AMD Ryzen 5000 im Test: Analysen zu IPC, Takt und Latenzen

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Volker Rißka et al.
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In aller Munde war nach der Ankündigung die laut AMD abermals mit Zen 3 gesteigerte IPC: 19 Prozent soll die Architektur bei gleichem Takt schneller sein als Zen 2.

AMD vergleicht die IPC jetzt anders

Diesen durchschnittlichen Zuwachs hat AMD bei 4,0 GHz in über 25 Anwendungen und Spielen ermittelt, was auf dem Papier einen soliden Durchschnitt markiert. Allerdings wird bei genauem Blick klar, dass dieses Wachstum nur schwer mit dem IPC-Gewinn früherer Generationen vergleichbar ist, man könnte sogar behaupten, es ist nicht vergleichbar. AMD wiederum suggeriert das, indem die 19 Prozent mit dem bisher von Zen gegenüber Bulldozer insgesamt erzielten IPC-Gewinn von 52 Prozent und dem offiziellen Zugewinn von 15 Prozent von Zen 2 zu Zen verglichen werden.

Die Methodik zur Ermittlung der IPC wurde allerdings immer wieder geändert. Bei Zen 3 finden sich unter den 25 Tests gleich 14 Spiele zuzüglich Futuremarks VRMark. Auch Zen 2 legte gegenüber Zen 1 überproportional stark in Spielen zu, doch die gesteigerte IPC von Zen 2 zu Zen 1 gab AMD über die Messung nur in SPECint_rate_base2006 an – dieser Benchmark wird bei Zen 3 nicht einmal mehr berücksichtigt.

IPC-Ermittlung von Zen 3 – gab es in dieser Form noch nie
IPC-Ermittlung von Zen 3 – gab es in dieser Form noch nie (Bild: AMD)

Immerhin geht AMD bei Zen 3 weiter ins Detail: Anwendungen ohne Grafiklast sind fast vollständig unterhalb von 19 Prozent Wachstum zu finden, während Spiele darüber liegen. Die Spiele und VRMark herausgenommen, liegt die IPC-Steigerung noch bei rund 14 Prozent – und damit auf dem Papier unter dem Wachstum von Zen 2 zu Zen 1. Am Ende sind diese Angaben, wie alle Herstellerangaben, also stets mit Vorsicht zu genießen. Das gilt natürlich nicht nur für AMD, auch Intels IPC-Vergleiche ändern sich immer wieder.

IPC-Zuwachs im Testparcours

Für eine eigene Beurteilung der IPC-Entwicklung hat ComputerBase alle vier neuen Ryzen 5000, die jeweiligen direkten Vorgänger sowie Ryzen 7 2700X und Ryzen 7 1800X mit auf 3,6 GHz fixiertem Takt den Anwendungs-Parcours durchlaufen lassen – 3,6 GHz deshalb, damit auch Zen 1 noch mitkommt. Als Speicher kam jeweils DDR4-3200CL14 zum Einsatz, Ryzen 7 1800X (DDR4-2666) und Ryzen 7 2700X (DDR4-2933) waren in diesem Punkt also nicht benachteiligt.

IPC-Gewinn in Anwendungen

In Anwendungen, die Multi-Core-Lasten verursachen, legen alle vier CPUs gegenüber den Vorgängern bei gleichem Kern- und Speichertakt im Durchschnitt um elf Prozent zu. Das ist weniger, als Ryzen 3000 mit Zen 2 auf Ryzen 2000 mit Zen+ zugelegt hat: 16 Prozent gewinnt der 8-Kern-Prozessor Ryzen 7 3800XT gegenüber dem Ryzen 7 2700X bei 3,6 GHz im selben Parcours. Beim Wechsel von Zen auf Zen+ waren es wiederum nur fünf Prozent, wie der Vergleich zwischen Ryzen 7 2700X und Ryzen 7 1800X bei 3,6 GHz zeigt.

