Test: Pentium M im Desktop-PC

von Thomas Hübner

Vorwort

Ist die Heizung an, oder ist das mein Prozessor? Die jüngsten Entwicklungen bei den Spitzen-Prozessoren haben eine unangenehme Richtung eingeschlagen. Zwar werden die CPUs immer schneller, einhergehend damit steigt jedoch auch ihr Stromverbrauch. Insbesondere Intels Hitzkopf „Prescott“ machte hier durch seine Leistungsaufnahme und Wärmeentwicklung Schlagzeilen; und auch wenn solch' eine zentrale Recheneinheit in der kalten Jahreszeit nicht mehr nur sprichwörtlich massiv zur Senkung der Heizkosten beitragen kann, ist sie in der Hitze des Sommers doch Quell vieler Probleme.

Die ungewünschten Nebeneffekte auf der jährliche Energieabrechnung mit einem Verbrauch von ca. 0,1 kW in der Stunde - die allein auf das Konto des Prozessors gehen, d.h. ohne die Berücksichtigung der anderen Systemkomponenten - seien an dieser Stelle ebenso beileufig erwähnt wie die Auswirkungen auf unsere Umwelt.

Als heiliger Gral und Lösung aller Probleme der Computer-Fans wird an dieser Stelle nicht all zu selten der Intel Pentium M ins Feld geführt, der im Rahmen der Centrino Mobiltechnologie für viel Performance bei einem äußerst geringen Energieverbrauch steht. Schnell machte sich der Mythos breit, dass der auf der Pentium 3-Architektur (P6) basierende Prozessor alles viel besser und eigentlich auch schneller kann, als die jüngsten Inkarnationen der Pentium 4-Architektur (Netburst).

Aufgrund des beim Pentium M zum Einsatz kommenden Sockel 479 und einer komplett anderen Signalspannungen konnte sich dieser lange Zeit dem direkten Desktop-Schlagabtausch entziehen. Aber was ist dran, an Aussagen wie dieser?

Wir können es testen, denn das Warten hat endlich ein Ende! Mit einem neuen Mainboard möchte AOpen den Markt aufmischen und allen Pentium M-Fans die Basis für ein Desktop-System abseits vom heißblütigen Pentium 4 zur Verfügung stellen. Das gute Stück hört auf die Bezeichnung i855GMEm-LFS, ist mit Intels i855GME-Chipsatz bestückt und soll für ca. 250 Euro den Besitzer wechseln.

Zusammen mit diesem Mainboard und dem passenden Pentium M-Prozessor soll auf den folgenden Seiten nun die Frage geklärt werden, welche Daseinsberechtigung dieser Notebook-Prozessor in Desktop-Systemen hat und wie viel am Mythos des „Überprozessors“ dran ist. Pentium M - der heilige Gral der Prozessoren?

Lesezeichen

Da es möglich ist, dass in diesem Artikel auf bestehendes Wissen aus älteren Prozessortests zurückgegriffen wird, ist es für alle, die etwas „mehr“ wissen möchten, keinesfalls verkehrt, auch einen Blick in unsere älteren Berichte (Ausschnitt) zu werfen.

• Athlon 64 FX-55 und 4000+ [1]
• Intels Zukunfts-Plattform im Sockel 775 [2]
• AMD Athlon 64 3500+ und 3800+ [3]
• AMD Athlon 64 FX-53 mit Sockel 939 [4]
• Intel Pentium 4 3,40E GHz "Prescott" [5]
• AMD Athlon 64 FX-53 mit 2,4 GHz [6]
• Intel Pentium 4 3,40 GHz "Northwood" [7]
• Intel Pentium 4 3,20E "Prescott" [8]
• AMD Athlon 64 3400+ [9]
• AMD Athlon 64 3000+ [10]
• Intel Pentium 4 Extreme Edition mit 2 MB Cache [11]
• Athlon 64 FX-51 und Athlon 64 3200+ [12]
• Intel Pentium 4 mit 3,2 GHz und HyperThreading [13]
• Intel Pentium 4 2,40C GHz schlägt Athlon XP 2800+ [14]

Als ganz besonderen Artikel möchten wir außerdem unseren Blick auf den „Energieverbrauch aktueller Prozessoren [15]“ jedem ans Herz legen, für den auch die Stromrechnung beim Kauf eines neuen Systems eine Rolle spielt. Auf den Energiebedarf der neuen Prozessoren werden wir im Rahmen dieses Artikels eingehen.

Details zum Pentium M

Bevor es im Folgenden nahezu ausschließlich um die Leistung des Pentium M im Desktop-Einsatz gehen wird, gilt es zuvor, einige grundlegende Features des Pentium M-Prozessors und der verfügbaren Chipsätze zu klären. Woher kommt die Performance, wo sind die Grenzen und warum sprach sich Intel grundsätzlich gegen den Desktop-Einsatz aus?

Die grundlegenden Spezifikationen sind schnell zusammengetragen und finden sich in der folgenden Tabelle wieder.

