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Intel-Prozessoren Core i9-13900K und i5-13600K mit noch mehr Kernen

Bei der dreizehnten Generation der Core-i-Prozessoren Raptor Lake treibt Intel die Hybridarchitektur weiter voran und verdoppelt die Zahl der Effizienzkerne. Im Duell mit dem AMD Ryzen 7000 sollen zudem höherer Takt und größere Caches helfen. Wir haben getestet, welche CPUs bei Preis, Leistung und Effizienz vorne liegen.

Von Christian Hirsch

AMD hat mit den Ryzen 7000 im heißen Hardware-Herbst 2022 vorgelegt: Feinerer Fertigungsprozess, beschleunigte Rechenwerke und höherer Takt sowie ein neuer Unterbau mit PCI Express 5.0 und DDR5-RAM. Die schnellere Schnittstelle sowie den neuen Speichertyp hatte Intel bereits im vergangenen Jahr bei den Vorgängerprozessoren Core-i-12000 Alder Lake eingeführt, weshalb sich der Chiphersteller bei den aktuellen Core i-13000 Raptor Lake darauf konzentriert hat, die Rechengeschwindigkeit weiter zu steigern.

​Beim gestaffelten Start sind die übertaktbaren K-Modelle Core i9-13900K, Core i7-13700K und Core i5-13600K zuerst an der Reihe. Sie gibt es, wie die davon abgeleiteten KF-Typen ohne GPU, ab sofort zu kaufen. Für den Test haben wir vorab von Intel die 750 Euro teure Spitzenvariante Core i9-13900K mit 24 Kernen und bis zu 5,8 GHz Takt sowie den mit 400 Euro erschwinglicheren 14-Kerner Core i5-13600K erhalten. Später folgen günstigere Prozessorvarianten, vermutlich zur IT-Messe CES kurz nach dem Jahreswechsel 2022/23.

​Mehr Cache, mehr Takt, mehr Kerne

​Intel verspricht sowohl für die Performance eines einzelnen Kerns, als auch unter Volllast auf allen Kernen Geschwindigkeitszuwächse im zweistelligen Prozentbereich. Ähnlich revolutionäre Änderungen wie im Vorjahr bei den Alder-Lake-Prozessoren gibt es jedoch nicht, als der Chiphersteller die CPU-Kerne mit mehr Ausführungseinheiten aufgebohrt hat und zu einer Hybrid-Architektur aus unterschiedlich leistungsfähigen Kernen wechselte [1].

Raptor Lake führt diesen Weg aber weiter: Der Core i9-13900K tritt mit 16 und damit doppelt so vielen Effizienzkernen (E-Cores) an wie der Vorgänger Core i9-12900K. Die Zahl der schnelleren, aber energiehungrigen Performance-Cores (P-Cores) bleibt unverändert bei acht. Weil letztere Simultaneous Multithreading können, wächst die Zahl der parallel ausgeführten Threads von 24 auf 32 und der Core i9-13900K zieht damit mit AMDs 16-Kernern Ryzen 9 5950X und 7950X gleich. Beim Core i7-13700K und Core i5-13600K mit acht beziehungsweise sechs P-Kernen aktiviert Intel lediglich acht E-Cores.

​Die P-Kerne der Core i-13000 ordnet Intel einer neuen Architektur Raptor Cove zu. Die Unterschiede zu den Golden-Cove-Vorgängern sind aber marginal. Zusätzliche Recheneinheiten oder neue Funktionen gibt es nicht. Stattdessen wächst der Level-2-Cache pro P-Kern von 1,25 auf 2 MByte. Die E-Kerne mit der schwächeren, aber sparsameren Gracemont-Architektur sitzen weiterhin jeweils zu viert in einem Cluster. Bei diesen Quartetten hat Intel den gemeinsam genutzten L2-Cache ebenfalls von 2 auf 4 MByte aufgestockt.

​Die Raptor-Cove-Kerne verwalten den L2-Cache besser als bisher. Mittels Machine-Learning-Algorithmen und Echtzeit-Telemetriedaten entscheidet die CPU abhängig von der Software, welche Daten vorab aus dem Arbeitsspeicher geladen werden. Zugleich erhöht Intel den von allen Prozessorbestandteilen genutzten Level-3-Cache auf bis zu 36 MByte und führt eine neue Caching-Strategie ein: Der Prozessor entscheidet dynamisch, ob Inhalte, die bereits im L2-Cache eines CPU-Kerns liegen, zusätzlich im L3-Cache vorgehalten werden oder nicht. Der Level-3-Cache der Core i-13000 kann also sowohl inklusiv als auch nichtinklusiv arbeiten.

