Intel Broadwell "K"/H FAQ: Abschließende Übersicht

Anmerkung: Inzwischen hat Intel Broadwell-H offiziell veröffentlicht. PC Games Hardware konnte ein Engineering Sample des Core i7-5775C ergattern, der im Test für eine Überraschung gut ist: Nicht nur der GPU-, sondern auch der CPU-Part fällt trotz deutlich niedriger Taktraten schneller aus als der i7-4790K. Der L4-Cache leistet hier ganze Arbeit.

Nach Intels ursprünglichem Tick-Tock-Schema hätte im Frühsommer 2014 kein Haswell-Refresh, sondern der geshrinkte Nachfolger Broadwell erscheinen sollen. Aber die neue 14-nm-Fertigung war zu diesem Zeitpunkt noch weit von wirtschaftlichen Yield-Raten entfernt, wie Intel ungewohnt offen eingestand. Erst im vergangenen Herbst konnten zwei Fabriken die 14-nm-Serienfertigung aufnehmen und die Veröffentlichung von mobilen Broadwell-Y- (Core M) sowie -U-Prozessoren vorbereiten. Ausreichende Kapazitäten für weitere Produktlinien (vor allem für die "großen" Broadwells) sollen im laufenden, ersten Halbjahr 2015 zur Verfügung stehen. Zeit für einen Überblick, denn Intel hat vom einzelnen Transistorbestandteil bis zur Mainboard-Integration eine Vielzahl von Optimierungen vorgenommen.

Klein und kleiner: 14 Nanometer in Broadwell

Die Verkleinerung der feinsten fertigbaren Struktur auf diesmal "echte" 14 Nanometer nutzt Intel für entscheidende Optimierungen am Aufbau der Transistoren. Bereits in der letzten Generation wurden schlanke, vertikal orientierte FinFETs eingeführt. Bei diesen umschließt die Gate-Elektrode Substratmaterial von oben, während sie bei herkömmlichen planaren Transistoren nur flach aufliegt. Intel spricht aufgrund des dreiseitigen Kontaktes auch von "Tri-Gate"- Transistoren und erzielt dank der größeren Kontaktfläche höhere Schaltgeschwindigkeiten. Obwohl für einen Transistor mehrere derartige Grate kombiniert werden müssen, reduzierten die schmalen FinFETs zudem den Platzverbrauch. Mit der 14-nm-Fertigung wird nun die zweite FinFET-Generation eingeführt. Diesmal konnte die Höhe der Grate über der umgebenden Isolationsschicht von 34 nm auf 42 nm gesteigert werden. Zugleich wurde die Breite im aktiven Bereich weiter reduziert. Die vergrößerte Oberfläche und das schlankere Material ermöglichen nicht nur schneller reagierende Transistoren und damit höhere Taktraten bei niedrigerer Spannung; Intel konnte auch den Abstand zwischen benachbarten Grate von 60 nm auf 42 nm reduzieren.

Vor allem aber reichen von den neuen, höheren Graten zwei Stück statt bisher drei für ein funktionales Schaltelement. Intel hofft deswegen, in der 14-/16-nm-Fertigungsgeneration erstmals nicht nur einen Zeit-, sondern auch Größenvorsprung vor TSMC, IBM und Globalfoundries zu haben. In der Vergangenheit konnte man neue Fertigungsstufen zwar meist deutlich früher einführen als die Konkurrenz, hatte in der Praxis aber einen etwas höheren Platzbedarf pro Transistor.

Quelle: Intel Im Elektronenmikroskop gut zu erkennen: Die vermeintlich geringe Steigerung der Grat-Höhe vergrößert den Kontaktbereich zum Gate deutlich.

Verschaltung der Transistoren

Quelle: Intel Intel macht nur relative Angaben zu den Kosten pro Transistor. Endkundenpreise unterliegen ohnehin weiteren Faktoren, bereits 22-nm-CPUs erreichen 1/10 von 130 nm. Während die Transistoren "nur" um 30 % schrumpfen, konnte Intel eine Ebene höher – bei der Verschaltung derselben – sogar eine 35-prozentige Verbesserung erzielen. So schrumpft die Feinheit des Interconnect-Rasters von 80 auf 52 nm und ermöglicht deutlich kompaktere Schaltungen. In Kombination mit den feineren Transistoren sinkt beispielsweise der Platzverbrauch einer einzelnen SRAM-Speicherzelle, etwa für Caches, um fast die Hälfte von 0,11 μm² auf 0,06 μm².

Trotz der höheren Fertigungskosten pro Wafer reduziert sich so der Preis pro Transistor stärker als beim vergangenen Wechsel von 32 auf 22 Nanometer. Direkte Rückschlüsse auf die Endkundenpreise sind allerdings nicht möglich: Im Vergleich zur 130-nm-Generation sollen die Kosten pro Transistor auf 10 Prozent fallen. Beispielsweise für das 999-US-Dollar-Topmodell würde man somit die zehnfache Transistoren-Menge erwarten, wie beim Gallatin-P4EE mit 169 Millionen Transistoren. In der Realität sind aber bereits Ivy-Bridge-E-CPUs mit 1,86 Milliarden Transistoren ein Stück größer, trotz 22-nm-Fertigung aber nicht teurer.