Die Prozessoren im Überblick

Merkmale	Pentium M	Pentium 4	Pentium 4 Extreme Edition	Athlon XP	Athlon 64 (FX)
Logo
Kern	Dothan	Prescott	Northwood 2M (Gallatin)	Thoroughbred Barton	Clawhammer Clawhammer-512 Newcastle
Frontside-Bus	400 MHz QDR	533 MHz QDR 800 MHz QDR	800 MHz QDR	266 MHz DDR 333 MHz DDR 400 MHz DDR	entfällt (externe Anbindung über HyperTransport)
Fertigung	90 nm	90 nm	0,13 µm	0,13 µm	0,13 µm SOI
Sockel	Sockel 479	Sockel 478 Sockel 775	Sockel 478 Sockel 775	Sockel A	Sockel 754 Sockel 940 (FX) Sockel 939
Taktrate oder Modellnummer	400 MHz QDR 765 (2,10 GHz) 755 (2,00 GHz) 745 (1,80 GHz) 735 (1,70 GHz) 725 (1,60 GHz) 715 (1,50 GHz)	533 MHz (S478) 2400 MHz A 2800 MHz A 800 MHz (S478) 2800 MHz E HT+ 3000 MHz E HT+ 3200 MHz E HT+ 3400 MHz E HT+ 800 MHz (S775) 520 HT+ 530 HT+ 540 HT+ 550 HT+ 560 HT+ HT+: Verbessertes Hyper-Threading	800 MHz (S478) 3200 MHz HT 3400 MHz HT 800 MHz (S775) 3400 MHz HT 1066 MHz (S775) 3466 MHz HT HT: Hyper- Threading	266 MHz DDR 1800+ 1900+ 2000+ 2100+ 2200+ 2400+ 2600+ 333 MHz DDR 2600+ 2700+ 2800+ 333 MHz DDR 2500+ 2600+ 2800+ 3000+ 400 MHz DDR 3000+ 3200+	Athlon 64 (S754): 2800+* 3000+* 3200+ 3400+ 3700+ Athlon 64 (S940): FX-51 FX-53 Athlon 64 (S939) 3500+** 3800+** 4000+ FX-53 FX-55 * 512 kB L2-Cache ** 512 kB L2-Cache und ausschl. Newcastle
Transistoren	140 Mio.	125 Mio.	169 Mio.	37,5 Mio. (Tho.) 54,3 Mio. (Bar.)	68.5 Mio. (NewC.) 105.9 Mio.
DIE-Size	83,6 mm²	112 mm²	240 mm² (nM0)	80 mm² ("Tho A") 84 mm² ("Tho B") 101 mm² (Bar.)	144 mm² (NewC.) 193 mm²
L1-Execution-Cache	32 kB	12.000 µ-Ops	12.000 µ-Ops	64 kB	64 kB
L1-Daten-Cache	32 kB	16 kB	8 kB	64 kB	64 kB
L1-Takt	CPU-Takt	CPU-Takt	CPU-Takt	CPU-Takt	CPU-Takt
L2-Cache	2048kB	1024kB	512kB	256kB (Tho.) 512kB (Bar.)	512kB 1024kB
L2-Anbindung	256 Bit	256 Bit	256 Bit	64 Bit	128 Bit
L2-Cache-Takt	CPU-Takt	CPU-Takt	CPU-Takt	CPU-Takt	CPU-Takt
L2-Modus	L1 inclusive	L1 inclusive	L1 inclusive	L1 exclusive	L1 exclusive
L3-Cache	-	-	2048kB	-	-
L3-Cache-Takt	-	-	CPU-Takt	-	-
L3-Modus	-	-	L2 inclusive	-	-
HW Data Prefetching	Ja	Ja	Ja	Ja	Ja
VCore (Je nach Modell)	1,356V 1,340 1,324 1,308 1,276	1,250V 1,275V 1,300V 1,325V 1,350V 1,375V 1,400V	1,475V 1,500V 1,525V 1,550V 1,575V 1,600V	1,50V 1,60V 1,65V	1,50V
Befehlssätze	MMX SSE SSE2	MMX SSE SSE2 SSE3	MMX SSE SSE2	MMX 3DNow! 3DNow!+ SSE	MMX 3DNow! 3DNow!+ SSE SSE2 AMD64
Temperatur Diode	Ja	Ja	Ja	Ja	Ja
Energiesparfunktion	Enhanced SpeedStep	-	-	-	Cool'n'Quiet
NX-Bit (Win XP SP2)	-	Ab E-0-Step	-	-	Ja
Multiprozessor-fähig	Nein	Nein	Nein	Nein	Nein
CPU-Architektur	unbekannt	31-stufige Pipeline	20-stufige Pipeline	15-stufige (FPU) 10-stufige (ALU) Pipeline	17-stufige (FPU) 12-stufige (ALU) Pipeline

Was ist der Pentium M? Die offizielle Antwort ist klar, eindeutig und eingehend: „Der Pentium M-Prozessor ist eine wichtige Komponente der Centrino Mobiltechnologie. Er basiert auf einer speziell für die mobile Computernutzung entwickelten Architektur.“ Tatsächlich basiert er zu großen Teilen auf der P6-Architektur des Pentium III, die um spezielle Features des Pentium 4 und Stromsparfunktionen erweitert wurde. Die Entwicklungsprioritäten liefen unter der Prämisse „bestmögliche Leistung bei gegebener Leistungsaufnahme“. Insofern unterscheidet sich der Pentium M also grundlegend von bisherigen Ansätzen, bei denen einfach ein Desktop-Prozessor - der Entwickelt wurde, um bei gegebener Leistung eine möglicht geringe Leistungsaufnahme zu bieten - um Stromsparfunktionen ergänzt und als Mobil-Modell vermarktet wurde. Der Pentium M ist komplett neu und komplett anders.

Details zum Pentium M (Fortsetzung)

Der Pentium M der ersten Generation wurde unter dem Codenamen „Banias“ entwickelt und wurde schon Mitte März 2003 vorgestellt. Der „Banias“ war ein in 0,13 µm gefertigter Prozessor mit 77 Mio. Transistoren und einem 1 MB großen L2-Cache. Die derzeit aktuelle Version trägt den Codenamen „Dothan“. Dieses Modell ist seit Mai dieses Jahres im Handel. Er wird im 90-nm-Fertigungsprozess hergestellt, der auch beim Pentium 4 „Prescott“ zum Einsatz kommt und aufgrund seiner hohen Leistungsaufnahme nach wie vor für Negativschlagzeilen sorgt. Wer mehr über den P1262-getauften Prozess erfahren möchte, wird in unserem sehr ausführlichen Artikel zur Vorstellung des „Prescott“ [16] fündig werden.

