IPC-Vergleichstest: Die Benchmarks
Auf dieser Seite beschäftigen wir uns mit der Leistung der Prozessoren. Wie schnell sind Alder Lake und Zen 3?
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Die vorliegenden Benchmarks weichen vom üblichen Schema ab. Hier lesen Sie, warum so vorgehen: Für eine möglichst hohe Informationsdichte in den Benchmarks geben wir nicht einzelne Modelle, sondern die CPU-Architektur an. Welche Modelle welchen Architekturen entsprechen, entnehmen Sie bitte der Tabelle. Sie finden im Benchmark dann zum Beispiel Sandy Bridge_8M oder Zen_8M (die nachgestellten Zahlen geben die Größe des L3-Caches an). Damit können Sie die prozentualen Vergleiche über alle Generationen gleichermaßen nachvollziehen. Da Zen weniger L3-Ausbaustufen hat, sind mehr Intel- als AMD-CPUs vertreten.
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Die Architekturen im Überblick
| Sandy Bridge | Core i5-2500K und Core i7-2600K |
|---|---|
| Ivy Bridge | Core i5-3570K und Core i7-3770K |
| Haswell | Core i5-4670K und Core i7-4790K |
| Broadwell | Core i5-5675C und Core i5-5775C |
| Skylake | Core i5-6600K und Core i7-6700K |
| Kaby Lake | Core i5-7600K und Core i7-7700K |
| Coffee Lake-S | Core i5-8600K und Core i7-8700K |
| Coffee Lake-R | Core i7-9700K und Core i9-9900K |
| Comet Lake-S | Core i5-10600K, i7-10700K und i9-10900K |
| Rocket Lake-S | Core i5-11600K, i7-11700K und i9-11900K |
| Alder Lake-S | Core i5-12600K, i7-12700K und i9-12900K |
| Zen | Ryzen 5 1600, Ryzen 7 1700 bis Ryzen 7 1800X |
| Zen + | Ryzen 5 2600 bis Ryzen 7 2700X |
| Zen 2 | Ryzen 5 3600, Ryzen 7 3700X bis Ryzen 9 3950X |
| Zen 3 | Ryzen 5 5600X, 7 5800X bis 9 5900X und 5950X |
Es gibt viele Möglichkeiten, die IPC-Leistung von Prozessoren zu vergleichen. Wir haben uns für unterschiedlich viele Threads sowie verbautem L3-Cache entschieden. Dabei sind uns viele interessante Dinge aufgefallen, die wir jetzt nach und nach aufschlüsseln möchten. Einerseits ist, wie eingangs erwähnt, die Menge des vorhandenen L3-Cache wichtig für die Spieleleistung. So kann sich etwa ein Core-i9-Prozessor aus der Comet-Lake-Generation mit 20 MiByte L3-Cache in Spielen durchweg von den kleineren Modellen absetzen. Dieses Verhalten konnten wir bei allen Architekturen im Test beobachten. Andererseits konnten wir feststellen, dass mehr L3-Cache bei gleicher Taktfrequenz bei parallelisierter Anwendungslast eher hinderlich ist. Die Unterschiede sind zwar marginal, doch, je mehr L3-Cache verbaut, ist, desto höher ist der Verwaltungsaufwand innerhalb der CPU, was für minimal weniger Leistung sorgt. Da die nächstgrößere Ausbaustufe eines Prozessors in der Regel auch etwas höher taktet als das Modell darunter, fällt das im Alltag nicht auf.
