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  • Die PCGH-CPU-Historie: Heute mit Sockel 754, 939 und 940

    Im Verlauf dieser Serie möchten wir die wichtigsten CPU-Meilensteine seit Ende des letzten Jahrtausends vorstellen. Diese Woche zeigen wir AMDs Höhenflug mit Sockel 754, Sockel 939 und Sockel 940.

    Mit der K7-Generation hatte AMD Achtungserfolge verbuchen können, doch abseits des Spielermarktes erfolgte der Verkauf meist über den niedrigen Preis. Die Leistungskrone wechselte oft den Besitzer und verblieb schließlich bei Intel. Im Sommer 2003 machte sich AMD daran, diese Vormachtstellung zu zerschlagen. Das Werkzeug: "Sledgehammer" und "Clawhammer", die ersten beiden Kerne der K8-Generation. Der Sledgehammer startet bereits am 23. April, jedoch nur als Server-CPU unter der neuen Marke "Opteron". Endkunden mussten noch fünf Monate zwischen ausgereizten Athlon XP und teuren Pentium 4 wählen, bis am 23. September der Clawhammer als "Athlon 64 3200+" für den Sockel 754 vorgestellt wird.

    Die Retentionmodule der Athlon 64 Plattformen, hier der Sockel 939, waren ein großer Fortschritt gegenüber den empfindlichen Haltenasen und bei vielen Boards fehlenden Befestigungslöcher der Sockel-A-Zeit. Die Retentionmodule der Athlon 64 Plattformen, hier der Sockel 939, waren ein großer Fortschritt gegenüber den empfindlichen Haltenasen und bei vielen Boards fehlenden Befestigungslöcher der Sockel-A-Zeit. Quelle: tomshardware.de Die "64" im Namen betont ein Feature der neuen Architektur: Rechenregister und Adressierung beherrschen 64 Bit große Werte, was bislang Großrechner-CPUs vorbehalten war. Deren speziell entwickelten Befehlssätze konnten die x86-Software der (IBM-compatible-)PC-Welt jedoch nicht oder nur in quälend langsamer Emulation (Intel IA-64) ausführen - eine Einführung auf dem Heimanwendermarkt würde am Henne/Ei-Problem scheitern.

    Dagegen ist die "AMD64"-Architektur eine abwärtskompatible Erweiterung der bewährten IA-32 Architektur, beim Betrieb im "Legacy Modus" haben Anwender keinerlei Nachteile. Der 64-bittige "Long Mode" ermöglicht jedoch die Adressierung von Speichergrößen oberhalb von 4 GiB, außerdem müssen Berechnungen mit großen Zahlen nicht mehr in mehrere Teile zerlegt werden. Ein "Compatibility Modus" ermöglicht es dem Betriebssystem sogar, die Berechnungsart für jedes laufende Programm getrennt festzulegen und so 16/32 Bit Code in einer 64 Bit Umgebung auszuführen (16-in-64-Bit wird Microsoft jedoch nie unterstützten).

    Für AMD ist diese Entwicklung mehr als nur eine Stufe auf dem Weg zu mehr Leistung. Es handelt sich um den größten Schritt in der x86-Welt seit beinahe zwei Jahrzehnten und den ersten erfolgreichen, der nicht von Intel ausgeht. Dort kann man, auf AMDs Vorstoß angesprochen, nur erwidern, dass "Der Endkundenmarkt noch nicht reif für 64 Bit ist". Ganz falsch ist diese Aussage nicht. Ein passendes Windows wird erst Monate später erscheinen und mangels passender Treiber werden viele Nutzer erst nach dem Ende der ersten K8-CPUs umsteigen. Auch 64-Bit-Endanwendersoftware bleibt selten, denn Integerberechnungen mit 64 Bit Genauigkeit werden kaum benötigt. Für aufwendige Gleitkomma-Operationen verwendet man ohnehin die 1999 eingeführten SSE-SIMD Einheit mit bis zu 128 Bit oder die schon 1980 (als Co-Prozessor) verfügbare x87-Einheit mit bis zu 80 Bit Gleitkommapräzision. Die meiste Aufmerksamkeit erhält somit die erweiterte Speicheradressierung. Die anfangs implementierten 40 Bit würden das x86-32 Limit von 4 GiB auf immerhin 1 TiB erweitern. Der Standard im Herbst 2003 liegt allerdings gerade einmal bei 1 GiB.