Intels Pentium M-Serie (ohne Low- und Ultra-Low-Voltage Modelle)

Modell	Intel Pentium M (Banias)	Intel Celeron M (Banias)	Intel Pentium M (Dothan)	Intel Celeron M (Dothan)
Logo
Sockel	479	479	479	479
Taktfrequenz	1,30 - 1,7 GHz	1,20 - 1,50 GHz	1,5 - 2,0 GHz	1,3 - 1,4 GHz
Frontside-Bus	400 MHz	400 MHz	400 MHz	400 MHz
Fertigungsprozess	130 nm	130 nm	90 nm	90 nm
Transistoren	77 Millionen	77 Millionen*	140 Millionen	140 Millionen*
CPU-Kern	Banias	Banias	Dothan	Dothan
DIE-Größe	82,8 mm²	82,8 mm²*	83,6 mm²	83,6 mm²*
L1-Cache	2 x 32 KB	2 x 32 KB	2 x 32 KB	2 x 32 KB
L2-Cache	1 MB	512 KB	2 MB	1 MB
VCore	1,388 - 1,484 Volt	1,356 Volt	1,276 - 1,340 Volt	1,260 Volt
SpeedStep	Ja	Nein	Ja	Nein
* Nicht komplett genutzt, da teilweise deaktiviert

Der „Dothan“ ist voll zum „Banias“ kompatibel. Er verfügt über einen mit 2 MB doppelt so großen Cache und kann in den Tiefen seiner Architektur mit kleinen Verbesserungen aufwarten. Mit seinen 140 Mio. Transistoren verdoppelt er fast die des ersten Centrino-Prozessors. Durch die feineren Fertigungsstrukturen, die Intel beim „Dothan“ einsetzt, konnte jedoch die Chipgröße insgesamt konstant gehalten werden. Der Neue misst 83,6 mm², der Vorgänger war mit 82,8 mm² nur unerheblich kleiner. Trotz des deutlich größeren L2-Cache, der gestiegenen Anzahl an Transistoren und höherer Taktfrequenz soll der neue Prozessor weniger Strom verbrauchen als der alte „Banias“. 21 Watt stehen für das 2 GHz-Modell vom „Dothan“ auf dem Papier, beim höchstgetakteten „Banias“ mit 1,7 GHz waren es noch 24,5 Watt. Trotzt weniger Verlustleistung werden, so sagt es selbst Intel, die Akkulaufzeiten der „Banias“-Notebooks bei gleicher Taktung jedoch um wenige Minuten unterschritten. Auf dieses Phänomen werden wir im Rahmen der Betrachtung der Leistungsaufnahme zusammen mit der vom Prozessor unterstützen Enhanced SpeedStep-Technologie näher eingehen.

Mit Micro-Operation Fusion beherrscht der Pentium M ein Feature, welches sowohl dem Pentium 4 als auch dem Pentium III fremd ist. Dank dieser Funktion ist die CPU in der Lage, bestimmte Operationen zu „fusionieren“, d.h. diese eigentlich als getrennt vorgesehenen Instruktionen gemeinsam auszuführen. Micro-ops Fusion kann derzeit auf „Store address“ und „Store data“ bei Integer, Gleitkomma (Floating Point), MMX, SSE und SSE2-Operationen angewendet werden. Selbiges ist ebenfalls mit „Load“-Micro-ops (mit Ausnahme von SSE und SSE2) möglich.

Darüber hinaus bietet der Pentium M einen verbesserte Branch Prediction, ein dediziertes Stack Management und im Falle des Dothans einen verbesserten Register Access Manager und verbessertes Data-Prefetching. An dieser Stelle möchten wir darauf jedoch nicht weiter eingehen.

Die Pipeline des Pentium M

Eine starke Ausprägung der zugrundeliegenden Prozessorarchitektur ist klassischerweise die Länge der Pipeline. Bei der Pentium 4 Netburst-Architektur, die beim Pentium 4 „Northwood“ auf 20 Pipeline-Stages kommt und beim „Prescott“ auf 31 Stufen verlängert wurde, hat man sich dafür entschieden, die beim Prozessor eingehende Arbeit in möglichst vielen Schritten abzuarbeiten. Jede „Rechenstation“ fällt dadurch weniger komplex aus, konsumiert weniger Leistung und kann in Folge dessen auch höher getaktet werden. Da pro Takt nur eine Station angelaufen wird, bedarf es zum Abarbeiten eines einzigen Befehls aber auch mehr Takte.

Demgegenüber kann der Pentium III „nur“ mit einer 10-stufigen Pipeline aufwarten, die, um das Gleiche zu leisten, allerdings nur halb bzw. ein drittel so schnell betrieben werden muss, um einen Befehl abzuarbeiten. Auf der anderen Seite fällt dadurch jede Pipeline-Stufe so kompliziert aus, dass sie nicht in die Taktregionen von Netburst vorstoßen kann.

Über die Länge der Pentium M-Pipeline - die sich beim Wechseln vom Banias zum Dothan nicht verändert hat - schweigt sich Intel anderthalb Jahre nach der Vorstellung des Pentium M noch immer aus. Offiziell wird nur bestätigt, dass die Pipeline länger als die des Pentium III und kürzer als die des Pentium 4 ist. Irgendwo zwischen 10 und 20 - aufgrund der erbrachten Leistung wohl eher näher an den 10 - liegt die Wahrheit.

Sockel 479 und Quad Pumped Bus

Ein Thema für sich ist sicherlich der beim Pentium M zum Einsatz kommende Sockel 479 und der vom Pentium 4 adaptierte Quad-Pumped-Frontside-Bus, bei dem pro Takt vier Datenpakete übertragen werden können. Beim Pentium 4 wird dieser mit einer Spannung von 1,20 Volt betrieben; beim Pentium M wurde diese Spannung auf 1,05 Volt herab gesenkt. Wie den Datenblättern zu entnehmen ist, darf die Bus-Spannung im Grenzfall bis zu 1,105 Volt betragen. Des Weiteren wurden beim Mobile-Prozessor vier Datenleitungen für die Speicheradressierung eingespart. Während alle Mitglieder der P6- und NetBurst-Familie im Physical-Address-Extention-(PAE-)Modus dank 36 Adressleitungen insgesamt 64 GB-Speicher adressieren können, sind beim Pentium M nicht mehr als 4 GB möglich. Auch der Dual-Prozessor-Support des Busses, von dem Beispielsweise Intels Xeon-Prozessoren Gebrauch machen, ist beim Pentium M-Bus nicht anzutreffen. Neu dagegen sind einige Feature [17], die einen Beitrag zum Stromsparen leisten sollen.