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Performancerating Anwendungen (Multi-Core)
Einheit: Prozent
    • AMD Ryzen 9 5950X @ 3,6 GHz
      100
    • AMD Ryzen 9 3950X @ 3,6 GHz
      90
    • AMD Ryzen 9 5900X @ 3,6 GHz
      80
    • AMD Ryzen 9 3900X @ 3,6 GHz
      72
    • AMD Ryzen 7 5800X @ 3,6 GHz
      56
    • AMD Ryzen 7 3800XT @ 3,6 GHz
      50
    • AMD Ryzen 7 2700X @ 3,6 GHz
      43
    • AMD Ryzen 5 5600X @ 3,6 GHz
      43
    • AMD Ryzen 7 1800X @ 3,6 GHz
      41
    • AMD Ryzen 5 3600X @ 3,6 GHz
      39

In den drei Single-Core-Tests legen die Zen-3-CPUs wiederum 14 bis 15 Prozent bei gleichem Takt zu. Beim Schritt von Zen 1 auf Zen+ und von Zen+ auf Zen 2 war es genau andersherum: Hier legten die Prozessoren in Multi-Core-Anwendungen stärker zu.

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Performancerating Anwendungen (Single-Core)
Einheit: Prozent
    • AMD Ryzen 7 5800X @ 3,6 GHz
      100
    • AMD Ryzen 5 5600X @ 3,6 GHz
      100
    • AMD Ryzen 9 5950X @ 3,6 GHz
      100
    • AMD Ryzen 9 5900X @ 3,6 GHz
      99
    • AMD Ryzen 9 3950X @ 3,6 GHz
      87
    • AMD Ryzen 7 3800XT @ 3,6 GHz
      87
    • AMD Ryzen 5 3600X @ 3,6 GHz
      87
    • AMD Ryzen 9 3900X @ 3,6 GHz
      87
    • AMD Ryzen 7 2700X @ 3,6 GHz
      78
    • AMD Ryzen 7 1800X @ 3,6 GHz
      76

Werden die bei 3,6 GHz ermittelten Leistungszuwächse – vorweggreifend – den Gesamtzuwächsen im Anwendungs-Rating gegenüber gestellt, wird klar, dass sich der Leistungszuwachs nicht allein durch den IPC-Gewinn erklären lässt.

IPC-Gewinn in Spielen

IPC-Zugewinne in Spielen zu isolieren ist weitaus komplexer, als es in Anwendungen zu tun, weil die GPU ebenfalls einen Einfluss hat. Exemplarisch hat es ComputerBase trotzdem anhand der CPUs Ryzen 5 5800X und Ryzen 7 3800XT versucht. Für weitere CPUs fehlte die Zeit. Zum Einsatz kamen sechs Spiele aus dem Parcours: Battlefield V, Borderlands 3, Metro: Exodus, RDR2, Total War: Troy und Valorant.

Es zeigt sich, dass Zen 3 gegenüber Zen 2 in diesen Spielen im Durchschnitt fast ausschließlich aus IPC zulegt: 22 von 24 Prozentpunkten gehen darauf zurück. Geradezu beachtlich wirkt sich die neue Architektur auf Valorant aus, wo Zen 3 bei gleichem Takt über 70 Prozent zulegen kann. Ohne Valorant liegt der IPC-Gewinn im Durchschnitt bei 14 Prozent und damit auf dem Niveau des Single-Core-Ergebnisses in Anwendungen. Takt kommt also auch hier als weiterer Einflussfaktor hinzu.

Paarung Zuwachs Multi-Core Zuwachs Single-Core Zuwachs Spiele (FPS)
Aus IPC
5950X vs. 3950X +11 Prozent +14 Prozent
5900X vs. 3900XT +11 Prozent +15 Prozent
5800X vs. 3800XT +11 Prozent +15 Prozent +22 Prozent*
5600X vs. 3600XT +11 Prozent +15 Prozent
Aus Takt
?
insgesamt
5950X vs. 3950X +15 Prozent +24 Prozent
5900X vs. 3900XT +18 Prozent +21 Prozent
5800X vs. 3800XT +19 Prozent +20 Prozent +24 Prozent*
5600X vs. 3600XT +18 Prozent +24 Prozent
* Battlefield V, Borderlands 3, Metro: Exodus, RDR2, Total War: Troy, Valorant, FPS, 1080p

In den Multi-Core-Anwendungen fehlen je nach Modell drei bis zehn Prozent Leistungszuwachs aus anderer Quelle, in den Single-Core-Apps sind es fünf bis zehn Prozent – in den Spielen, mit Ausnahme von Valorant, auch.