    Lediglich ein AMD64-Feature hat vom Start weg Potenzial im Desktopsegment: die Erweiterung von 8 auf 16 Register. Im Vergleich zu den insgesamt 320 Registern (davon 128 universell nutzbar) eine Itaniums erscheint die Zahl immer noch klein, doch optimierte Software könnte bis zu 30% schneller laufen, weil mehr Werte unmittelbar für Rechenoperationen bereitstehen. Bedingung ist aber auch hier die Kombination von 64-Bit-CPU mit 64-Bit-Betriebssystem und 64-Bit-Software und so beginnt das große Warten von Softwareentwicklern auf eine Verbreitung der Systeme - das große Warten der Nutzer auf eine problemlose 64-Bit-Umgebung.

    Über den Erfolg der CPU entscheiden letztlich Eigenschaften, die mit AMD64 gar nichts zu tun haben - denn der Athlon 64 ist auch eine vorzügliche 32-Bit-CPU. Verantwortlich hierfür ist nicht der Prozessorkern, der eher eine Evolution des K7-Designs ist, sondern sein Umfeld: AMD hat die komplette Plattform umgestellt und den Front-Side-Bus abgeschafft. Dieser stellte bisher die performancekritische Verbindung zwischen CPU und Speichercontroller her. Letzteren verlagert AMD bei K8 aus der Northbridge direkt in die CPU. Die Integration führt zu einem komplexeren DIE, verkürzt aber die Latenzen für Zugriffe auf den Speichercontroller deutlich. Die Single-Channel-Ausführung desselbigen im Sockel 754 ist zwar ein Rückschritt gegenüber Dual-Channel-Chipsätzen wie Nvidia Nforce2 und Intel i875, doch Front-Side-Bus-limitierte Sockel-A-Systeme hatten ohnehin kaum von der aufwändigen Dual-Channel-Technik profitiert. So steht Sockel-754-CPUs die gleiche Bandbreite zur Verfügung wie den schnellsten Sockel-A-Modelle, die kurzen Latenzen sorgen jedoch für einen deutlichen Performanceschub.

    "Deutlich" heißt in diesem Fall: Der Athlon 64 3200+ deklassiert den Pentium 4 3,2. In optimierten Anwendungen und einigen Benchmarks, die von HyperThreading profitieren, kann sich Intel zwar behaupten, aber im Durchschnitt und insbesondere in Spielen hat AMD klar die Nase vorn - bei geringerem Stromverbrauch für die Gesamtplattform. Unterstützt wird die höhere Effizienz von einer weiteren Neuerung. Mit "Cool'n'Quiet" verfügt der Athlon 64 als erste Desktop-CPU über einen Stromsparmodus für den Betrieb bei geringer Last. Anfangs von Bugs geplagt, entwickelt sich die Technik spätestens mit dem Wechsel Intels vom Northwood zum heißeren (aber nicht schnelleren) Prescott-Kern zu einem wichtigen Verkaufsargument.
    Getrübt wird die grandiose Premiere allenfalls von zwei Details. Zum einen erfordert der Single-Channel-Speichercontroller oft eine Senkung des Taktes, wenn mehr als zwei Module verwendet werden. Zum anderen gelingt es Intels extrem teuren und zu diesem Zeitpunkt kaum verfügbaren Pentium 4 3,2 Extreme Edition, den Athlon 64 knapp zu schlagen.

