Vorwort
Seit Wochen und Monaten dreht sich bei Intel alles nur um ein einziges Thema: die Core-Mikroarchitektur. Nach dem Vorbild der Architektur der effizienten und stromsparenden Pentium-M-Notebook-Prozessoren der Centrino-Plattform entwickelt und mit Features der letzten Pentium-Generation gepaart, soll sie die Performance-Krone zurück ins Intel-Lager holen.
Die ersten Prozessoren auf Basis der neuen Architektur werden bereits im Juni 2006 vorgestellt werden. Den Anfang macht hierbei der für Workstation und kleine Server entwickelte Prozessor mit dem Codenamen „Woodcrest“ [1], der im Sockel 771 daher kommt und für den 2-Wege-Betrieb zusammen mit der Bensley-Plattform ausgelegt ist.
Einen Monat später, d.h. im Juli, soll mit dem „Conroe“ die Prozessor-Variante für den normalen Desktop-PC in den Handel kommen. Der Prozessor kommt im Sockel 775 daher und wird unter anderem vom bereits länger erhältlichen i975X-Chipsatz und der kommenden i965-Chipsatzfamilie (Broadwater) unterstützt, sofern bestimmte Voraussetzungen erfüllt werden.
Im August wiederum wird mit „Merom“ ein neuer Notebook-Prozessor an den Start gehen, der ohne Design-Änderung in die Anfang des Jahres vorgestellte Notebook-Plattform Napa [2] passt und dort den Core Duo oder Core Solo ablöst.
Während Woodcrest als Xeon 5100-Serie [3] vermarktet wird, werden Conroe und Merom als Core 2 Duo [4] in den Handel kommen und damit den Markennamen Pentium zu Grabe tragen. Die geplanten Modellbezeichnungen hat die Gerüchteküche sowohl für Conroe [5] als auch für Merom [6] bereits zusammengetragen. Darüber hinaus führt Intel die Tradition der „Extreme Edition“ weiter. Als Core 2 Extreme X6800 und X6900 [7] werden in diesem Jahr zwei Prozessoren mit 2,93 GHz und 3,2 GHz Takt vorgestellt werden.
ComputerBase hatte zusammen mit ausgesuchten Kollegen der Presse die Gelegenheit, vorab die finale Version des kommenden Desktop-Prozessors „Conroe“ in Form des 2,66 GHz schnellen Core 2 Duo E6700 mit 4 MB L2-Cache und 1066 MHz Frontside-Bus in Augenschein zu nehmen. Hierfür stand uns – unter Aufsicht – einige Stunden ein komplett von Intel bestücktes Testsystem mit i975X-Chipsatz und einem ATi-Radeon-X1900-CrossFire-Verbund zur Verfügung. Die Installation eigener Treiber oder Software war dabei nicht gestattet, um die eigentliche Produktvorstellung im Juli nicht vorweg zu nehmen.
Die folgenden Seiten können daher nur einen groben Ausblick darüber geben, was Intels Core 2 Duo zu leisten im Stande ist. Umfangreiche Benchmarks mit allen Modellvarianten und eine detaillierte Vorstellung der neuen Prozessorarchitektur heben wir uns deshalb bis zur tatsächlichen Vorstellung im Juli auf.
Werdegang der Core-Mikroarchitektur
Das Hauptaugenmerk bei der Entwicklung der neuen Architektur lag nicht länger beim Erreichen hoher Taktraten, sondern in einer besonders hohen Leistung pro Watt. Intels Strategie der Vergangenheit war eine andere: Mit Prescott (Pentium 4 mit 90-nm-Fertigungstechnologie) wurde die ohnehin schon lange Pipeline des Northwood (Pentium 4 mit 130 nm) auf 31 Pipeline-Stufen verlängert, um einen Takt von bis 5,2 GHz zu erreichen. Mit Weiterentwicklungen der Pentium-4-Architektur „Netburst“ über den Prescott hinaus sollte Ende 2005 sogar die 10-GHz-Marke genommen werden [8].
Die Geschichte lehrt uns, dass am Ende nicht einmal die 4-GHz-Marke fallen sollte. Zu groß waren die Probleme mit dem Stromverbrauch. Während der Prescott mit Verzögerung und bereits gestiegenen Verbrauchsdaten noch vom Stapel lief, wurden dessen ursprünglich geplanter Nachfolger Tejas komplett eingestampft [9] und der Codename Nehalem [10] für eine neue Architektur herangezogen.
Statt der Single-Core-Prozessoren Tejas und Nehalem mit astronomischen Taktraten kamen die Dual-Core-Prozessoren Smithfield (Pentium D 8xx) und Presler (Pentium D 9xx) [11]. Die Stromprobleme lösen konnten jedoch auch diese Prozessoren nicht. Schließlich war die weiterhin eingesetzte Netburst-Architektur für hohe Taktraten und nicht für hohe Effizienz entwickelt worden.