14 CPU-Generationen im IPC-Vergleichstest: Die Benchmarks
Viel L3-Cache hilft nur in einem Fall nicht, wie die Benchmark-Einträge "Zen 2 (16M)" zeigen. Dahinter verbirgt sich nämlich ein Ryzen 3 3300X, der bekanntermaßen auf einen einzelnen Core Complex (CCX) mit vier Kernen setzt und niedrigere Inter-Core-Latenzen aufzeigt, als die anderen Zen-2-Prozessoren im Test, die gezwungenermaßen über den Infinity Fabric (IF) mit mehreren CCX kommunizieren müssen. Bei Zen 3 wird diese Form von einem Ryzen 7 5800X verkörpert, sichtbar als "Zen 3 (32M)" in den Benchmarks. Interessanterweise konnte AMD bei Zen 3 das Problem mit den CCX-Latenzen lösen, denn die 64-MiByte-Variante, ein Ryzen 9 5950X, ist durchweg schneller, trotz des Nachteils des zweiten Core Complex. Wir können dieses Verhalten auch so ähnlich bei Intel Alder Lake beobachten. Hier liegen die CPU-Kerne natürlich nicht in einem CCX. Es zeigt sich, dass sich Alder Lake ebenso wenig wie Zen 3 in Anwendungen an mehr L3-Cache stört. Intel hat demnach ebenso an den richtigen Schrauben gedreht, wie AMD es getan hat.
Überhaupt zeigt sich bei Zen 3 gegenüber dem Vorgänger vor allem in Spielen ein kräftiger Leistungszuwachs, während man sich bei der Anwendung im Test nur mit Mühe und Not vor Zen 2 setzen kann. Bei den Intel-Prozessoren fällt vorwiegend Broadwell auf; kein Wunder, setzt diese Generation doch auf einen flotten L4-Cache. Dieser zündet seinen Turbo allerdings nur in Spielen, dort aber so heftig, dass Broadwell bei ebenbürtiger Konfiguration sogar im Bereich von Comet Lake liegt. Der Einfluss des L4-Caches wiegt schwerer als die langsamere DDR3-Konfiguration, die letztmalig bei Broadwell zum Einsatz kommt.
Simultaneous Multithreading (SMT) beziehungsweise Hyper Threading (HT) hat auch eine große Wirkung auf die IPC-Leistung. Uns hat dabei fasziniert, dass sich eine Architektur umso besser mit SMT/HT absetzen kann, je moderner sie ist. AMDs Lösung funktioniert dabei besser als die der Konkurrenz. Rocket Lake setzt sich in Doom Eternal ohne HT um 48 Prozent und mit HT um 61 Prozent von Sandy Bridge ab - ein Sprung von rund 27 Prozent. Bei AMD macht Zen 2 mit einem CCX den größten Sprung, mit 28 zu 40 Prozent Unterschied - was rund 43 Prozent mehr Fps bedeutet. HT kostet Broadwell interessanterweise den IPC-Zuwachs, den wir ohne HT in den Benchmarks feststellen können. Mit anderen Worten: Ab Skylake war Intel in der Lage, den fehlenden L4-Cache durch performanteres Hyper Threading auszugleichen. Zwischen Skylake bis Comet Lake herrscht dann gähnende Leere. Hier wird deutlich sichtbar, dass sich Intel über die Jahre hat gehen lassen und nur langsam über etwas mehr Takt und später auch durch zusätzliche Kerne (und einer höheren TDP) zusätzliche Leistung freigeschaufelt hat. Erst Rocket Lake, egal ob mit HT oder ohne, zeigt einen deutlich messbaren IPC-Anstieg, der mit Alder Lake sogar noch verstärkt wurde.
Indes zeigt AMD mit Zen 3 eine beeindruckende IPC-Leistung auf, wenn man bedenkt, dass die Ryzen-5000-Generation schon im November 2020 auf den Markt kam, also noch vor Rocket Lake und weit vor Alder Lake. In Doom Eternal zeigt sich, dass der schnellste Zen-3-Prozessor auf Augenhöhe mit einem Alder-Lake-i7-Prozessor agiert. Gegen die i9-Ausbaustufe muss sich AMD aber geschlagen geben. Das, was Zen 3 an IPC fehlt, macht die Architektur aber mit der Effizienz wett, hier sieht Intel nur die Rücklichter. Dazu möchten wir sagen, dass die Benchmarks unter Windows 10 entstanden sind, ohne den Sicherheitsoptionen VBS und HVCI. Ältere Generationen unterstützen diese Techniken nicht, es war uns daher wichtig für den Vergleich.
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...