Takt-Zuwachs im Testparcours

Neben den Leistungsvorteilen aus Leistung pro Takt ist der Takt unter Last damit ein zweiter Baustein, der Ryzen 5000 zulegen lässt. AMD selbst geht darauf weder öffentlich noch im Reviewer's Guide detaillierter ein. AMD erwähnt lediglich die leicht angehobenen maximalen Boost-Taktraten – je nach Modell sind es 100 bis 200 MHz mehr – und teilt in einem Nebensatz mit, dass sie auch übertroffen werden können. Ist der Takt also kein Thema? Doch, ist er, wie Tests der Redaktion zeigen.

Ryzen 5000 taktet höher als angegeben

Die nachfolgende Tabelle enthält die in HWiNFO mit einem Polling-Intervall von 1.000 ms protokollierten Taktraten. In Blender wurde der durchschnittliche Takt über alle Kerne, in allen anderen Szenarien der jeweils maximal anliegende Takt herangezogen. Das herauszustellen ist wichtig, denn nicht zwangsläufig wird ein Testergebnis mit dem Takt des schnellsten Kernes erklärt. Das gilt insbesondere für Spiele, die oft mehr als einen, aber bei größeren Mehr-Kern-CPUs meistens nicht alle Kerne belasten. Die nachfolgenden Taktanalysen liefern also weitere Erklärungsansätze für das Abschneiden von Ryzen 5000, haben aber nicht den Anspruch, allgemeingültig zu sein.

Davon abhängig zeigt der Blick auf die protokollierten Taktraten: Ryzen 5000 taktet zum Teil wesentlich höher als Ryzen 3000 – auf demselben Mainboard mit derselben BIOS-Version. Im Cinebench R20 erreichen alle vier Ryzen 5000 Taktraten, die über den offiziellen Angaben liegen – auf zwei Platinen (Asus Crosshair VIII X570 Hero und MSI Tomahawk B550) und bei reproduzierbar deaktivierten OC-Maßnahmen.

Der Ryzen 9 5950X überschreitet in diesem Test die 5,0 GHz im Durchschnitt, maximal stehen 5.040 MHz im Log. Das sind 140 MHz mehr als AMD offiziell verspricht. Weil der Vorgänger Ryzen 9 3950X seinen offiziellen maximalen Takt im Benchmark verfehlt, steht am Ende eine Differenz von 393 MHz oder neun Prozent zu Buche – zusammen mit den im Schnitt 15 Prozent IPC-Gewinn in Single-Core-Lasten erklärt sich der Gesamtgewinn von 24 Prozent sehr gut. AMD scheint aus der Diskussion um die Taktraten bei Ryzen 3000 gelernt und die neuen Ryzen 5000 eher konservativ angegeben zu haben.

CPU max. Takt laut AMD Ø CB R20 Single-Core Abweichung
Ryzen 9 5950X 4,9 GHz 5.005 MHz ~100 MHz
Ryzen 9 5900X 4,8 GHz 4.939 MHz ~140 MHz
Ryzen 7 5800X 4,7 GHz 4.845 MHz ~150 MHz
Ryzen 5 5600X 4,6 GHz 4.650 MHz ~50 MHz

Interessanterweise werden im Parcours der Redaktion damit auch die von AMD im Reviewer's Guide bereitgestellten Single-Core-Ergebnisse von allen Ryzen 5000 geschlagen – zuletzt lagen die in der Regel höher als die Werte, die ComputerBase nachstellen konnte.

Interessant sind auch die absoluten Aufschläge auf den Takt in Spielen: Nicht nur beim Topmodell fallen sie noch einmal größer als in der Single-Core-Anwendung aus. Die maximalen Taktraten in Spielen liegen oft nur knapp unter dem von AMD angegebenen maximalen Takt, der traditionell eher Single-Core-Lasten zustand. Ein wenig scheint es so, als hätte AMD den mit Ryzen 3000XT bereits versprochenen Taktvorteil in Teillastszenarien erst richtig mit Ryzen 5000 ausgepackt – Ryzen 3000XT war diesbezüglich eher enttäuschend unterwegs.