    Die Lebensspanne des Server-Sockels 940 als Basis für Enthusiast-CPUs war noch kürzer, als die des Sockel 423. Die Lebensspanne des Server-Sockels 940 als Basis für Enthusiast-CPUs war noch kürzer, als die des Sockel 423. Quelle: computerbase.de Als Antwort nimmt AMD seinerseits eine Server-CPU, verpasst ihr einen Desktopnamen - und ebenfalls ein 1.000-US-Dollar-Preisschild. Dem Sledgehammer-Kern des "Athlon 64 FX-51" hat Intel nichts mehr entgegenzusetzen. Selbst in Benchmarks mit der Q3-Engine, seit Jahren eine Netburst-Hochburg, sichert man sich souverän die Leistungskrone.
    Potenzielle Käufer stellt AMD allerdings vor eine schwierige Entscheidung, denn nur der Name der CPU wurde an den Desktopeinsatz angepasst. Neben dem Server-Sockel 940, dessen Einsatz aufgrund des Dual-Channel-Interfaces unvermeidbar ist, zwingt der Einsatz des Athlon 64 FX somit auch zum Kauf von Registered-RAM. Dessen indirekte Ansteuerung ermöglicht in Servern den stabilen Betrieb mit mehr und größeren Speichermodulen, im Desktopeinsatz fällt er jedoch primär durch hohe Preise und hohe Latenzen auf. Im Gegenzug werden alle FX-Modelle mit freiem Multiplikator geliefert - einem Übertakter-Komfort, den es offiziell seit Sockel-7-Zeiten nicht mehr gab.

    In der restlichen Plattform gleichen sich Athlon 64 und Athlon 64 FX. So erfolgt, nach Wegfall von Front Side Bus, die Anbindung des Chipsatzes bei beiden über eine "HyperTransport" genannte Punkt-zu-Punkt-Verbindung. Diese bietet die gleiche Funktionalität, in der der Front Side Bus zuletzt eingesetzt wurde, lässt sich dank einfacheren Aufbau aber von Anfang an mit DDR1600 betreiben. Im Server-Bereich dient die gleiche Technik auch der Kommunikation zwischen mehreren CPUs oder mit speziellen Co-Prozessoren, im Desktopbereich wird sie schlussendlich nur Nvidia für die Kommunikation zwischen Chipsatzkomponenten einsetzen - wenn es denn überhaupt mehrere gibt. Beim beliebten Nforce 3 verzichtet man gleich komplett auf die althergebrachte Zweiteilung und vereinigt alle Funktionen in einen Chip, denn nach Wegfall des Chipsatzes bleibt für eine "Northbridge" nur noch die Verbindung von CPU-HT-Link, Grafikkarte und Southbridge. Auch spätere Nvidia-High-End-Chipsätze werden nur zur Integration eines zweiten PCI-E x16 Controllers eine zweite Komponente verwenden, während die sogenannte "Northbridge" bei späteren ATI-Chipsätzen eine reine HT-PCI-E-Bridge darstellt.

    Die Retentionmodule der Athlon 64 Plattformen, hier der Sockel 939, waren ein großer Fortschritt gegenüber den empfindlichen Haltenasen und bei vielen Boards fehlenden Befestigungslöcher der Sockel-A-Zeit. Die Retentionmodule der Athlon 64 Plattformen, hier der Sockel 939, waren ein großer Fortschritt gegenüber den empfindlichen Haltenasen und bei vielen Boards fehlenden Befestigungslöcher der Sockel-A-Zeit. Quelle: tomshardware.de Die einheitliche Anbindung der Chipsätze über einen HT-Link und der davon getrennte Speichercontroller machen sich auch bei der nächsten großen Neuerung für die Athlon 64 Familie bemerkbar - im positiven wie auch im negativen Sinne. Zwischenzeitlich hatte AMD die Produktpalette mit verschiedenen Taktfrequenzen vom 2800+ bis zum 3400+ ausgebaut und in Form des "Newcastle"-Kerns Modelle mit halbiertem L2-Cache (512 KiB statt 1024 KiB) eingeführt, die die gleiche Bezeichnung wie Clawhammer-Athlon 64 mit 200 MHz geringerem Takt erhielten. Im Juni 2004 führt AMD einen dritten Faktor ein, der sich auf die Leistung und damit Namensgebung auswirkt: Der Sockel 939.

