14 CPU-Generationen im IPC-Vergleichstest: Wie schnell sind Zen 3 und Alder Lake?
Wir vergleichen die Pro-MHz-Leistung von 14 CPU-Generationen und verpacken dies in spezielle Benchmarks, welche die Unterschiede besser aufzeigen können. Ein IPC-Test beinhaltet den Vergleich bei gleicher Taktfrequenz und sonst identischen Testbedingungen. Wie werden Zen 3 und Alder Lake abschneiden?
In diesem Artikel
Prozessoren können auf verschiedene Arten weiterentwickelt werden. Die bekanntesten sind die immer noch mit mehr Leistung gleichgesetzte, historisch vertraute höhere Megahertz-Zahl und zusätzliche Prozessorkerne. Letztere werfen nach dem einfachen Prinzip "viel hilft viel" weitere identische Ressourcen auf ein Problem in der Hoffnung, es würde helfen. Mit diesen beiden Ansätzen gibt es allerdings zunehmend Probleme. Reine Megahertz - regelmäßige PCGH-Leser wissen das natürlich - sagen nur innerhalb einer einzigen CPU-Familie etwas aus. Für den Vergleich zwischen AMD- und Intel-Modellen taugen sie spätestens seit den Zeiten des in Frieden ruhenden Pentium 4 nicht mehr. Auch die Kernzahl ist kein hinreichendes Maß für die Leistungsfähigkeit eines Prozessors, was Vergleiche zwischen Threadripper- und einfachen Desktop-CPUs deutlich aufgezeigt haben. Zudem haben wir spätestens seit Coffee-Lake-R ein TDP-Chaos. Viele Mainboards halten sich nicht an die Vorgaben und geben dem Prozessor ein höheres Energiebudget an die Hand, als eigentlich vorgesehen ist. Die Leistung erhöht sich dann auf Kosten der Effizienz, besonders deutlich sieht man das beispielsweise an Rocket Lake. Hier muss man AMD lobend erwähnen, die es geschafft haben, von Zen 1 bis Zen 3 klare TDP-Verhältnisse zu schaffen, während sich Intel mit Alder Lake schließlich an gar keine Vorgaben mehr hält und die Boost-TDP einfach als Standard gesetzt hat. Doch dies haben wir für die IPC-Benchmarks ausgeblendet.
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14 CPU-Generationen im IPC-Vergleichstest: Die Testbedingungen
Wir abstrahieren für diesen Artikel von einzelnen CPU-Modellen auf bekannte Architekturen. Konkret bedeutet das: Wir vergleichen auf den folgenden Seiten keine einzelnen Prozessor-Modelle (Produkte), sondern deren zugrunde liegende Architektur. Wir unterscheiden allerdings bei der Menge des verbauten L3-Caches, da dieser essenziell für die Performance in Spielen ist. Für die Benchmarks ziehen wir sowohl bewährte und praxisnahe Tests aus unserem CPU-Benchmark-Parcours als auch etwas synthetischere Benchmarks heran, um die Unterschiede zwischen den einzelnen Architekturen aufzuzeigen. Wie immer laufen unsere Spiele-Benchmarks in maximalen, den Prozessor belastenden Details, jedoch ohne rein optische Schmankerl wie anisotrope Texturfilterung (AF) oder Kantenglättung (AA). Zudem nutzen wir durch die Bank 1.280 x 720 Bildpunkte, um die Grafikabhängigkeit minimal zu halten. Auch bei den Anwendungstests beschränken wir die Last einzig und allein auf die CPU.
Da etwaige Turbo-Funktionen zum kurzzeitigen oder lastabhängigen Anheben des Prozessortaktes bei unserem Vorhaben genauso stören wie Stromsparmechanismen, die den Prozessor kurzzeitig in den Ruhemodus versetzen, aber auch immer wieder einige Taktzyklen zum "Aufwachen" benötigen, haben wir - anders als in unseren regulären CPU-Tests - solche Funktionen im BIOS/UEFI der jeweiligen Mainboards komplett deaktiviert. Zudem laufen unsere Testkandidaten im Rahmen der PLL-Genauigkeit mit festgelegten 3,2 GHz. Diese Taktfrequenz ist nötig, um auch ältere Architekturen abzuholen. Zu Zeiten von Zen-1 und Sandy-Brigde-Prozessoren war ein automatischer Boost-Takt von 5 GHz noch kein Standard. Zudem verlagern besonders niedrige Taktraten den Fokus der Messungen in Richtung der reinen Rechenwerke. Größere Diskrepanzen zwischen ebendiesen und dem sogenannten "Uncore"-Takt, also der Geschwindigkeit des Speichercontrollers und der Kommunikationsschaltkreise zwischen den einzelnen Kernen, sind jedoch die Regel. Apropos RAM: Dieser taktet inklusive Timings bei jeder DDR3/4/5-Generation gleich, allerdings sind moderne Architekturen eher in der Lage, mehr Leistung aus diesem Umstand herauszuholen.