Bereits mit der Einführung des Prescott Anfang 2004 wurde heftige Kritik laut, denn was die Prozessoren an Strom mehr aufnehmen, geben sie auch in Form von Wärme ab. Die Kühllösungen wurden komplexer und lauter. Mit BTX wurde 2003 sogar ein Gehäuse- und Mainboard-Formatstandard geschaffen, der speziell (jedoch nicht ausschließlich) für diese Hitze-Herausforderung entwickelt wurde und sich nach wie vor nicht so richtig am Markt etablieren möchte.
Diesen thermischen Problemen gegenüber standen und stehen ein stromsparender Athlon 64 und Dual-Core Athlon 64 X2 von AMD, der Intel insbesondere in Spielen Kopfzerbrechen bereitet. Die Abstände haben sich inzwischen zwar verringert [12], von einem Gleichstand kann jedoch noch nicht gesprochen werden. Ein gänzlich anderes Bild zeigt sich beim Blick auf den Bereich der Notebook-Prozessoren. Bereits ein Single-Core Intel Pentium M ließ bei problemloser Übertaktung mit Luftkühlung und einem Bruchteil des Stromverbrauchs jeden Desktop-Prozessor von Intel oder AMD hinter sich [13].
Von den thermischen Problemen aufgerüttelt, kündigte Intel im Mai 2005 mit Conroe (Desktop), Merom (Notebook) und Woodcrest (2-Wege-Server) drei neue Prozessoren an, mit denen man sich von der Pentium-4-Architektur und dem Kampf um Taktraten verabschieden wollte [14]. Basierend auf der Weiterentwicklung der Notebook-Architektur (Banias/Pentium M) sollten auch die Stromprobleme begraben werden.
Im Rahmen des Intel Developer Forum Fall 2005 wurden weitere Details zur „Next Generation Micro-architecture“ bekanntgeben, die später in „Core-Mikroarchitektur“ [15] umbenannt wurde. Mit der neuen Architektur soll die Effizienz der Intel-Prozessoren erheblich gesteigert werden. Man gab bekannt, dass die „Performance pro Watt“-Leistung des Conroe-Prozessors fünfmal höher als die des Smithfield (Pentium D 8xx) sein würde.
Entsprechend euphorisch ist Intel in Anbetracht der Core-Mikroarchitektur. Obwohl die Taktrate des Topmodells (abgesehen von der ebenfalls kommenden Extreme Edition) mit 2,66 GHz fast 1 GHz unter der des schnellsten Pentium D 960 (3,6 GHz) liegt, soll die Performance deutlich gestiegen und der Stromverbrauch von 130 Watt auf 65 Watt gesenkt worden sein. Das war in der Vergangenheit meist anders. So stieg mit der Performance beispielsweise der Stromverbrauch erheblich, oder aber die Performance-Vorteile traten erst bei einem deutlichen Taktunterschied zu Tage, wie bei der Vorstellung des ersten Pentium 4 (Willamette), der sich gegen den Pentium III äußerst schwer tat.
Auf dem Intel Developer Forum Spring 2006 wurden weitere Zahlen bekannt gegeben: In seiner Rede demonstrierte Justin Rattner, wie Conroe bei rund 40 Prozent mehr Leistung rund 40 Prozent weniger Strom (TDP: 65 Watt) verglichen mit Intels derzeitigem Pentium D 950 (TDP: 130 Watt) verbraucht. Bei einer Live-Demo von Office 12 war Conroe noch schneller: nach 11,4 Sekunden konnte er seine Arbeit beendet, der Pentium D musste dagegen 28,7 Sekunden rechnend verbringen.
Diese Performance hat Conroe unter anderem folgenden Eckdaten der Core-Mikroarchitektur zu verdanken, auf die wir in einem zukünftigen Artikel gesondert eingehen werden:
- Die Länge der Out-of-Order-Execution-Pipeline wurde drastisch verkürzt und ist mit 14 Stufen im Vergleich zu der des Pentium 4 „Prescott“ mit 31 Stages weniger als halb so lang. Außerdem ist die Core-Architektur 4-fach-skalar und erlaubt damit jedem Kern bis zu vier Befehle (bisher drei) gleichzeitig zu beenden. Die neuen Prozessoren führen damit mehr Befehle pro Taktzyklus aus. Intel fasst diese Eigenschaft unter der Bezeichnung „Wide Dynamic Execution“ zusammen.
- „Intel Intelligent Power Capability“ dagegen beinhaltet Funktionen, die den Stromverbrauch weiter senken, indem sie auf intelligente Art und Weise einzelne logische Subsysteme des Prozessors nur dann einschaltet, wenn diese benötigt werden. Bei den Pentium M-Prozessoren vergangener Tage konnten beispielsweise Teile des L2-Caches deaktiviert werden. Wie weit der Gedanke mit der Core-Architektur getrieben wurde, hat der Halbleiterriese noch nicht bekanntgegeben.
