer 5 an der letzten Stelle der Bezeichnung erkennt, zum Beispiel Core i3-10325. Diese Doppelstrategie klappt, weil beide Prozessorfamilien die Fassung LGA1200 verwenden.

Auf 512 Bit aufgebohrt

Für den Test haben wie die beiden Achtkerner Core i9-11900K (550 Euro) und Core i7-11700K (420 Euro) sowie den Sechskerner Core i5-11600K (270 Euro) auf dem Z590-Mainboard Asus ROG ­Maximus XIII Hero unter die Lupe genommen. Dabei handelt es sich jeweils um die schnellsten Varianten der einzelnen CPU-­Serien mit 125 Watt Thermal Design Power, die obendrein übertaktbar sind. Diese Funktion kennzeichnet Intel durch ein K im Prozessornamen.

Im Vergleich zu den Vorgängern verspricht Intel für Rocket Lake ein Leistungsplus von bis zu 19 Prozent pro Kern und Takt. Um dies zu erreichen, hat Intel mehrere Änderungen vorgenommen: Jedem Kern stehen nun 48 statt 32 KByte Level-1- und 512 statt 256 KByte Level-2-Cache zur Verfügung. Den Level-3-Cache belässt der Hersteller bei 16 MByte für CPUs mit acht und bei 12 MByte für CPUs mit sechs Kernen, um Chipfläche zu sparen. Aber der Zugriff auf das RAM erfolgt etwas ­flotter, denn der Speichercontroller kann nun mit DDR4-3200 statt höchstens DDR4-2933 umgehen.

Intel hat den Rocket-Lake-CPUs deutlich breitere Rechenwerke spendiert (siehe Grafik rechts). Eine der architektonischen Neuheiten ist die Vektorbefehlssatzerweiterung AVX512, die es bisher nur in High-End-, Server- und Mobil-CPUs von Intel gab. Sie kann in einem Rutsch nun 512 Bit breite statt wie bisher bei AVX2 256 Bit breite Datenblöcke verarbeiten. Die Gleitkommaleistung verdoppelt sich dadurch aber nicht, denn die Cypress-Cove-­Kerne enthalten jeweils nur eine 512-bittige FMA-Einheit. Fließen AVX2-­Befehle durch die Pipeline, arbeitet diese hingegen mit halber Breite zusammen mit einer zweiten 256-Bit breiten FMA-Einheit. Deshalb ist der Durchsatz pro Taktzyklus bei AVX2 und AVX512 identisch. In der Praxis rechnet der Core i9-11900K allerdings mit älterem AVX2-Code 12 Prozent schneller, weil der AVX512-Betrieb stromhungriger ist und die CPU deshalb weniger hoch taktet.

Zu AVX512 gehören aber nicht nur 512-Bit-Befehle für HPC-Anwendungen, sondern auch die Vector Neural Network Instructions (VNNI) für KI-Berechnungen, die Intel auch als Deep Learning Boost (DL Boost) bezeichnet. Sie beschleunigen das Inferencing mit vergleichsweise kurzen 8- und 16-Bit-Datentypen erheblich, beispielsweise für die Bilderkennung. Die AVX512-Einheit eines Cypress-Cove-Kerns kann dank VNNI bis zu 64 8-Bit-Integer-Werte parallel in ­Fused-Multiply-Add-Operationen ver­arbeiten.

Noch mehr Turbo

Um so viel Performance aus den neuen Chips herauszuholen wie möglich, hat Intel die beiden schnellsten Modelle Core i9-11900K und Core i9-11900KF zusätzlich mit einem neuen, vierten Turbo­modus namens Adaptive Boost ausgestattet. Dieser soll vor allem Multit­hreading-Anwendungen beschleunigen.

Grundsätzlich hat der Core i9-11900K eine Nominaltaktfrequenz von 3,5 GHz, die er immer erreicht, also unabhängig von der anliegenden Last. Per Turbo Boost 2.0 darf er auf 4,7 bis 5,1 GHz hochtakten, je nachdem wie viele Kerne ausgelastet sind und sofern die elektrischen Grenzwerte wie Stromaufnahme und die jeweils geltenden Power Limits nicht überschritten werden. Laufen Anwendungen mit hochoptimierten AVX-­Code, taktet die CPU nicht so hoch wie bei einfacheren Integer-Aufgaben wie dem Komprimieren von Dateien. Der höchste Wert von Turbo Boost 2.0 gilt für Last auf bis zu zwei Kernen, 5,0 GHz sind es bei drei und vier Kernen, 4,8 GHz bei fünf und sechs Kernen und 4,7 GHz bei sieben und acht ausgelasteten Kernen.