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PCGH Plus: Es ist PCGH-Tradition, jährlich den Benchmarks-Parcours auf Vordermann zu bringen. Wir garnieren das wieder mit einer aktuellen Kaufberatung auf Basis der Ergebnisse. Der Artikel stammt aus PC Games Hardware 03/2022.
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Prinzipiell takten alle CPUs mit 3,2 GHz, was nötig ist, da ältere Modelle einfach keinen höheren Takt fahren können. Für den reinen IPC-Vergleich arbeiten sie jedoch mit maximal vier Kernen, Hyper Threading alias SMT sind deaktiviert. In zusätzlichen Benchmarks haben wir diese Techniken - sofern unterstützt - aktiviert. Zudem können alle Prozessoren auf ein offenes Power-Limit zugreifen, was ein energiebedingtes Heruntertakten verhindert. Jede Generation mit DDR3-Unterstützung setzt auf DDR3-1600 bei CL9-9-9-24-1T bei 1,65 Volt, jede DDR4-Plattform auf DDR4-2933 CL16-16-18-38-1T bei 1,35 Volt und die Alder-Lake-DDR5-Plattform auf DDR5-4400 CL40-40-40-80 bei 1,25 Volt. Ferner kommt bei jedem Test auch der gleiche CPU-Kühler (MSI Coreliquid K360) sowie die gleiche Grafikkarte, eine Asus RX 6900 XT TUF Gaming zum Einsatz. Windows hat während des Testzeitraums keine Updates erfahren, ebenso wenig der Grafik- oder andere Treiber. So entstehen die Unterschiede der einzelnen Generationen tatsächlich nur unter der CPU-Haube sowie an der Menge des vorhandenen L3-Caches, welcher sich auf die Leistung auswirkt.
Ich konnte durch viel testen das von dir geschrieben ebenso feststellen. Habe ja den unterschied von 3,7(Standard takt rate beim 5950x) mit 4,3 GHz (ebenso beim 5950x) mit einem sehr kleinen Plus und sogar weit weniger als ich erwartet hatte, feststellen.
Auch sah ich den kleinen Plus durch gleichen takt zwischen 5700g zu 5800x wo dann mit der selben Taktrate getestet wurde. Da war der plus ebenso sehr gering und das obwohl es zwischen 16 und 32 MB war. Also im Grunde noch nicht mal der noch mehr l3 cache den man so bei den x3d so sieht. Ich ging zuvor davon aus das das normale Verhältnis also normale Menge man nen riesen unterschied sehen würde.
Auch dann verglich ich noch den Unterschied vom 2990wx zum 3970x an. Wenn man das genau anschaut haben beide gleich viel l1, l2 und l3 cache pro Kern. Nur das halt l3 cache beim 3970x mehr wahr. Sonst hat sich da ja nicht viel getan. Das spiegelt sich auch mit minimaler Leistungsteigerung wieder.
Ich habe also alles genau angeschaut und ja das ist ein sehr guter Vergleich.
Und auch das ab einer gewissen Menge an Kerne smt/ht sogar die Leistung mildert weil es dann zu viele threads sind.
Es kann also nur eine Erklärung geben, bei den 32 Kerner, das diese zu wenig register haben um smt ebenso zu füttern. Oder das die Anwendung nicht genug Befehle erzeugen kann sodas dann die register nicht ausreichend gefüttert werden können,weshalb dann smt Leistung kostet. Oder das die anwendung so schlecht ist das dies ebenso leistung kostet.
Was auch immer die Erklärung dazu ist, ist ne gute frage. Ich habe ja den progmiercode nicht und kann nur vermuten.
Fakt ist, ich verwendete bei allen den genannten CPUs 2 x die selbe anwendung.
Zurzeit scheint wohl das betriebstem was nicht zu stimmen, weshalb wohl der 5950x langsamer als vor einiger Zeit zu sein. Das os spielt also ebenso ne gehörige Rolle.
