Intel Xeon E5-2600 v4 : Broadwell-EP mit bis zu 7,2 Mrd. Transistoren auf 456 mm²

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Intel Xeon E5-2600 v4: Broadwell-EP mit bis zu 7,2 Mrd. Transistoren auf 456 mm²

Wenige Stunden vor dem Ende des ersten Quartals hat Intel die neue Prozessorfamilie Xeon E5-2600 v4 offiziell vorgestellt. Erneut bringen drei Die-Größen viele Kerne auf kleinstem Raum unter. Das Ziel: Die bisher beste Leistung im Server-Umfeld und allen voran für die Cloud zu bieten. Ein Überblick.

Als „most advanced platform for the cloud“ gehen die neuen Prozessoren mit dem Codenamen Broadwell-EP an den Start. Dabei wird weiterhin der mit Haswell-EP eingeführte Sockel LGA 2011-3 genutzt, auch die DDR4-Unterstützung ist gesetzt, wenngleich nun nach Standard DDR4-2400 statt bisher DDR4-2133. Die Anzahl der Kerne steigt seit Jahren immer weiter an, die vierte Generation der Xeon E5-2600 bietet jetzt maximal 22 Kerne inklusive Hyper-Threading für insgesamt 44 Threads. Mit einher gehen auch bis zu 55 MByte Last-Level-Cache. Nach Problemen bei der letzten E5-Serie mit der TSX-Unterstützung gibt es diese jetzt auch ganz offiziell. Einher gehen bei den Neulingen aber auch Optimierungen beim AVX-Takt und weiteren Power-Management-Einstellungen, es gibt zusätzliche Sicherheitsinstruktionen und Virtualisierungsmöglichkeiten und neue Features, die je nach Anwendung für deutlich mehr Leistung sorgen sollen.

Intel Xeon E5-2600 v4
Intel Xeon E5-2600 v4 (Bild: Intel)

Drei Die-Größen für alle Einsatzgebiete

Nicht jeder Einsatzzweck benötigt die gleiche Anzahl an Kernen, Intel legt deshalb drei verschiedene Die-Größen auf. An der Spitze steht der High Core Count (HCC) mit der maximalen Anzahl an Kernen und vollem L3-Cache-Ausbau. Der Die beherbergt dabei sogar 24 Kerne, diese werden jedoch erst für Broadwell-EX freigeschaltet. Deshalb hat der Die auch insgesamt 60 MByte L3-Cache, für Broadwell-EP gibt es aber maximal 22 Kerne und besagte 55 MByte L3-Cache. Dort im Einsatz gibt es pro „Seite“ elf aktive Kerne, die am doppelten Ringbus hängen. Die Kommunikation zwischen den beiden Hälften hat sich im Vergleich zum Vorgänger nicht geändert.

24-Kern-Die für 22 aktive Kerne bei der E5-Serie
24-Kern-Die für 22 aktive Kerne bei der E5-Serie (Bild: Intel)
Medium Core Count (MCC) und Low Core Count (LCC)
Medium Core Count (MCC) und Low Core Count (LCC) (Bild: Intel)

Unterhalb des größten Dies gibt es die beiden Varianten Medium Core Count (MCC) und Low Core Count (LCC) mit maximal 15 respektive 10 Kernen. Der kleinste Die der neuen Xeon ist darüber hinaus auch der, der für die erwartete Desktop-Lösung Broadwell-E geplant ist. Im Desktop wird es damit erstmals zehn Kerne und 20 Threads geben, einen Termin dafür nannte Intel bisher aber nicht – auch die Vorstellung erfolgt nicht heute.