Sparsamer: Das große Broadwell-Ziel

Quelle: Intel Spannungssenkungen nahe der Schwellenspannung eines Transistors reduzieren dessen Verbrauch kaum. Intel schaltet die BDW-GPU deswegen kurzzeitig ganz ab. Neben effizienteren Transistoren soll auch die Architektur selbst zu diesem Ziel beitragen. Laut Intel erzielt ein neues Turbo- und Power- Management in Kombination mit den anderen Optimierungen einen 60 % geringeren Verbrauch im Leerlauf. Deutlich verlängerte Akkulaufzeiten bei normaler Nutzung sind die Folge. Auch die CPU-Kerne tragen mit weiter optimiertem Power-Gating zur Senkung des Stromverbrauchs bei, indem einzelne Bereiche stillgelegt werden. Im Bereich der GPU geht dies so weit, dass auch bei kontinuierlicher Belastung nicht zwingend dauerhaft gearbeitet wird. Stattdessen wechseln sich im untersten Lastbereich Ruhe- und Rechenphasen ab. So kann die Effizienz auch dort noch gesteigert werden, wo niedrigere Taktraten kaum Stromersparnis erbringen und Dauerbetrieb mehr Leistung als nötig umsetzt.

Broadwell: CPU-Teil theoretisch nicht schneller

Leistungsmäßig ändert sich an der CPU zumindest auf dem Papier dagegen wenig. Zwar wurden einzelne Rechenoperationen teilweise deutlich beschleunigt und die TLBs zur Cache-Verwaltung erweitert. Im Wesentlichen betreibt Intel aber die übliche Generationspflege mit überarbeiteter Sprungvorhersage und einzelnen neuen Befehlen für bestimmte (Kryptografie-)Anwendungen. Im durchschnittlichen Betrieb gibt Intel einen mageren Leistungsgewinn von 5 % pro Kern und Takt an. Die Kern-Anzahl im Consumer-Segment bleibt hierbei auf maximal vier beschränkt; der Takt ist wegen der niedrigen TDP von 65 Watt auch vergleichsweise niedrig angesetzt. In der Praxis verhilft den Desktop-Broadwell-Modellen aber der 128 MiByte große EDRAM-Cache zu unerwarteten Leistungssprüngen. Trotz deutlich niedrigerem Takt kann der Core i7-5775C den i7-4790K in der Praxis ausstechen – mehr dazu in unserem Test.

... die GPU dagegen schon

Dank erneuerter Architektur mit mehr Textur- und Geometrieleistung sowie 20 Prozent zusätzlicher Ausführungseinheiten (24 statt 20) rennt die bei Broadwell-U derzeit gängige HD Graphics 5500 dem Vorgänger HD 4400 laut Intel um 22 Prozent im 3D Mark Ice Storm Unlimited davon – trotz 150 MHz geringeren Turbotaktes und daher nur knapp 4 Prozent höherer Rechenleistung. Für die Iris Graphics 6100 erwartet Intel eine rund 50 Prozent höhere Performance als bei der HD 5500 – hier begrenzt wohl die Speicherübertragungsrate die Performance stärker.

In Sachen unterstützter Standards bleibt Intel konservativ: Direct X 11.2 erfüllt die Hardware sowieso schon, für Direct X 12 wird es passende Treiber geben ("API support"), aber echte Hardware-Unterstützung ("DX12 Feature Level 12.0/12.1") bringt erst der Broadwell-Nachfolger Skylake. Open CL 2.0 hingegen wird es geben, ebenso Open GL 4.3 – Ultra-HD nur mit 24 Hz über HDMI. Die integrierten Video-Beschleuniger dekodieren nun auch das neue HEVC/H265.

Die "großen" Broadwells

Broadwell-H umfasst beim Sockel 1150 den Core i5-5675C sowie den i7-5775C, die erstmals gesockelte CPUs eine Iris-Pro-GPU beherbergen. Wie schon angesprochen können sich die Modelle lohnen, wenn man unbedingt jetzt aufrüsten muss, ansonsten könnte sich das Warten auf Skylake mit Sockel 1151 lohnen. Im Mobile-Bereich bringt Intel Broadwell-H in Form von fünf Modellen mit 47 Watt TDP, wovon der Core i7-5700HQ mit beschnittener GPU für Notebooks interessant sein dürfte, die eine dedizierte Grafikkarte spendiert bekommen. Eine Übersicht zu den CPUs finden Sie nachfolgend:

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Intel Broadwell "K"/H FAQ: Abschließende Übersicht Mit Broadwell-Y alias Core M sowie den größeren Broadwell-U-Modellen hat Intel die aktuelle CPU-Generation eingeläutet, während Desktop-Nutzer noch mit Haswell (als Refresh) Vorlieb nehmen müssen. PC Games Hardware fasst Intels offizielle Angaben zur Broadwell-Architektur und darüber hinaus die Gerüchte zu den großen Vierkernern zusammen.

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