Modell Szenario
CB R20 (SC) Blender (MC) BF5 (1080p) F1 2020 (1080p) Troy (1080p)
Ryzen 9 5950X 5.005 4.017 4.796 4.826 4.664
Ryzen 9 3950X 4.612 3.890 4.233 4250 4.109
Delta +393 (+9 %) +127 (+3 %) +563 (+13 %) +576 (+14 %) +555 (+14 %)
Ryzen 9 5900X 4.939 4.308 4.677 4.673 4.505
Ryzen 9 3900X(T) 4.641 4.043 4.280 4.251 4.144
Delta +298 (+6 %) +265 (+7 %) +397 (+9 %) +422 (+10 %) +361 (+9 %)
Ryzen 7 5800X 4.845 4.532 4.719 4.720 4.587
Ryzen 7 3800XT 4.655 4.261 4.432 4.447 4.307
Delta +190 (+4 %) +271 (+6 %) +287 (+6 %) +273 (+6 %) +280 (+7 %)
Ryzen 5 5600X 4.650 4.545 4.650 4.650 4.646
Ryzen 5 3600XT 4.588 4.220 4.361 4.390 4.270
Delta +72 (+2 %) +345 (+8 %) +289 (+7 %) +260 (+6 %) +376 (+9 %)
Alle Angaben in MHz

Die nachfolgenden Diagramme zeigen die Taktverläufe der vier neuen CPUs abschließend noch einmal im Vergleich zu den jeweiligen Vorgängern. Die ausgewiesenen Taktraten korrespondieren mit den Taktraten der Tabelle.

Ryzen 9 5950X vs. 3950X

Ryzen 9 5900X vs. 3900X(T)

Ryzen 9 5800X vs. 3800XT

Ryzen 9 5600X vs. 3600X

Game-Takt Ryzen 9 5950X vs. Core i9-10900K

Abschließend ein Blick auf die Taktraten, die Ryzen 9 5950X und Core i9-10900K in den drei Spielen Total War: Troy, Battlefield 5 und F1 2020 in der Benchmarksequenz erzielen. Wenig überraschend taktet der Intel Core jeweils mit 4,9 GHz und damit dem maximalen Multi-Core-Turbo, während der Ryzen den höchsten Takt deutlich stärker an die Anwendung und jeweilige Anforderung anpasst.

Takt Ryzen 9 5950X vs. Core i9-10900K 4.5004.7004.9005.1005.3005.500MHz 12345678910111213141516171819202122232425  Core i9-10900K: Troy  Core i9-10900K: F1 2020  Core i9-10900K: BF5  Ryzen 9 5950X: Troy  Ryzen 9 5950X: F1 2020  Ryzen 9 5950X: BF5

Cache-Latenz und Cache-Durchsatz

Ein Aspekt, der vor dem Blick in die Spiele- und Anwendungs-Benchmarks noch erfolgen muss, ist der auf Cache- respektive Speicher-Durchsatz und -Latenzen. AMD hatte in diesem Punkt zuletzt deutliche Fortschritte gemacht. Mit dem großen L3-Cache gab es bei Ryzen 3000 bei dessen Latenz zwar einen kleinen Rückschritt, weil mehr Anfragen dort abgefangen wurden, also nicht mehr in den langsameren RAM mussten, sank die Latenz bis zum Zugriff auf die richtigen Daten in vielen Szenarien trotzdem.

Mit AIDA64 ermittelte Benchmarks zeigen, dass Ryzen 5000 insbesondere beim Zugriff auf den RAM die Latenzen deutlich gesenkt hat. Aktuelle Intel Core liegen aber weiterhin in Führung. Auch bei L1- und L2-Cache zeigt Ryzen 5000 positive Tendenzen, bei der L3-Cache-Latenz liegt die neue Architektur hingegen auf dem Niveau mit Zen 2.

Das Resultat dürfte allerdings trügen, weil AIDA64 die Nachteile aus dem Dual-CCX-Design bis inklusive Zen 2 beim Zugriff auf den L3-Cache nicht richtig greift. Denn selbst AMD sagt, dass der größere L3-Cache eben Nachteile bei den Latenzen bringt. Ein Indiz darauf ist die nahezu halbierte Durchsatzrate von Zen 3 gegenüber Zen 2 – die doppelte Größe fordert hier ihren Tribut.

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