Modellserie Fertigungstechnik Kerne Die-Fläche Transistoren
Haswell-E/EN/EP 22 nm FinFET 4 – 8 354 mm² 2,60 Mrd.
Haswell-EN/EP 22 nm FinFET 10 – 12 492 mm² 3,84 Mrd.
Haswell-EP/EX 22 nm FinFET 14 – 18 662 mm² 5,69 Mrd.
Broadwell-E/EN/EP 14 nm FinFET 4 – 10 246 mm² 3,4 Mrd.
Broadwell-EN/EP 14 nm FinFET 12 – 15 306 mm² 4,7 Mrd.
Broadwell-EP/EX 14 nm FinFET 16 – 24 456 mm² 7,2 Mrd.

Dank der 14-nm-Fertigung machen die Broadwell-EP-Prozessoren gegenüber dem direkten Vorgänger einen gewaltigen Sprung nach vorn, sowohl was das Verhältnis von Kernen pro Fläche als auch Transistoren pro Fläche angeht. Traditionell geht der Pokal in der Disziplin an den flächenmäßig größten Die, da Kerne und Cache sehr gut mit einer neuen Fertigung skalieren. Der Speichercontroller und die I/O-Elemente lassen sich weniger gut auf neue Fertigungsschritte anpassen und nehmen in jedem Die den gleichen Platz ein. Auf weitere Details zu diversen Vorgängergenerationen geht der parallel erschienene Bericht Moore's Law lebt (noch): Skalierung von sechs Intel-CPU-Generationen im Detail, ein.

Broadwell-EP-Wafer
Broadwell-EP-Wafer

Im Herzen ein Broadwell

Die Prozessorarchitektur mit dem Codenamen Broadwell bietet im Server-Segment alle Eigenschaften aus dem Notebook- und Desktop-Bereich, wird jedoch um weitere Features ergänzt, die nur im Server-Bereich vonnöten sind. Bei der Architektur selbst ging es in erster Linie den Fließkommaeinheiten an den Kragen, dort wurde nicht nur der Durchsatz sondern auch die Latenz verringert. Wie bei jeder Architekturstufe wurde auch an der Sprungvorhersage gefeilt, die TLBs und Scheduler erneut ein wenig vergrößert und einige zusätzliche Instruktionen hinzugefügt. Am Ende führt das zu einer laut Intel rund fünf Prozent gesteigerten IPC gegenüber Haswell.

Architekturverbesserungen und (relative) IPC
Architekturverbesserungen und (relative) IPC (Bild: Intel)
FMA-Anpassungen
FMA-Anpassungen (Bild: Intel)
Geringere Latenzen
Geringere Latenzen (Bild: Intel)

Große Leistungssteigerungen in Spezialfällen

Zum Workshop Anfang März in den USA hatte Intel auch diverse Server-Systeme im Einsatz und viele Benchmarks vorbereitet. Natürlich übertrifft der Xeon E5-2600 v4 in jedem Bereich seinen direkten, namensgleichen Vorgänger, wenn aber Kerne und Takt identisch sind, ist es nur ein Wimpernschlag. Erst wenn zusätzliche Kerne ins Spiel kommen wird es ein leichtes Unterfangen für die neue Generation, die alte abzulösen. Am Ende ist es deshalb einfach, heute die eigenen Rekorde, aufgestellt durch eben den Vorgänger, zu brechen: Intel nennt 25 neue „Weltrekorde“ zum Start.

Intel Xeon E5-2600 v4 „Broadwell-EP“
Intel Xeon E5-2600 v4 „Broadwell-EP“
88 Threads und 110 MB L3-Cache
88 Threads und 110 MB L3-Cache
Cinebench R15 auf 88 Threads
Cinebench R15 auf 88 Threads

Wie üblich sind aber auch Server-Prozessoren extrem auf die Software angewiesen, um alle neuen Instruktionen umsetzen zu können. Ist dies der Fall, können die Leistungszuwächse gewaltig ausfallen. Bei den neuen Security-Erweiterungen sollen diese für bis zu 70 Prozent mehr Leistung sorgen, beim Einsatz der neuen Intel Resource Director Technology (RDT) sind es gar plus 90 Prozent in Spezialfällen.