Zudem sind zwei Kerne selektiert und markiert, die bis zu 5,2 GHz erreichen. Diese Funktion bezeichnet Intel als Turbo Boost Max 3.0. Dieser Turbo benötigt die Mithilfe des Schedulers des Betriebssystems, damit dieser Single-Thread-Anwendungen mit hoher Last auch diesen Kernen zuordnet. Schon bei der vorherigen CPU-­Generation „Comet Lake“ hat Intel für die Core-i9-Spitzenmodelle darüber hinaus den bei Mobil-CPUs bereits länger vorhandenen Thermal Velocity Boost hinzugefügt. Sofern eine starke Kühlung vorhanden ist und die CPU-Temperatur unter 70 Grad Celsius liegt, darf die CPU alle vorher genannten Turbo-Stufen um 100 MHz überschreiten.

Der nun neu hinzugekommene Adaptive Boost setzt die maximale Turbostufe des Turbo Boost 2.0 für alle Kerne von 4,7 auf 5,1 GHz hoch, die normalerweise nur für Last auf einem oder zwei Kernen gilt. In der Praxis lässt sich der Taktzuwachs aber meist nur ausschöpfen, wenn man zugleich die Power Limits hochsetzt. Deshalb empfiehlt Intel eine leistungsstarke Kühlung. In unseren Messungen legte die Performance deshalb lediglich bei 3D-­Spielen und beim Dateikomprimieren um 4 Prozent zu.

Stark bei Singlethreading

Bei der Singlethreading-Leistung liefern sich die Core i-11000 ein Kopf-an-Kopf-Rennen mit den Ryzen 5000. Im Rendering-Benchmark Cinebench R23 kann sich der Core i9-11900K dank der diversen Turbomodi mit 1692 Punkten und drei Prozent Vorsprung vor dem Ryzen 9 5900X an die Spitze aller Prozessoren ­setzen. Der Ryzen benötigt dafür aber 300 bis 500 MHz weniger Takt. Sind statt der Gleitkomma- die Integer-Einheiten beschäftigt, wie zum Beispiel beim Packen mit 7-Zip, führt der Core i9-11900K hauchdünn mit 1 Prozent Abstand vor dem Ryzen-Zehnkerner.

Im Vergleich zu den Vorgängern der Serie Core i-10000 legt die Performance bei einem einzigen ausgelasteten Kern kräftig zu: Hier liefert der Rocket-Lake-­Achtkerner je nach Anwendungen zwischen 10 und 24 Prozent mehr Performance als der Comet-Lake-Zehnkerner. Deshalb schneiden die Core i-11000 beim Office-Benchmark Sysmark 25 besonders gut ab.

Bei 3D-Spielen profitieren vor allem die kleineren Rocket-Lake-CPUs wie der Core i5-11600K von der neuen Architektur. Die Bildrate bei Full-HD-Auflösung klettert um bis zu 22 Prozent, sofern die Grafikkarte nicht limitiert. Der Core i9-11900K kommt bei Metro Exodus und Shadow of the Tomb Raider aber nur knapp über das Niveau des Vorgängers und schafft es deshalb nicht an den Ryzen 5000 vorbei. Deren Stärke sind die riesigen Level-3-Caches von 64 beziehungsweise 32 MByte statt 16 MByte. Hier spielt AMD seinen Fertigungsvorteil aus, weil der Hersteller mit 7- statt 14-Nanometer-­Technik deutlich mehr Speicherzellen pro Chipfläche unterbringen kann.

Enges Rennen

Bei Multithreading-Anwendungen, wozu unter anderem Rendering-Programme wie Cinebench und Blender, der Videoencoder Handbrake, das Kompilieren eines Linux-Kernels mit KCBench sowie der Gleitkomma-Benchmark Flops zählen, muss sich der Core i9-11900K fast durchweg dem Core i9-10900K geschlagen geben, weil letztererer schlichtweg zwei CPU-Kerne mehr bietet. Mit dem Achtkerner Ryzen 7 5800X liefert sich der schnellste Rocket-Lake-Chip in dieser ­Disziplin ein Kopf-an-Kopf-Rennen, wobei der AMD-Prozessor aber rund 100 Euro günstiger ist. Beim Core i5-11600K und Ryzen 5 5600X ist das Verhältnis umgekehrt. Bei fast identischer Leistung kostet die Intel-CPU 60 Euro weniger.