​Rund zwei Drittel des Zuwachses bei der Singlethreading-Rechenleistung erzielt der Chiphersteller über den gesteigerten Takt: Die P-Kerne des Core i9-13900K arbeiten im Turbomodus mit bis zu 5,8 GHz – satte 600 MHz mehr als beim Core i9-12900K und 300 MHz mehr als beim Core i9-12900KS Special Edition. Das gelingt durch den weiter optimierten Fertigungsprozess Intel 7 (10 Nanometer). Die dritte Generation der SuperFin-Transistoren erhöht die Beweglichkeit der Ladungsträger im leitfähigen Kanal, sodass die Transistoren schneller schalten können. Angepasste Signalwege verkürzen die sogenannten Speed Paths, welche die maximale Taktfrequenz limitieren.

​Die Fertigungsverbesserungen sorgen für eine flachere Frequenz-Spannungs-Kurve. Laut Intel benötigen die Core i-13000-Prozessoren bei einem Takt von 5,2 GHz rund 50 Millivolt weniger Kernspannung als die Core i-12000. Alternativ schaffen die Raptor Lakes bei gleicher Spannung einen um 200 MHz höheren Takt. Bei den Desktop-Prozessoren setzt Intel diesen Gewinn ausschließlich in Takt um, wohl um die AMD Ryzen 7000 kontern zu können. Bei den noch für dieses Jahr versprochenen ersten Mobilchips soll der Fokus stattdessen mehr auf Sparsamkeit liegen.

​Schnelleres DDR5-RAM

​Der Speichercontroller der Core i-13000 arbeitet ebenfalls schneller als bisher. Offiziell unterstützt Raptor Lake DDR5-5600 statt DDR5-4800. Das gilt allerdings nur für ein DIMM pro Kanal. Bei Vollbestückung mit je zwei Modulen pro Kanal garantiert der Chiphersteller DDR5-4400. Per Overclocking sind aber auch höhere Geschwindigkeiten möglich. Den DDR4-Teil hat Intel nicht angetastet, hier bleibt es bei DDR4-3200. ​LGA1700-Prozessoren können zwar beide Speichertypen ansteuern, beim Mainboard gilt aber nur „entweder … oder“. Derzeit beträgt der Aufpreis für DDR5-RAM im Vergleich zu DDR4 etwa 50 Prozent.

​Auch die Kommunikation innerhalb des Prozessors erfolgt nun schneller. Der Ringbus, den Intel auch als Compute Fabric bezeichnet, verknüpft alle CPU-Bestandteile, darunter Kerne, GPU, I/O-Blöcke und die Videoeinheiten. In der Taktdomäne des Compute Fabrics liegt auch der L3-Cache. Diese läuft nun mit bis zu 5,0 GHz – 900 MHz mehr als bisher.

​Wegen der zusätzlichen Transistoren für die hinzugekommenen E-Kerne und den größeren Caches wächst die Fläche des Halbleiter-Die von rund 209 auf 257 Quadratmillimeter. Das entspricht einem Plus von 20 Prozent. Im Unterschied zu den Ryzen 7000 verwendet Intel weiterhin ein monolithisches Halbleiter-Die. Ein modularer Aufbau wie bei AMD soll erst in der nächsten Generation „Meteor Lake“ kommen, die aus vier sogenannten Tiles (Chiplets) besteht.

​Ein bisschen mehr PCIe und USB

​Die Neuerungen bei der Plattform halten sich in Grenzen. Es kommt die gleiche Fassung LGA1700 wie bei den Alder-Lake-CPUs zum Einsatz. Die Core i-13000 laufen deshalb sowohl auf den parallel vorgestellten Z790- als auch nach einem BIOS-Update auf bisherigen Serie-600-Boards.

​ Z790- und Z690-Chipsatz unterscheiden sich lediglich bei PCI Express und USB. Von den jeweils 28 PCIe-Lanes arbeiten nun 20 im PCIe-4.0- und 8 im PCIe-3.0-Modus. Bisher war die Verteilung 12 × PCIe 4.0 und 16 × 3.0. Der Prozessor selbst stellt 16 PCIe-5.0-Lanes für die Grafikkarte und 4 PCIe-4.0-Leitungen für eine M.2-SSD bereit. Zwischen CPU und Chipsatz fließen die Daten über acht DMI-4.0-Lanes.

​Die Zahl der USB-3.x-Leitungen bleibt unverändert bei zehn. Statt bisher acht können die Board-Hersteller nun jedoch alle zehn paarweise zu fünf USB-3.2-Gen-2x2-Ports mit 20 Gbit/s zusammenfassen, auch wenn in der Praxis wohl kein Board so konfiguriert wird.