Intel Broadwell-EP: Einsatzgebiete und Benchmarks

IBM als letzter Konkurrent

Als einzigen Konkurrenten mit aktuellen Produkten im Server-Markt hat Intel nun IBM im Visier – AMD spielt dort keine Rolle mehr. Das Unternehmen greift IBM folglich in allen Bereichen an, sei es bei der Leistung, der Leistungsaufnahme aber insbesondere auch dem Preis. In allen Bereichen sieht sich Intel besser aufgestellt, und das nicht nur in der Broadwell-EP-Serie, vor allem auch bei den noch folgenden Broadwell-EX für das Mission-Critical-Segment und die erweiterte Skalierbarkeit. Die Power-Prozessoren von IBM können den Intel-Produkten zwar leistungsmäßig das Wasser reichen, allerdings ist die Leistungsaufnahme extrem höher und die Anschaffungspreise liegen deutlich über der Massenware von Intel.

Intel Broadwell-EP: Einsatzgebiete und Benchmarks
Intel Broadwell-EP: Einsatzgebiete und Benchmarks (Bild: Intel)

27 Modelle für 217 und 4.115 US-Dollar in der Übersicht

Auch in diesem Jahr legt Intel viele Modelle auf, sehr viele um genau zu sein. Zum Start werden nicht weniger als 27 Prozessoren als Xeon E5-2600 v4 in den Markt entlassen, die bereits nahezu jedes Einsatzgebiet abdecken sollen. Einige der Modelle werden aber nicht in der klassischen Roadmap oder in Intels frei zugänglicher Preisliste zu finden sein, denn es sind bereits Spezialmodelle.

An der Spitze der regulären Vertreter stehen sechs High-Core-Count-Modelle, die in Intels Gebiet „Segment Optimized“ fallen. Direkt darunter sind ebenfalls sechs Modelle mit Medium Core Count aufgestellt, die Intel aber bereits in die drei Gruppen Advanced, Low Power und Workstation aufteilt. Es folgen zehn Prozessoren mit wenigen Kernen (Low Core Count), die in vier Klassen unterteilt sind: Standard, Basic, Frequency Optimized und Low Power.

Die zweite große Gruppe mit insgesamt 13 Prozessoren sind teilweise extravagante Modelle, die mit einem erweiterten Support in den Markt geschickt werden und auf ein längeres Leben ausgelegt sind. Die 13 Prozessoren stammen aus allen Bereichen der neuen Xeon-Familie, von einem Flaggschiff mit vielen Kernen, welches bereits in der Gruppe der Standard-Modelle enthalten ist, bis hin zum kleinsten Einsteigermodell als Low-Power-Variante mit wenigen Kernen. Doch auch multiple Exoten sind dort anzutreffen.

Untergruppen der Xeon E5-2500 v4
Untergruppen der Xeon E5-2500 v4 (Bild: Intel)

Auch im Jahr 2016 unterstützt nicht jeder Prozessor der Familie Xeon E5-2600 v4 alle Funktionen oder bietet immer die maximalen Taktraten. Bei einigen ist der Turbo-Modus deaktiviert, anderen fehlt Hyper-Threading, weiterhin gibt es Anpassungen beim QPI-Takt von 9,6 bis hinab zu 6,4 GT/s und der Speicherunterstützung von DDR4-2.400 bis lediglich DDR4-1.866 für die kleinsten Modelle. Die Preise der neuen Generation bewegen sich zwischen 217 und 4.115 US-Dollar. Was es mit den Taktraten und dem Turbo-Modus unter Last und speziell bei AVX-Anwendungen auf sich hat, legt eine separate Meldung dar.