Zum Vergleich der Effizienz haben wir jeweils die Energiemenge in Wattstunden für das Rendering der Classroom-Szene in Blender mit dem Core i5-11600K und dem Ryzen 5 5600X gemessen. Dabei zeigt sich der immense Vorsprung AMDs in der Fertigungstechnik: So benötigte das Ryzen-Gesamtsystem für diese Aufgabe 18,3 Wh, während der PC mit dem Rocket-­Lake-Sechskerner über 50 Prozent mehr Energie schluckt (28,9 Wh).

Eine Besonderheit beim Speicherzugriff ist, dass der Speichercontroller bei allen Rocket-Lake-Prozessoren mit Ausnahme des Core i9-11900K(F) DDR4-3200-RAM nur im sogenannten Gear-2-Modus ansteuern kann. Das bedeutet, der RAM-Controller arbeitet dabei nur mit halber Taktfrequenz (800 statt 1600 MHz), wodurch sich die Latenzen verlängern. Maximaltempo im 1:1-Betrieb (Gear 1) ist DDR4-2933.

In der Praxis hängt die Speicheransteuerung aber vom Mainboard ab. Das Board Asus ROG Maximus XIII Hero in unserem Testsystem betrieb von sich aus den Core i7-11700K und den Core i5-11600K im Gear-1-Modus mit DDR4-3200. Ohne dass es dabei zu Instabilitäten kam. Testweise haben wir die beiden Betriebsarten miteinander verglichen: Performance-Einbußen gab es mit halbem Controller-Takt nur bei 3D-Spielen, die stark auf Speicherlatenzen reagieren. Die Bildrate lag im Gear-2-Modus um 5 bis 8 Prozent niedriger.

Eingeschränkt tauglich

Ein Update haben nicht nur die Rechenwerke, sondern auch die umliegende Plattform erhalten [2]. Die Rocket-Lake-CPUs stellen nun 20 PCI-Express-4.0-Lanes bereit, sodass zusätzlich zur Grafikkarte eine M.2-SSD mit vier Leitungen angebunden werden kann. Im Test mit einer Samsung SSD 980 Pro erreichten wir einen Durchsatz von 6,8 GByte/s, was dem erwarteten Wert entspricht. Auf die weiteren Funktionen der Serie-500-Chipsätze gehen wir im Mainboard-Test in einer der nächsten Ausgaben ein.

Wer einen Prozessor vom Typ Core i-11000 in einem Serie-400-Board betreiben will, muss aufpassen: Auf Mainboards mit H410- und B460-Chipsatz laufen die Rocket-Lake-CPUs trotz LGA1200-­Fassung überhaupt nicht. Für Z490- und H470-Platinen ist zunächst ein BIOS-Update notwendig. Aber selbst dann lassen sich einige neue Prozessorfunktionen der Core i-11000 wie PCI Express 4.0 und HDMI 2.0 nicht nutzen.

Fazit

Es ist selbst für erfahrene Hardware-­Redakteure erstaunlich, was Intel aus der betagten 14-Nanometer-Technik noch einmal rausgeholt hat. Hätte Intel, wie ursprünglich geplant, die Cypress/Sunny-Cove-Rechenwerke schon vor rund zwei Jahren und nicht erst jetzt gebracht, wäre es für AMD erheblich schwerer geworden. Mit den Core i-11000 kann Intel zumindest im mittleren Preissegment gleichziehen. Den High-End-Varianten der Ryzen 5000 mit mehr als acht Kernen kann Intel aber auch mit Rocket Lake nichts entgegensetzen.

Schaut man etwas genauer hin, merkt man der 11. Generation der Core-i-Prozessoren an, dass es sich um ein Plan-B-Produkt handelt. Zwar schließt Intel vor allem bei den Schnittstellen einige klaffende Lücken. Es fehlt allerdings der letzte Schliff, was sich am Gear-2-Mode der ­Speichercontroller oder beim in letzter ­Sekunde eingeführten neuen Turbo Adaptive Boost zeigt. Die günstigeren neuen Core-i-11000-CPUs für unter 350 Euro bieten derzeit trotzdem das ­bessere Preis/Leistungs-­Verhältnis als ­vergleichbare Ryzen-­5000-­Typen und sind für Allround- und Gaming-PCs eine gute Wahl. Interessenten sollten sich aber im Klaren sein, dass Rocket Lake nur ein Übergangsprodukt ist, denn noch vor dem Jahreswechsel sollen die in 10-Na­no­­meter-Technik gefertigten Nachfolger Alder Lake für die Fassung LGA1700 mit Hybrid-Architektur, doppelt so vielen Kernen sowie PCI Express 5.0 und DDR5-RAM kommen. (chh@ct.de)