​Enger Zweikampf mit Ryzen 7000

​Laut Intel sollen die Verbesserungen bei Takt, Cache und Speicher-Controller die Singlethreading-Performance beim Core i9-13900K um 15 Prozent steigern. Zusammen mit den zusätzlichen E-Cores verspricht der Hersteller eine um 41 Prozent höhere Leistung als beim Vorgänger Core i9-12900K. In der Tat überrascht die 13. Core-i-Generation mit deutlichen Geschwindigkeitszuwächsen, obwohl es an der Architektur und am Fertigungsprozess nur kleine Verbesserungen gab.

​In der Multithreading-Wertung des Rendering-Benchmarks Cinebench R23 zieht der 8P+16E-Kerner Core i9-13900K mit dem 16-Kerner Ryzen 9 7950X gleich. Beide schaffen über 38.000 Punkte, wobei der AMD-Prozessor knapp die Nase vorn hat. Im Vergleich zum Core i9-12900K, der acht Effizienz-Kerne weniger hat, rechnet das neue Intel Spitzenmodell 37 Prozent schneller.

​Dieses Performance-Plus macht sich auch in anderen Anwendungen bemerkbar, die von vielen Kernen profitieren. Fürs Kompilieren des Linux-Kernels benötigen Core i9 und der Ryzen 9 jeweils 39 Sekunden. Das sind 20 Sekunden weniger als beim Vorgänger, der in dieser Disziplin sogar fast vom Core i5-13600K mit zwei Performancekernen weniger eingeholt wird.

In Anwendungen offenbaren sich hingegen Unterschiede. Die Classroom-Szene rendert der Ryzen 9 7950X in Blender 15 Prozent schneller. Vermutlich liegt das an der Architektur: Die AMD-CPU hat 16 Zen-4-Kerne, die pro Taktzyklus jeweils zwei 256-bittige FMA-Befehle durchschieben können [2]. Beim Core i9-13900K können dies nur die acht starken Raptor-Cove-Kerne, während die 16 auf Effizienz getrimmten Gracemont-Cores nur einen Befehl pro Takt abarbeiten und 1,5 GHz niedriger takten.

​Beim Videokodieren kehrt sich das Bild um: In Handbrake holt der Core i9-13900K einen Vorsprung von 23 Prozent zum Ryzen 9 7950X und 15 Prozent zum Core i9-12900K heraus. Hier macht sich der große L2-Cache der Core i-13000 und der im Vergleich zu Zen 4 höhere Speichertakt (DDR5-5600 zu DDR5-5200) bezahlt.

​Zweiter Sieger bei Spielen

​Nutzt eine Anwendung nur einen Kern, kann sich die Raptor-Lake-CPU dank der bis zu 5,8 GHz schnellen Performancekerne absetzen. Mit 2166 Punkten im Cinebench R23 setzt der Core i9-13900K eine neue Bestmarke und ist fünf Prozent schneller als der Ryzen 9 7950X. Beim Office-Benchmark Sysmark 25 verpufft dieser Zuwachs aber völlig. Stattdessen schneiden beide Core-i-13000-CPUs sogar schlechter ab als die jeweiligen Vorgänger und die Ryzen 7000 ziehen vorbei.

​Das betrifft vor allem die Sysmark-Teilwertungen für Productivity und Responsiveness, die Textverarbeitung, Tabellenkalkulation, das Erstellen von Präsentationen mit Microsoft Office sowie Dateioperationen und Programmstarts umfassen. Testweise haben wir die E-Kerne deaktiviert, wodurch sich das Ergebnis um fünf Prozent verbesserte. Hier scheint es auch mit dem aktuellen Windows 11 22H2 Probleme mit dem Windows-Scheduler zu geben.

​Dass es bei 3D-Spielen für Intels 13. Core-i-Generation schwer wird, hat Intel bei der Produktpräsentation selbst eingestehen müssen. In der Präsentation lag der Ryzen 7 5800X3D, noch mit Zen-3-Technik aber extragroßem Level-3-Cache, bei manchen Titeln gleichauf oder vorne. Bei Shadow of the Tomb Raider mit einer Radeon RX 6900 XT kann sich der Core i9-13900K nicht einmal gegen den Achtkerner Ryzen 7 7700X behaupten. Gegenüber AMDs Topmodell fällt die Bildrate um rund sechs Prozent geringer aus. Hier macht sich unter anderem der mit 64 MByte fast doppelt so große L3-Cache des Ryzen-Prozessors bemerkbar.