Intel Xeon E5-2600 v4 „Broadwell-EP“
Modell Kerne/Threads Takt/mit max. Turbo L3-Cache QPI Speicher TDP Preis
Xeon E5-2699 v4 22 / 44 2,2 / 3,6 GHz 55 MB 9,6 GT/s DDR4-2400 145 W $4.115
Xeon E5-2698 v4 20 / 40 2,2 / 3,6 GHz 50 MB 9,6 GT/s DDR4-2400 135 W $3.226
Xeon E5-2697A v4 16 / 32 2,6 / 3,6 GHz 40 MB 9,6 GT/s DDR4-2400 145 W $2.891
Xeon E5-2697 v4 18 / 36 2,3 / 3,6 GHz 45 MB 9,6 GT/s DDR4-2400 145 W $2.702
Xeon E5-2695 v4 18 / 36 2,1 / 3,3 GHz 45 MB 9,6 GT/s DDR4-2400 120 W $2.424
Xeon E5-2690 v4 14 / 28 2,6 / 3,5 GHz 35 MB 9,6 GT/s DDR4-2400 135 W $2.090
Xeon E5-2687W v4 12 / 24 3,0 / 3,5 GHz 30 MB 9,6 GT/s DDR4-2400 160 W $2.141
Xeon E5-2683 v4 16 / 32 2,1 / 3,0 GHz 40 MB 9,6 GT/s DDR4-2400 120 W $1.864
Xeon E5-2680 v4 14 / 28 2,4 / 3,3 GHz 35 MB 9,6 GT/s DDR4-2400 120 W $1.745
Xeon E5-2667 v4 8 / 16 3,2 / 3,6 GHz 25 MB 9,6 GT/s DDR4-2400 135 W $2.057
Xeon E5-2660 v4 14 / 28 2,0 / 3,2 GHz 35 MB 9,6 GT/s DDR4-2400 105 W $1.445
Xeon E5-2658 v4 14 / 28 2,3 / ? GHz 35 MB 9,6 GT/s DDR4-2400 105 W $2.040
Xeon E5-2650L v4 14 / 28 1,7 / 2,5 GHz 35 MB 9,6 GT/s DDR4-2400 65 W $1.329
Xeon E5-2650 v4 12 / 24 2,2 / 2,9 GHz 30 MB 9,6 GT/s DDR4-2400 105 W $1.166
Xeon E5-2648L v4 14 / 28 1,8 / ? GHz 35 MB 9,6 GT/s DDR4-2400 75 W $1.544
Xeon E5-2643 v4 6 / 12 3,4 / 3,7 GHz 20 MB 9,6 GT/s DDR4-2400 135 W $1.552
Xeon E5-2640 v4 10 / 20 2,4 / 3,4 GHz 25 MB 8,0 GT/s DDR4-2133 90 W $1.939
Xeon E5-2637 v4 4 / 8 3,5 / 3,6 GHz 15 MB 9,6 GT/s DDR4-2400 135 W $996
Xeon E5-2630L v4 10 / 20 1,8 / 2,9 GHz 25 MB 8,0 GT/s DDR4-2133 55 W $612
Xeon E5-2630 v4 10 / 20 2,2 / 3,1 GHz 20 MB 8,0 GT/s DDR4-2133 85 W $667
Xeon E5-2628L v4 12 / 24 1,9 / ? GHz 30 MB 8,0 GT/s DDR4-2133 75 W $1.364
Xeon E5-2623 v4 4 / 8 2,6 / 3,2 GHz 10 MB 8,0 GT/s DDR4-2133 85 W $444
Xeon E5-2620 v4 8 / 16 2,1 / 3,0 GHz 20 MB 8,0 GT/s DDR4-2133 85 W $417
Xeon E5-2618L v4 10 / 20 2,2 / ? GHz 25 MB 8,0 GT/s DDR4-2133 75 W $779
Xeon E5-2609 v4 8 / 8 1,7 / – GHz 20 MB 6,4 GT/s DDR4-1866 85 W $306
Xeon E5-2608L v4 8 / 16 1,6 / – GHz 20 MB 6,4 GT/s DDR4-1866 50 W $441
Xeon E5-2603 v4 6 / 6 1,7 / – GHz 15 MB 6,4 GT/s DDR4-1866 85 W $213
Intel Xeon E5-2600 v4 „Broadwell-EP“