- Wie der aktuelle Notebook-Prozessor Core Duo (Codename „Yonah“) beinhaltet auch die neue Architektur einen gemeinsam genutzten L2-Cache zu Senkung des Strombedarfs durch Minimieren von Datenverkehr zum Speicher und steigert die Leistung, indem ein Kern den gesamten Cache dynamisch nutzen kann, wenn der andere Kern untätig ist. Das Ganze hört auf die Bezeichnung „Advanced Smart Cache“.
- „Intel Smart Memory Access“ ist ein weiteres Merkmal, das die Systemleistung verbessern soll, indem die Latenzzeit des Speichers optimal genutzt und dadurch die Bandbreite des Memory Subsystems optimiert wird.
- Mit „Advanced Digital Media Boost“ werden alle 128 Bit SSE-, SSE2- und SSE3-Befehle nun innerhalb eines einzigen Taktzyklus ausgeführt. Praktisch bedeutet dies eine Verdopplung der Ausführungsgeschwindigkeit dieser Befehle, die häufig in multimedialen und grafischen Anwendungen zum Einsatz kommen. Die Unterstützung von SSE4 [16] wurde von Intel noch nicht offiziell bestätigt.
Soviel zur Entwicklung der Core-Mikroarchitektur. Auf der folgenden Seite stellen wir das Testsystem und die eingesetzten Benchmarks vor, bevor wir uns anschließend einem ersten Performance-Vergleich zuwenden wollen.
Testsystem und Vergleichbarkeit
Für den Test des Core 2 Duo E6700 (Conroe mit 2,66 GHz und FSB1066) hatten wir die Gelegenheit, an einem von Intel vorkonfigurierten System in München unter Aufsicht einige vorinstallierte Benchmarks zu fahren. Damit sollten allen Testern gleiche Bedingungen gewährleistet werden.
Das von Intel bereitgestellte System war mit Intels D975XBX-Mainboard (Bad Axe) in der Revision 304 bestückt. Als Grafikkarten waren ATi Radeon X1900 XTX und X1900 CrossFire fest vorgeben. Für Messungen näher an der Realität haben wir uns jedoch dafür entschieden, CrossFire nicht zu aktivieren. Als Speicher wurde insgesamt 1 GB Corsair XMS8500 bei DDR2-800 und CL4-4-4-12 eingesetzt. Die Festplatte des Intel-Systems stammt von Maxtor. Das System lief auf einem 32-Bit-Version von Windows XP mit Service Pack 2.
Für Vergleichsmessungen haben wir in der Redaktion versucht, die Konfiguration des Intel-Systems weitestgehend nachzuempfinden. Als Mainboard kam dabei eine frühere Revision des D975XBX zum Einsatz, die auf die Performance keinen Einfluss haben dürfte. Problematischer ist dagegen der Unterschied in der eingesetzten Festplatte, denn diese ist im Conroe-System auf jeden Fall leistungsfähiger. Damit sind vor allem die Ergebnisse von PCMark05 nur eingeschränkt vergleichbar. Darüber hinaus war an den Catalyst 6.3 Beta-Treiber kurzfristig kein herankommen, so dass wir für den Test auf die finale Version des Catalyst 6.3 setzen mussten. Ein Einfluss auf die Performance ist hier jedoch kaum zu erwarten.
Bis auf diese Einschränkungen gehen wir davon aus, die Messungen bei Intel in München in unserer Redaktion relativ zuverlässig nachgestellt zu haben. Es kam derselbe Speicher mit denselben Timings zum Einsatz. Das Redaktions-System wurde – obwohl nicht im CrossFire-Modus genutzt – mit ATi Radeon X1900 XTX und X1900 CrossFire bestückt.
- Prozessor
- AMD Athlon 64 X2 5000+ (Windsor F2)
- Intel Pentium Extreme Edition 965 (Presler C1)
- Intel Core 2 Duo E6700 (Conroe B1)
- Motherboard
- Athlon 64 Sockel AM2 Plattform:
ATi CrossFire Xpress 3200 Referenzplatine Stugeon - Bios: 14 - Pentium D/XE Sockel 775 Plattform:
Intel D975XBX (i975X Express) Rev 202 - Bios: BX97510J.86A.0807.2006.1403 - Core 2 Duo Sockel 775 Plattform:
Intel D975XBX (i975X Express) Rev 304 - Bios BX97510J.86A.1073.2006.0427.1210
- Athlon 64 Sockel AM2 Plattform:
- Arbeitsspeicher
- 2x512 MB DDR2-1066 Corsair CMS2X512-8500 (DDR2-800 CL4-4-4-12 für alle Plattformen)
- Grafikkarte
- ATi Radeon X1900 XTX
- ATi Radeon X1900 CrossFire (CrossFire nicht aktiviert!)