Der Frontside-Bus wird aktuell mit einem Takt von 100 MHz betrieben. Dies entspricht einem effektiven Takt von 400 MHz, der bei einer Datenbusbreite von 64 Bit theoretisch 3,2 GB/s übertragen kann. Anfang 2005 ist mit der Sonoma-Plattform [18], basierend auf dem Alivso-Chipsatz, der wiederum auf der aktuellen i915-Chipsatzfamilie beruht, die Beschleunigung auf 533 MHz geplant. Bei den Desktop-Prozessoren sind derzeit 800 MHz und 1066 MHz vertreten.

Auch wenn der Sockel 479 aufgrund des Namens nahe Verwandtschaft zum entsprechenden Sockel 478 des Pentium 4 zu haben scheint, ist das Pin-Layout des Pentium M doch ein völlig anderes. Pin-Übereinstimmungen gibt es kaum, wie jeder auf Seite 45 und 47 der entsprechenden Datasheets leicht nachprüfen kann. Der mechanische Einsatz des Pentium M im Sockel 478 durch Abbrechen eines Pins ist also nur einmal möglich - und der Prozessor (wenn nicht auch das Mainboard) ist anschließend schrottreif.

Eine Frage des Caches?

Da wir im Rahmen der Vorstellung der allerneuesten Pentium 4 Extreme Edition bereits die Bedeutung des Caches bei modernen Rechnerarchitekturen angesprochen haben, soll an dieser Stelle etwas tiefer in die Problematik eingetaucht werden. Die Frage, die sich stellt, ist: Was zeichnet Intels aktuelle Prozessoren beim L1- und L2-Cache aus?

Eigenschaften des L1-Caches

		Pentium III	Pentium 4 Northwood	Pentium 4 Prescott	Pentium M Banias	Pentium M Dothan
Logo
Größe
	Instruktionen	16 kB	12K µOps	12K µOps	32 kB	32 kB
	Daten	16 kB	8 kB	16 kB	32 kB	32 kB
Assoziativität
	Instruktionen	4-fach	8-fach	8-fach	8-fach	8-fach
	Daten	4-fach	4-fach	8-fach	8-fach	8-fach
Cache Line Size
	Instruktionen	32 Bytes	NA	NA	64 Bytes	64 Bytes
	Daten	32 Bytes	64 Bytes	64 Bytes	64 Bytes	64 Bytes
Schreibpolitik		Write Back	Write Through	Write Through	Write Back	Write Back
Latenz (Takte)		3	2 (Int) 9 (Float)	4 (Int) 12 (Float)	3	3

Auch wenn der Pentium M viel vom Pentium III geerbt haben mag, so ist doch offensichtlich, dass Intel beim Pentium M die Gelegenheit nutzte, um den L1-Cache deutlich auszubauen, ohne dabei die Latenzzeiten (wie beim Pentium 4 Prescott) in die Höhe schnellen zu lassen. Der Cache beim Pentium M ist in acht 4 kB große Blöcke eingeteilt (8-fach assoziativ) eingeteilt.

Eigenschaften des L2-Caches

		Pentium III	Pentium 4 Northwood	Pentium 4 Prescott	Pentium M Banias	Pentium M Dothan
Größe		bis 512 kB	512 kB	1024 kB	1024 kB	2048 kB
Assoziativität		8-fach	8-fach	8-fach	8-fach	8-fach
Cache Line Size		32 Bytes	64 Bytes	64 Bytes	64 Bytes	64 Bytes
Schreibpolitik		Write Back	Write Back	Write Back	Write Back	Write Back
Latenz (Takte)		8	7	18	9	9
Anbindung		256 bit	256 bit	256 bit	256 bit	256 bit

Beim L2-Cache, welcher inzwischen den größten Teil der Chipfläche ausmacht, ergeben sich große Ähnlichkeiten zum Pentium 4, wenngleich die Latenzzeiten auch beim Dothan auf dem Niveau gehalten werden konnten. Die Größe des Caches trägt maßgeblich zum Stromverbrauch des Prozessors bei und so musste sich Intel beim Pentium M etwas besonderes einfallen lassen. Der Cache beim Banias ist in acht 128-kB- und beim Dothan in 256-kB-Blöcke eingeteilt. Jeder Block ist in vier Quadranten eingeteilt, so dass, wenn Daten aus dem Cache gelesen werden, nur 32 kB bzw. 64 kB aktiviert und mit Strom versorgt werden müssen.

Ja wo ist denn die Leistungsaufnahme

Das Interesse an unserem Report „Energieverbrauch aktueller Prozessoren [19]“ und der Kolumne „Übertakten und die Stromrechnung [20]“ hat uns gezeigt, dass in Deutschland ganz klar ein Gewissen für die Umwelt (zumindest indirekt über den eigenen Geldbeutel) vorhanden ist. Werfen wir nachfolgend einen Blick auf die Verlustleistung der Prozessoren der letzten Jahre.

Wie es sich für einen ordentlichen Notebook-Prozessor gehört, unterstützt der Pentium M mit Intels Enhanced SpeedStep selbstverständlich eine Technologie, die aktiv zur Senkung des Stromverbrauchs beiträgt. Als Weiterentwicklung zur SpeedStep-Technologie kann der Prozessor bei Enhanced SpeedStep zum Stromsparen bei verschiedenen Taktraten und Spannungen betrieben werden.