    Dieser bietet ebenfalls ein Dual-Channel-Interface wie der Sockel 940, verwendet jedoch günstigen unregistered RAM wie der Sockel 754. Zur Freude der Hersteller ermöglicht die Integration des Speichercontrollers in die CPU diese Umstellung, ohne neue Chipsätze zu erfordern, die alten Modelle sind zu 100% kompatibel mit den neuen CPUs und umgekehrt werden neu entwickelte Chipsätze später auch für den Sockel 754 verwendet werden. Dieser bleibt für günstige, leistungsschwache CPUs der Sempron-Reihe noch jahrelang im Programm, denn Single-Channel-Mainboards lassen sich mit weniger PCB-Layern und damit günstiger realisieren. Kunden sehen die neue Plattform unterdessen mit gemischten Gefühlen, denn sie ist weder zu Sockel-754- noch zu Sockel-940-Prozessoren kompatibel. AMD wird nach dem Athlon 64 3700+ und dem Athlon 64 FX-53, die nur 400 MHz respektive 200 MHz schneller sind, als 3200+ und FX-51, auch keine neuen High-End-CPUs mehr für diese Plattformen anbieten. Aufrüster, die eine jahrelange Abwärtskompatibilität nach Vorbild des Sockel A erwartet hatten, sind entsprechend enttäuscht.

    Doch der Unmut währt nicht lange und der Sockel 939 wird zum größten Erfolg in AMDs Geschichte. Nach dem Start mit Newcastle und Clawhammer, letzterer auch als Athlon 64 FX, stellt AMD auf 90-nm-Fertigung um und kann so Stromverbrauch und Herstellungskosten weiter senken. Weitere Verbesserungen des Fertigungsverfahrens führen zum "Venice"-Kern mit 512 KiB L2 Cache und dessen 1.024 KiB Ableger San Diego. Dieser stellt als FX-57 mit der Kombination aus 2.800 MHz, Dual-Channel-Interface und 1.024 KiB L2 Cache schließlich die schnellste Variante eines "Athlon 64"-Kerns dar. Die non-FX-Modelle stagnieren mit dem 4000+ weiterhin bei 2.400 MHz mit 1.024 KiB respektive 2.600 MHz mit 512 KiB L2-Cache auf dem Niveau der Sockel 754 Modelle und ziehen ihre Mehrleistung aus dem schnelleren Speicherinterface.

    Am 31. Mai 2005 ändert AMD dies mit der nächsten Entwicklungsstufe der AMD64-Architektur. Der "Athlon 64 X2" vereint zwei vollwertige K8-Kerne mit je 512 KiB ("Manchester"-Kern) oder 1.024 KiB ("Toledo") auf einem DIE, die über eine schnelle Crossbar mit dem bekannten Speichercontroller verbunden sind. Es handelt sich zwar nicht um die erste Dual-Core-CPU am Markt, denn Intels Pentium Extreme Edition 840 wurde bereits am 18. April vorgestellt und bezahlbare Pentium D Modelle sind seit Mitte Mai verfügbar, doch AMD kann endgültig die hohe Effizienz der K8-Architektur geltend machen. Während die Intel-Dual-Cores trotz deutlich verringertem Takt eine kaum akzeptable Abwärme produzieren, kann AMD beim Athlon 64 X2 4800+ jeden Kern mit der Leistung eines Athlon 64 4000+ betreiben und muss die TDP kaum über den ertragbaren Wert eines FX-57 anheben.

    Der Athlon 64 X2 besticht jedoch nicht nur durch seine konkurrenzlose Leistung und Effizienz, sondern auch durch seine Multithreading-Fähigkeit. Damit hat AMD den letzten kleinen Vorteil der Intel-CPUs aufgeholt: Den seit Einführung des Pentium 4 HT bestehenden Bedienkomfort bei ausgelastetem System und Leistungsvorteil bei entsprechend optimierten Anwendungen. Da die Chipsätze der AMD-Plattform auch den schlechten Ruf ihrer Sockel-A-Vorfahren abgelegt haben, führt in der zweiten Jahreshälfte 2005 kein Weg mehr AMD vorbei. Selbst große Komplett-PC-Hersteller nehmen zunehmend AMD-Rechner in ihr Programm auf, obwohl Intel mit unlauteren Rabatten und Zuschüssen lockt.

    Die Krönung des Sockel 939 wird schließlich der im Januar 2006 erscheinende Enthusiast-Dual-Core FX-60 mit 2,6 GHz. Mit den nächsten Neuvorstellungen im Mai wird der Sockel 939 nach zwei Jahren Einsatz zusammen mit dem Sockel 754 in den Ruhestand geschickt - doch davon nächstes Mal.