Naja wenn ich aber bedenke wie knapp der 5950x dem 3970x mit nur 6 % dahinter ist. Also register hat ja der 3970 x mehr. Wenn das also stimmen würde, müsste der 3970x weiter weg sein. Das es bei mir nicht der Fall. Register scheint also auch keine Wunder Waffe zu sein. Und IPC bei 2 die selbe Software gleichzeitig hat auch noch keiner berechnet. Macht halt kaum einer. Und ja die Software ist so schlecht das ich das ohne 2 x die selbe Software nicht ausnutzen kann also die 16 Kerne.
Ich hoffe ich kann in Zukunft dennoch mehr leistung erwarten.
Und was meinst du mit compute Leistung. Ich dachte das wäre bei der gpu der Fall und deren games,nicht aber bei den arbeitsanwendung.
Zocken steht bei mir jedenfalls ganz hinten an. Für mich steht die arbeitsanwendung auf Platz 1.
Wenn ich also nicht unwandle langweilt sich meine CPU zu Tode.
Darum war auch das zögern beim threadripper 3970x sehr stark gewesen. Der hohe Preis machte es nicht leicht. Und die geringe mehr Leistung machte die Sache ebenso nicht einfach.
Zurzeit wandle ich also 20%(manchmal sogar noch weniger pro tag) um und der Rest ist nur idle wenn man es genau nimmt.
Da verbraucht halt im idle der 3970x auch mehr Strom als ein ryzen CPU.
Naja ob ich mir jemals einen holen werde, ist sehr fraglich. Angesichts der immer stärker werdenden ryzen CPU,wohl eher nicht denke ich mal.
IPC=Instructions per Clock das heißt wenn die CPU dank mehr Cache weniger lang auf Infos warten muss kann sie öfter rechnen also mehr instructions per clock machen. Oder ?
Um den Einfluss von L3 Caches auf die Performance abzubilden, greift man stattdessen zu einer anderen Metrik, nämlich Performance per Clock (PPC). IPC und PPC wird von Laien oftmals miteinander vermischt, was aber streng genommen falsch ist.
PPC skaliert in der Regel auch nicht linear mit dem Takt. Eine der bekanntesten Benchmarks, um die PPC zu bestimmen, ist SPEC CPU 2017. Man hat zwischen 3 und 5GHz einen Skalierungsverlust von 3-5%, je nach Architektur.
Spiele skalieren zumeist noch viel schlechter mit dem Takt. Man hat oftmals 2-stellige Skalierungsverluste, je höher der Takt, desto höher ist der Verlust. Dafür haben größere Caches einen enormen Einfluss auf die PPC von Spielen.
IPC=Instructions per Clock das heißt wenn die CPU dank mehr Cache weniger lang auf Infos warten muss kann sie öfter rechnen also mehr instructions per clock machen. Oder ?
Die meisten Broadwell hatten auch keinen so großen Cache. Das ist eine Sonderlocke wie AMDs 3D Cache.
Natürlich kann man drüber streiten. Ein nicht ausreichend großer Cache ist die Ursache weshalb die IPC am Ende nicht ausgereizt werden kann. Äquivalent zu einem nicht ausreichend großem RAM. Ein unendlich großer Cache/RAM bringt auch irgendwann nichts mehr.
Man kann natürlich argumentieren, dass Broadwell ja nichts dafür kann, dass die anderen Architekturen keine Sondermodelle mit XXL Cache bekamen um zu zeigen wo das Limit der IPC ist. Dennoch verzerren diese Sondermodelle das Bild. Ich würde sie getrennt, bzw Broadwell und Zen mit 3DCachr gesondert nochmal aufführen.
Ansonsten super Test.
Ich habe für mein System im BIOS verschiedene Übertaktungsprofile angelegt. "Ausgequetscht" Mit 5,3 GHz auf allen Kernen (HT off), 5.0 GHz auf dem Ring und brutal getunetem RAM (2 x 16 GB, 4600 MHz, CL 17-17-17-37, 2T) liegen WELTEN zwischen dem Stock-Betrieb und dem System, wie es bei mir läuft.:
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Da bin ich, zumindest was die Multicoreperformance in Spielen anbelangt, verdammt nah an einem Core i9-12900K oder einem Ryzen 7 5800X3D dran, auch was die Min.-FPS anbelangt. Das liegt aber natürlich hauptsächlich am RAM. Mit einer niedrigen Latenz kann man auch fehlenden Cache ganz gut kaschieren. Die Skylake-Architektur konnte man echt noch ganz gut tunen und da viel rausholen.
Das nächste Upgrade steht bei mir wohl erst an, wenn die IPC mindestens verdoppelt wurde oder ich Funktionen neuer Platformen unbedingt benötige. Multicoremäßig und für Spiele sehe ich da kurz- und mittelfristig keinen Sinn drinne...