In 200 MHz-Sprüngen kann beispielsweise der Pentium M 755 seinen Prozessortakt ausgehend von 2,0 GHz und 1,340 Volt auf 600 MHz und 0,988 Volt herabsenken. Dabei sinkt die Leistungsaufnahme von 21 Watt auf 7,5 Watt.

Die Thermal Design Power des Banias wird bei Volllast mit 24,5 Watt bei 1,484 Volt angegeben. Dennoch hat Intel von Anfang an bestätigt, dass die Laufzeit mit dem Pentium M der zweiten Generation leicht unter der der ersten Variante liegen wird. Der Verbrauch im niedrigsten SpeedStep-State gibt die Erklärung: Der Banias verbraucht hier mit 6 Watt bei 0,956 Volt etwas weniger als der Dothan. Selbstverständlich können die ebenfalls verfügbaren (Ultra)-Low-Voltage Pentium-M-Prozessoren diese Charakteristika noch unterbieten.

Als Standby-Modi stehen „Sleep“, „Deep Sleep“ und „Deeper Sleep“ zur Auswahl. Hierbei gilt: Je tiefer der Schlaf, desto niedriger der Prozessortakt und die anliegende Spannung. Im „Deeper Sleep“ kann der Verbrauch dadurch auf 0,55 Watt (Banias) bzw. 0,8 Watt (Dothan) sinken.

Allgemein wird aufgrund dieser Zahlen deutlich, dass der in 90 nm gefertigte Dothan beim Nichtstun gerne etwas mehr zu langt als der Banias und in Folge dessen beim Office-Einsatz des Notebooks stärker an der Batterie nagt.

Unter den aktuellen Desktop-Prozessoren kann in Sachen Leistung/Stromverbrauch aktuell nur AMDs Athlon 64-Familie mit dem ebenfalls in 90 nm produzierten Winchester-Kern mithalten. Bei Volllast verschlingt dieser 67 Watt; im niedrigsten Stromsparmodus (Stichwort: Cool“n“Quiet) sind nur noch 20 Watt fällig.

Details zum 855GME

Die Northbridge 855GME ist als Nachfolger des 855GM bereits die zweite Version für Intels Centrino-Chipsatz mit integrierter Grafik und wird durch die Southbridge ICH4-M komplettiert. Verglichen mit Intels neuesten Desktop-Chipsätzen sehen die Features leider recht altbacken aus, was allerdings nicht weiter verwunderlich ist, bedenkt man die verschiedenen Entwicklungsstufen, die es für den Desktop-Markt mittlerweile gab. Erst mit dem erscheinen der Sonoma-Plattform [17] Anfang 2005 werden aktuelle Technologien wie DDR2 [21], PCI Express [22] und S-ATA auch in Centrino-Notebooks Einzug halten.

Als Speicher kommen bis zu zwei GB DDR333-Speicher im Single-Channel-Modus zum Einsatz, wodurch die maximale Speicher-Bandbreite lediglich bei 2,7 GB/s liegt. Verglichen mit den mittlerweile 8,5 GB/s der aktuellen Desktop-Chipsätze und des kommenden Alviso-Chipsatzes der Sonoma-Plattform mit DDR2-533-Support kein wirklich guter Wert.

Der Takt des Frontside-Bus' liegt bei 400 MHz, angesichts der Speicherbandbreite würde hier ein höherer Takt zur Zeit aber ohnehin kein wirklicher Gewinn sein.

Über den altbekannten integrierten Extreme Graphics 2-Grafikkern des 855GME wollen wir aufgrund der gebotenen Leistung an dieser Stelle nur kurz eingehen. Dieser taktet unter Volllast mit 250 MHz und ist mit DirectX 8 was Features und Leistung betrifft bei weitem nicht auf der Höhe der Zeit. Zum Speichern der Grafikdaten greift der Chip über eine Unified Memory Architecture (UMA) auf den Arbeitsspeicher zurück. Für einen Wohnzimmer-Rechner mag dies ausreichen, wer spielen will, sollte sich aber in jedem Fall eine separate Grafikkarte zulegen. Hierzu verfügt der 855GME zusätzlich über einen AGPx4-Port, PCI Express wird, wie man sich denken kann, nicht geboten.

Ähnlich rückständig zeigt sich leider auch die Southbridge ICH4-M, die zwei Generationen hinter den aktuellen Southbridges für Desktops zurück liegt. Dementsprechend rudimentär liest sich dann auch die Feature-Liste. Für Addon-Karten stehen sechs PCI-Ports zur Verfügung, was allemal reichen sollte. Neben der Möglichkeit diverse Intel PRO/Wireless-Controller - der neueste ünterstützt die Standards 802.11 a,b und g -, die eine der Kern-Komponenten der mobilen Plattform darstellen, anzuschließen, kann zudem über den integrierten 10/100 MBit/s Ethernet-Anschluss und ein Software-Modem mit der Außenwelt kommuniziert werden.

Maximal vier interne Laufwerke lassen sich an den beiden ATA-100-Channels betreiben, ATA-133 und S-ATA sind nicht vorgesehen. Zum Anschluss von mobilen Festplatten, MP3-Playern und sonstiger Peripherie bietet die ICH4-M zudem sechs USB 2.0-Ports. Onboard-Sound wird lediglich in AC '97-Qualität geboten, Kunden mit gehobenen Ansprüchen sollten also auch eine separate Soundkarte einplanen.

Letztendlich ist der aktuelle Pentium M-Chipsatz noch nicht wirklich fit für den Desktop-Markt, mit der neuen Sonoma-Plattform wird es jedoch sowohl bei den Features als auch hinsichtlich der Leistung einen klaren Schritt in Richtung Desktop-Tauglichkeit geben.