    Nächste Woche in der PCGH-CPU-Historie:
    Sockel 775 - Intels Wiederauferstehung

    Bisher erschienen in der CPU-History-Serie:
    Die PCGH-CPU-Historie: Heute mit Sockel 423 und 478
    Die PCGH-CPU-Historie: Heute mit dem Sockel A und Slot A von AMD

    Wissenswert: Mehr Informationen zum Thema finden Sie in:
    AMD Zen ab 2017: Alles zu Release-Termin, CPU-Sockel, technische Daten [Update]
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    Es gibt 6 Kommentare zum Artikel
    Von Entelodon
    ich war anno domini 2003 echt platt als amd intel mit 1ghz weniger takt das wasser abgegraben hatte (fx-51 vs p4 ht…
    Von PC-Doc
    Guter Artikel,genau wie schon die anderen beiden,da könnt man fast nostalgisch werden,kenne und hatte fast alle bisher…
    Von Flotter Geist
    Hatte auch mal nen FX60 ,war wirklich ein guter Prozessor.
    Von Dr Bakterius
    754 und 939 hatte ich auch, nur fand ich es komisch das der S 939 nach so kurzer Zeit verschwand im Verhältnis zu den…
    Von euMelBeumel
    Wunderbarer Artikel Die K8-Architektur zusammen mit dem Sockel 939 schlug damals echt ein wie eine Bombe, alle meine…
      • Von Entelodon PC-Selbstbauer(in)
        ich war anno domini 2003 echt platt als amd intel mit 1ghz weniger takt das wasser abgegraben hatte (fx-51 vs p4 ht 3200)... der k8 war sicher der grösste achtungserfolg amd's... hatte leider erst genug geld zusammengekratzt als intel bereits den conroe auf den markt geworfen hatte... kaufte aber trotzdem den 5000+ (ich wartete doch nicht umsonst 3 jahre...)
      • Von PC-Doc PC-Selbstbauer(in)
        Guter Artikel,genau wie schon die anderen beiden,da könnt man fast nostalgisch werden,kenne und hatte fast alle bisher beschriebenen Systeme.Bei Intel den 286er,386er,486er,Pentium 1,2,3 und 4,Sockel 423,478,775,1156. Bei AMD angefangen von Sockel 7,über Slot,462,754,939,AM2+. IdR. hatte ich immer mind. je 1 System von Intel und AMD,außer momentan,z.Z. ist bei mir alles Intelbetrieben,halt warten aufn Bulli.
        Aber wenn ich so zurückdenke,hab ich doch schon ein schönes Stück CPU-Geschichte selbst miterlebt,es gab viele gute Prozzis und einige hab auch ich heute noch.
        Ich hoffe nur es bleibt auch in Zukunft weiterhin spannend auf dem Prozessormarkt.
      • Von Flotter Geist Software-Overclocker(in)
        Hatte auch mal nen FX60 ,war wirklich ein guter Prozessor.
      • Von Dr Bakterius Flüssigstickstoff-Guru (m/w)
        754 und 939 hatte ich auch, nur fand ich es komisch das der S 939 nach so kurzer Zeit verschwand im Verhältnis zu den anderen Sockeln. Seit der Zeit werkelt wieder Intel im Rechner, aber ein S 939 System steht noch im Keller
      • Von euMelBeumel BIOS-Overclocker(in)
        Wunderbarer Artikel Die K8-Architektur zusammen mit dem Sockel 939 schlug damals echt ein wie eine Bombe, alle meine Kumpels mit Athlon XP oder gar P4 hatten echt das Nachsehen bei meinem übertakteten 4000+ und Opteron Selbst heute macht die Architektur echt noch Spaß, mMn der beste Wurf seitens AMD überhaupt (bezogen auf CPUs).
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Rückblick
Im Verlauf dieser Serie möchten wir die wichtigsten CPU-Meilensteine seit Ende des letzten Jahrtausends vorstellen. Diese Woche zeigen wir AMDs Höhenflug mit Sockel 754, Sockel 939 und Sockel 940.
http://www.pcgameshardware.de/CPU-Hardware-154106/Specials/Rueckblick-816107/
27.03.2011
http://www.pcgameshardware.de/screenshots/medium/2011/03/c3200_.jpg
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