- Peripherie
- Hitachi HDS722516VLSA80 (ComputerBase-Testsystem)
- Maxtor Diamond Max 300GB 10 6B300S0 (Intel-Testsystem)
- Netzteil
- Tagan TG480-U22 (ComputerBase-Testsystem)
- Antec Neo HE550 (Intel-Testsystem)
- Treiberversionen
- ATi Catalyst 6.3 (8.23100) (ComputerBase-Testsystem)
- ATi Catalyst 6.3 Beta (8.230060131a) (Intel-Testsystem)
- Software
- Microsoft Windows XP Professional Service Pack 2
- Microsoft DirectX 9.0c December 2005
Synthetisch
PCMark05
Aufgrund unterschiedlicher Festplatten ist das Gesamt-Ergebnis von PCMark05 nur sehr eingeschränkt mit den anderen Messungen vergleichbar. In den Benchmark-Teilen CPU, Memory und Grafik spielt die Festplatte eine untergeordnete Rolle, so dass hier durchaus verglichen werden darf.
PCMark05 Gesamt
Angaben in Punkten
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PCMark05 CPU
Angaben in Punkten
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PCMark05 Memory
Angaben in Punkten
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PCMark05 Graphics
Angaben in Punkten
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Gaming
3DMark06
3DMark06 Gesamt
Angaben in Punkten
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3DMark06 CPU
Angaben in Punkten
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3DMark06 CPU1 - Red Valley
Angaben in Bildern pro Sekunde (FPS)
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3DMark06 CPU2 - Red Valley
Angaben in Bildern pro Sekunde (FPS)
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FarCry
FarCry Research
Angaben in Bildern pro Sekunde (FPS)
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FarCry Training
Angaben in Bildern pro Sekunde (FPS)
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FarCry Volcano
Angaben in Bildern pro Sekunde (FPS)
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Video-Encoding
DivX 6.2.2 mit Xmpeg
DivX 6.2.2
Angaben in Minuten, Sekunden
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Quicktime 7.04
Quicktime 7.04
Angaben in Minuten, Sekunden
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Windows Media Encoding 9 Advanced Profile
Windows Media Encoder 9
Angaben in Minuten, Sekunden
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Audio-Encoding
iTunes 6.0.4
iTunes 6.0.4
Angaben in Minuten, Sekunden
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Lame 3.97b und Multi-Threaded 3.97a
Lame 3.97b
Angaben in Minuten, Sekunden
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Lame Multithreaded 3.97a
Angaben in Minuten, Sekunden
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Fazit
Auch wenn die gezeigten Benchmarks nur einen kleinen Ausblick geben können, so ist das Ergebnis doch bemerkenswert. Intel hat mit der Core-Mikroarchitektur ganze Arbeit geleistet und auch wenn uns für diesen Vergleich von AMD kein Athlon 64 FX-62 zur Verfügung gestellt werden konnte, so ist zumindest Anhand des Vorsprungs zum Athlon 64 X2 5000+ ungefähr abschätzbar, wie sich AMDs schnellster Prozessor geschlagen hätte. Spätestens zur richtigen Produktvorstellung des Conroe in Form der „Core 2 Duo“-Familie wird auch der FX-62 Berücksichtigung finden.
Doch selbst dann wäre ein Vergleich zwischen FX-62 und Core 2 Duo E6700 eher unfair. Während der E6700 mit 2,66 GHz bei einem Großhandelspreis von 530 US-Dollar als schnellster Mainstream-Prozessor positioniert wird, handelt es sich beim FX-62 um eine 1.031 US-Dollar teure Enthusiasten-CPU, die sich wenn dem Core 2 Extreme mit 2,93 GHz zu stellen hat. Der in diesem Vergleich genutzte Athlon 64 X2 5000+ ist mit einem Preis von derzeit 696 US-Dollar wesentlich teuer als der kommende Core 2 Duo E6700 und wird dabei in allen Bereichen geschlagen. Auch Intels 999 US-Dollar teure Pentium Extreme Edition 965 mit 3,73 GHz Prozessortakt bekleckert sich keinesfalls mit Ruhm.
Aus diesem Vorabtest geht Intels neue Architektur eindeutig als Gewinner hervor. Für die Krönung ist es jedoch zu früh. So waren die für diesen Vergleich verwendeten Testsysteme nicht komplett identisch bestückt. Insbesondere die Unterschiede bei der Festplatte dürften das Ergebnis – zumindest leicht – beeinflusst haben. Auf einen großen Performance-Einbruch sollte AMD dennoch nicht hoffen.