Das passende Board von AOpen

Derzeit sind mit dem AOpen i855GMEm-LFS [23] und dem DFI 855GME-MGF [24] zwei Sockel 479-Platinen auf den deutschen Markt, die erstmalig als Desktop-tauglich einzustufen sind. Das Board von DFI wechselt derzeit für Rund 255 Euro den Besitzer, für die Lösung von AOpen müssen dagegen beim günstigsten Anbieter „nur“ 230 Euro auf den Tisch gelegt werden. Für unsere Pentium M-Produkttests stand uns die Platine von AOpen zur Verfügung, welche wir uns im Folgenden näher ansehen wollen.

Das i855GMEm-LFS [25] ist mit Intels i855GME-Chipsatz bestückt und bietet somit offiziell Support für Pentium M-Prozessoren mit einem 400 MHz schnellen Frontside-Bus. Der maximale Speicherausbau beträgt damit 2 GB, wobei auf DDR333-Speichermodule zurückgegriffen werden kann, die eine Kapazität von 1 GB nicht überschreiten dürfen

Zusätzlich zu den vom Chipsatz bereitgestellten Feature - dazu gehört natürlich auch Intels integrierte Extreme Graphics 2 - kann das Board dank weiterer Chips mit Dual Gigabit Ethernet, Serial ATA und Firewire-Support aufwarten. Die Dual Gigabit Ethernet-Ports werden mit Hilfe von zwei Marvell-Chips realisiert, die über den PCI-Bus angebunden sind.

Die zwei Serial ATA 150-Ports werden vom Promise PDC20579 bereitgestellt. Der Agere 1394-Chip stellt mittels Slot-Blech zwei 400 Mbits/s schnelle Firewire-Ports zur Verfügung; die entsprechende Slot-Blende war bei uns im Lieferumfang jedoch nicht enthalten.

Auf Erweiterungskarten warten bei der im microATX-Formfaktor gehaltenen Platine drei PCI und ein AGP 4x-Steckplatz. Beim Einsatz weit ausladender Grafikkarten büßt man leider einen PCI-Slot ein. Der auf dem Mainboard verbaute AC97-Audiocodec ALC655 stammt von Realtek und kann mit 5.1 Kanal-Sound aufwarten. Allerdings müssen hierfür Line-In und Micophone-Out zugunsten von Computerboxen geopfert werden. Beim Übertakten wird der Soundcodec ab einem Frontside-Bus von 120 MHz (effektiv 480 MHz) deaktiviert.

Bis auf eine Lötbrücke am AGP-Steckplatz auf der Rückseite der Platine macht das Mainboard einen vollkommen ausgereiften Eindruck, der von dem BIOS ebenfalls bestätigt wurde, zumal die im Handel erhältlichen Mainboards bereits ausschließlich in einer neueren Revision (ohne Lötbrücke) angeboten werden. Die im Lieferumfang enthaltene Lüfter ist im Betrieb nicht wahrnehmbar und die im BIOS vorhandene Lüftersteuerung für maximal drei Lüfter macht einen potenten Eindruck. So kann die Lüfterdrehzahl festgelegt oder an die Temperatur dynamisch angepasst werden. Die Lüfter hätten allerdings noch weniger zu tun, wenn im Rahmen von SpeedStep nicht nur der Prozessortakt, sondern auch die Prozessorspannung (wie eigentlich von Intel vorgesehen) vermindert werden würde. Hier besteht also noch Verbesserungspotential.

Spezialanfertigung als Kühler

Auch wenn das AOpen i855GMEm-LFS mit dem Retention-Modul der Pentium 4-Kühler ausgestattet ist, sollte man es tunlichst vermeiden, eine andere Kühllösung als die mitgelieferte dort einsetzen. Der Pentium M wird ohne Heatspreader (IHS) ausgeliefert und ist in Folge dessen deutlich flacher als der Pentium 4, bei dem dieser bekanntlich vorhanden ist.

Ein handelsüblicher Pentium 4-Kühler erhält - da er an den Ecken des Retentions-Moduls aufliegt - bei der Montage keinerlei Kontakt zur Pentium M-Chipfläche; eine Notabschaltung kurz nach dem Systemstart ist die Folge. Der von AOpen mitgelieferte Aluminium-Kühler ist an den Seiten abgefräst und hat dadurch dieses „kleine“ Problem nicht.

Wer im Besitz so genannter „Schraub-Kühler“ oder einer zu verschraubenden Wasserkühlung ist, hat mit dem Board von AOpen keinerlei Probleme, da in diesem Fall bekanntlich das Retention-Modul entfernt werden muss. Allerdings sollte man immer daran denken, dass der Kühler beim Pentium M direkt auf dem Die aufliegt und dieser leicht beschädigt werden kann.

Der Betrieb des Pentium M ist bis zu einer Temperatur von 100 °C zulässig; Intels aktuelle Desktop-Prozessoren vertragen auf Dauer nicht mehr als 73 °C. In beiden Fällen sorgt der im Prozessor integrierte Thermal Monitor durch Aussetzen von Taktzyklen (Thermal Monitor 1) oder Heruntertakten (Thermal Monitor 2), dass diese Temperatur nicht überschritten wird.

Eine Frage des Overclockings?

Übertakten? Ja bitte! Der Pentium M ist aufgrund seines geringen Taktes zweifelsohne einer der Prozessoren, die sich prozentual am stärksten Übertakten lassen. Bei unseren Tests waren ohne Erhöhung der Prozessorspannung mit Luftkühlung bis zu 2,4 GHz (bis auf die zwei Ausnahmen PCMark04 Grammar-Test und den 3DMark05 CPU-Tests) stabil möglich. Dies entspricht einer Taktsteigerung von 20 Prozent.

Der Multiplikator des Pentium M ist aufgrund der SpeedStep-Technologie nach unten bis 6x vollkommen frei wählbar; die obere Grenze wird durch die Standard-Taktfrequenz des jeweiligen Prozessors festgelegt. Bei unserem Pentium M 755 mit 2,0 GHz sind maximal 20x möglich; beim 1,8 GHz-Modell (745) wäre es 18x. Wer sich mit dem Ziel, einen möglichst hohen Frontside-Bus zu erreichen, ans Übertakten macht, hat hier also leichtes Spiel.