​Wohl als vorauseilende Reaktion hat Intel für den Jahreswechsel den noch schnelleren, aber auf kleine Stückzahlen limitierten Core i9-13900KS Special Edition angekündigt, bei dem der Chiphersteller den Turbotakt auf 6 GHz prügelt. AMD hat seinerseits mit den 2023 geplanten Ryzen 7000X3D einen Konter parat.

Für die integrierte GPU der Raptor-Lake-Prozessoren verwendet Intel die UHD-770-Grafik der Vorläufer unverändert weiter. Lediglich die Taktfrequenz klettert geringfügig von 1,55 auf 1,65 GHz. Im 3DMark Firestrike ergibt das 2800 statt 2645 Punkte. Aber auch damit ist sie viel zu lahm für 3D-Spiele. Die GPU entlastet die CPU-Kerne bei zahlreichen Videoformaten wie VP9 und AV1 und kann vier Displays gleichzeitig ansteuern. Allerdings bietet nur ein knappes Dutzend Boards so viele Anschlüsse.

​Das Preis-Leistungs-Duell gegen den Ryzen 9 7950X entscheidet der Core i9-13900K klar für sich, weil die AMD-CPU bei Redaktionsschluss 100 Euro mehr kostete. Noch klarer sieht es beim 6P+8E-Kerner Core i5-13600K aus. Die 400-Euro-CPU muss sich im Sysmark und in Spielen zwar ebenfalls den Ryzen 7000 geschlagen geben, in allen anderen Anwendungen lässt er jedoch den 80 Euro teureren Achtkerner Ryzen 7 7700X hinter sich.

​Berücksichtigt man die Gesamtkosten des Systems, schwingt das Pendel momentan noch stärker in Richtung Intel, denn bei Ryzen 7000 sind für das preiswerteste AM5-Mainboard mindestens 200 Euro fällig und im Unterschied zur LGA1700-Plattform ist bei AMD das 50 Prozent teurere DDR5-RAM Pflicht.

​Noch höheres Power-Limit

​Bei der Leistungsaufnahme bewegen sich beide CPU-Hersteller in die falsche Richtung. Nachdem AMD bei den Ryzen 7000 das Maximum von 142 auf 230 Watt hochdrehte, zieht Intel nach und spezifiziert den Core i9-13900K mit einem Power-Limit von 253 Watt. Beim Core i9-12900K war noch bei 241 Watt Schluss. Die 253 Watt darf der Raptor-Lake-Prozessor dauerhaft schlucken, auch wenn es nur wenige Luftkühler gibt, die solch eine Wärmemenge im Zaum halten. Der Core i9-13600K tritt im Vergleich dazu mit fast annehmbaren 181 Watt an, sein Vorgänger riegelte noch bei 150 Watt ab.

​In der Effizienz führt der Ryzen 9 7950X mit 126 Cinebench-Punkten pro Watt. Die Core i-13000-CPUs benötigen vermutlich wegen des gröberen Fertigungsprozesses rund 18 Prozent mehr Energie für die gleiche Performance. Eine generelle Einordnung ist jedoch schwierig, denn die Effizienz hängt zum Großteil von der TDP-Klasse ab. Beispielsweise schneidet der Sechskerner Ryzen 7 7600X mit seinem großem thermischen Budget von 142 Watt Power-Limit wesentlich schlechter ab als die anderen Ryzen 7000.

​Testweise haben wir den Core i9-13900K mit 181 Watt betrieben, wodurch er im Rendering-Benchmark Cinebench lediglich 8 Prozent Leistung verliert. Mit seiner Processor Base Power von 125 Watt, also halbem Energiebudget, rechnet er 21 Prozent langsamer. Das zeigt, dass die Hersteller ihre CPUs weit außerhalb des rationalen Bereichs der Frequenz-Spannungs-Kurve betreiben, nur um möglichst lange Benchmark-Balken im Zweikampf zu erzielen.

​Fazit

​Es ist überraschend, wie viel zusätzliche Performance Intel aus den Raptor-Lake-Prozessoren allein durch Detailverbesserungen herausholt. Im Spitzenduell des Core i9-13900K gegen den Ryzen 7 7950X gibt es keinen klaren Sieger. Bei der Leistungsaufnahme übertreiben es aber beide Hersteller. Der Käufer steht hier nach dem Marketing nur an zweiter Stelle, denn die hohen Power-Limits treiben die Kosten der gesamten Plattform nach oben, weil stärkere Netzteile, größere Kühler und teurere Mainboards nötig sind. Der erschwinglichere Core i5-13600K zeigt hingegen mit seinem attraktiven Preis-Leistungs-Verhältnis, wie es besser geht. Deshalb lautet unser Rat, auf die günstigeren Core-i-13000-Varianten zu warten, die sich obendrein leichter kühlen lassen. (chh@ct.de)