Allerdings kann das Potential mit den aktuell von AOpen verfügbaren Platine nicht voll und ganz ausgeschöpft werden. Zwar kann der Frontside-Bus zwischen 100 MHz und 400 MHz in 1 MHz Schritten variiert werden und ebenso steht eine Wahl des Multiplikators im BIOS zur Verfügung. Allerdings wird mit dieser Einstellung nicht der im Betrieb maximale, sondern der minimale Faktor festgelegt, der von Intels SpeedStep angefahren werden darf. Diese Option dient somit eher der Feineinstellung der Stromspartechnologie. Unter Last - d.h. auch beim Laden von Windows - wird der Prozessor in jedem Fall mit dem vollen Multiplikator, in unserem Fall also 20x, belastet. Bei der Einstellung 150x10 wird die CPU spätestens beim Booten mit 150x20, also 3,0 GHz, belastet, was selbst für den Pentium M dann doch zu viel ist.

Die Prozessorspannung kann ausgehend von 1,340 Volt nur nach unten verändert werden; andere Spannungsänderungen stehen im BIOS leider nicht zu Wahl.

Gerüstet mit diesen doch eingeschränkten Overclocking-Optionen machten wir uns also unter der Prämisse, keine Spannungsmodifikationen am Mainboard vorzunehmen, daran, die Fähigkeiten von Board und CPU auszuloten. Um nicht an der Multiplikator-Hürde zu scheitern, haben wir uns eines von AOpen zur Verfügung gestellten Tools [26] bedient, mit dem der Frontside-Bus und Multiplikator unter Windows heraus verändert werden kann; die Einstellungen (Version 1.00.02) gehen jedoch leider mit jedem Windows-Start verloren. Die Spannung wurde mittels CPU MSR dem Takt angepasst.

Als maximalen Prozessortakt konnten wir bei einem Frontside-Bus von 150 MHz für kurze Zeit 2,55 GHz erreichen. Ohne Spannungserhöhung war dies dem Prozessor jedoch schnell zu viel; die Zeit genügte gerade noch aus, um ein Screenshot als Beweis zu erstellen. Als maximalen Frontside-Bus machten wir 153 MHz aus. Mit dem maximalen Multiplikator von 20x erwies sich ein Takt von 2,4 GHz also sinnvoll, da bei einem FSB von 120 MHz der Speicher mit seinen spezifizierten 200 MHz betrieben werden konnte.

Als Speicherteiler stehen 1:1, 4:3 und 5:3 zur Verfügung. Beim Standardtakt von 100 MHz werden dadurch DDR200-, DDR266- und DDR333-Speichermodule unterstützt.

Passive Kühlung möglich?

Während passive Kühlung bei Desktop-Prozessoren ob ihrer Verlustleistung eigentlich kein Thema mehr ist, muss der Pentium M im Notebook den größten Teil seiner Zeit ohne nervende Lüfter seiner Arbeit nachgehen. Mit einer Verlustleistung zwischen 7,5 und 21 Watt, des in Desktop-Gehäusen zur Verfügung stehenden Platzes, sowie der zulässigen Betriebstemperatur von 100°C, konnten wir unsere Messungen kaum erwarten. Zu Kühlung griffen wir auf den von AOpen mitgelieferten Kühler zurück, der aufgrund seiner Bauform nicht der perfekte Passivkühler ist. Im Gegenzug dafür wurde das System vollkommen offen betrieben, um ein Aufheizen des Gehäuses durch die Grafikkarte zu vermeiden.

Die folgende Tabelle zeigt unsere Messergebnisse bei aktiver und passiver Kühlung. Zur Belastung der CPU diente BurnMax [27]. In allen Fällen wurde Intels SpeedStep deaktiviert. Zum Einstellen der Spannung und des Multiplikators diente CPU MSR. Der angegebene Stromverbrauch gilt für das komplette System inklusive nVidia GeForce 6800 GT-Grafikkarte. Die angegebene Temperatur entspricht der Prozessortemperatur.

Taktfrequenz	Leerlauf passiv / aktiv	Volllast passiv / aktiv	Systemverbrauch*
600 MHz, 0,968 Volt	46 °C / 35 °C	50 °C / 35 °C	ca. 70 Watt
1000 MHz, 1,100 Volt	50 °C / 35 °C	56 °C / 38 °C	ca. 73 Watt
1200 MHz, 1,148 Volt	52 °C / 37 °C	63 °C / 40°C	ca. 75 Watt
1400 MHz, 1,196 Volt	57 °C / 38 °C	71 °C / 44°C	ca. 77 Watt
1600 MHz, 1,244 Volt	64 °C / 39 °C	>80 °C / 47°C	ca. 82 Watt
2000 MHz, 1,340 Volt	75 °C / 44 °C	>80 °C / 54°C	ca. 90 Watt
* Leistungsmessungen schwanken +/- 4 Watt

Eine passive Kühlung des Pentium M ist zu großen Teilen möglich. Allerdings sollte man nicht vergessen, dass - im Gegensatz zu unserem Testaufbau - in einem geschlossenem Gehäuse die Wärme deutlich schlechter abgeführt werden kann. Insbesondere die Grafikkarte verbraucht unter Volllast ein Vielfaches des Prozessors und auch die Abwärme von Festplatten und dem Arbeitsspeicher sollten nicht unterschätzt werden. Dennoch wird es mit dem Pentium M deutlich leichter fallen ein leises System zu bauen, als mit Intels Pentium 4 Prescott, bei dem ein komplettes System im Leerlauf schon 128 Watt bzw. unter Volllast gar 260 Watt verbraucht und in Wärme umsetzt. AMDs in 90 nm gefertigter Athlon 64 ist hier mit in etwa 90 bis 140 Watt wesentlich begnügsamer.

Testsystem

• Prozessor
  • AMD Athlon 64 FX-55 (2,6 GHz, Dual Channel)* - Sockel 939
  • AMD Athlon 64 FX-53 (2,4 GHz, Dual Channel) - Sockel 939
  • AMD Athlon 64 4000+ (2,4 GHz, Dual Channel) - Sockel 939
  • AMD Athlon 64 3800+ (2,4 GHz, Dual Channel) - Sockel 939
  • AMD Athlon 64 3500+ (2,2 GHz, Dual Channel) - Sockel 939
  • AMD Athlon 64 3200+ (2,0 GHz, Dual Channel)* - Sockel 939
  • AMD Athlon 64 3000+ (1,8 GHz, Dual Channel)* - Sockel 939
  • Intel Pentium M 755 (FSB400)
  • Intel Pentium 4 3,46 GHz EE (FSB1066) - HyperThreading aktiv
  • Intel Pentium 4 3,40 GHz EE (FSB800) - HyperThreading aktiv
  • Intel Pentium 4 560 3,6 GHz (FSB800) - HyperThreading aktiv
  • Intel Pentium 4 550 3,4 GHz (FSB800) - HyperThreading aktiv
  • Intel Pentium 4 540 3,2 GHz (FSB800) - HyperThreading aktiv
  • Intel Pentium 4 530 3,0 GHz (FSB800) - HyperThreading aktiv
  • Intel Pentium 4 520 2,8 GHz (FSB800) - HyperThreading aktiv
  • Intel Pentium 4 2,00 GHz (FSB400)**
    
    * Simulierte Prozessoren, ** Wurde im Single Channel-Betrieb getestet
• Motherboard
  • Athlon 64 Sockel 939 Plattform:
    Asus A8V (VIA K8T800 Pro) - Bios: 1007
    
    
  • Pentium 4 Sockel 775 Plattform:
    Intel D925XECV2 (i925XE Express)
  • Pentium 4 Sockel 478 Plattform:
    Asus P4C800-E Deluxe (i875P)
• Arbeitsspeicher
  • 2x512MB DDR400 Corsair TWINX1024-3200LL [28] (2-3-2-6)
  • 2x512MB DDR2-533 Micron Module (CL4-4-4-12)
• Grafikkarte
  • Inno3D GeForce 6800 GT [29] (AGP)
  • nVidia GeForce 6800 GT (PCI Express)
• Peripherie
  • Speer LDW411S [30]
  • Hitachi HDS722516VLSA80
• Netzteil
  • BeQuiet P4-400W-S1,3
• Treiberversionen
  • nVidia Detonator 66.81
  • VIA Hyperion 4.53 (AMD)
  • Intel Inf-Treiber 6.01.1002 (Intel)
• Software
  • Microsoft Windows XP Professional SP2
  • Microsoft DirectX 9.0c

Beim Grafikkarten-Treiber wurden die Standard-Einstellungen beibehalten; die anwendungsspezifischen Optimierungen waren also aktiv. Für unsere Tests auf der PCI Express-Plattform diente ein frühes Muster der GeForce 6800 GT PCI Express mit NV45-Chip, welches uns schon bei den ersten Gehversuchen auf dem Sockel 775 [1] zur Verfügung stand. Leider ist diese Karte noch immer nicht im Handel erhältlich. Das Schnellste, was nVidia derzeit lieferbar für den PCI Express-Bus im Petto hat, ist die GeForce 6600 GT [31].

Bei ATi ist das Angebot an High-End-Karten schon etwas größer. Auch wenn die oberen Midrange-Karten der X700-Familie [32] nur schleppend in den Handel gelangen, machen Radeon X800 XT-Grafikkarten für PCI Express schon eher die Runde. Als einer der ersten Hersteller kann hier Asus die Extreme AX800XT in Stückzahlen liefern. Zweifelsohne wird sich das Angebot in den kommenden Monaten mit der Verfügbarkeit von mehr PCI Express-Platinen deutlich vergrößern.

Benchmarks

• Synthetische Benchmarks
  • SiSoft Sandra 2004 SP2
  • PCMark04 Build 120
• System-Benchmarks
  • SYSmark 2004 Patch 2
  • WebMark 2004 Patch 1
  • Multimedia Content Creation Winstone 2004 1.01
  • Business Creation Winstone 2004 1.01
• Encoding
  • Lame 3.96.1 (Razorlame 1.1.5)
  • Ogg Vorbis 1.1.0 (OggdropXP)
  • TMPGEnc 3.0 Express (MPEG, DivX 5.2.1, Xvid 1.02)
  • Windows Media Encoder 9
• Rendering
  • Spec Viewperf 8.0.1
• Datenkomprimierung
  • WinRAR 3.40
  • 7-Zip 3.13
• Spiele
  • 3DMark2001SE Build 330
  • 3DMark03 Build 340
  • 3DMark05 Build 110
  • Aquamark 3
  • Call of Duty 1.4
  • Codecreatures Benchmark Pro 1.0
  • Doom 3
  • FarCry 1.1
  • Halo 1.05
  • Quake 3 Arena 1.32
  • Return to Castle Wolfenstein 1.41
  • Serious Sam The Second Encounter 1.07
  • Splinter Cell 1.2b
  • Tomb Raider Angle of Darkness Patch 49
  • Unreal Tournament 2004 Patch 3323

Sandra 2004 SP2

• Offizielle Website: www.sisoftware.co.uk [33]
  
  
• Download: ComputerBase.de [34]
  
  
  • Kostenpunkt: kostenlose Standardversion
  
  
• Was benchen wir?
  
  
  • Arithmetik- und Multimedia-Leistung der CPU, Speichertransferraten.
    
    
  • Besondere Einstellungen: - keine -

PCMark04

• Offizielle Website: Futuremark.com [35]
  
  
• Download: ComputerBase [36]
  
  • Kostenpunkt: kostenlos
  
  
• Was benchen wir?
  
  • Durchlauf des Benchmarks unter "Default"-Settings
    
  • Besondere Einstellungen: Update auf Version 120.