IPC-Vergleichstest: Architekturen erklärt - Teil 2
Weiter geht es auf dieser Seite mit den Erklärungen zu den CPU-Architekturen von AMD und Intel.
In diesem Artikel
Coffee Lake-S und Coffee Lake-R
Das vierte Quartal 2017 hat Intel daher für Coffee Lake-S genutzt. Wie schon Broadwell wird Coffee Lake in einem 14-nm-Prozess gefertigt. Dabei handelt es sich aber um die zweite Überarbeitung dieses Prozesses, genannt "14 nm++", die im Vergleich zu 14 nm+ (Kaby Lake) durch nochmals niedrigere Leckströme höhere Taktraten ermöglicht. Der eigentliche Prozessorkern ist seit Skylake nahezu unverändert übernommen worden. Bei Coffee Lake verbaut Intel als Reaktion auf AMD Zen aber erstmals sechs Kerne in einem Desktop-Prozessor für den Mainstream-Sockel 1151. Kombiniert mit hohen Taktraten werden im Vergleich zum jeweiligen Vorgängermodell in Anwendungen Leistungssteigerungen zwischen 16 und 34 Prozent erzielt. Im Vergleich zu den Ryzen-Prozessoren von AMD profitiert Coffee Lake von seinem hohen Takt, hat bei stark parallelisierten Anwendungen aber das Nachsehen. Für die meisten Spiele ist der i7-8700K allerdings der schnellste Prozessor im Jahr 2017. Weiterhin bietet die CPU noch Reserven. Der Speicher-Controller lässt sehr hohe Taktfrequenzen für den RAM zu und dank des offenen Multiplikators sind Taktfrequenzen über 5 GHz möglich.
Den Sprung auf den Achtkerner im Desktop vollzog der Chip-Riese aber erst mit dem Coffee-Lake-Refresh. Dieser wird weiterhin in Intels eigenen Fabriken in 14 nm++ gefertigt, also der gleichen Ausbaustufe der 14-nm-Fertigung wie der Vorgänger. Der Plan war damals eigentlich, bereits in 10 nm zu fertigen, allerdings sah sich Intel mit vielen Problemen konfrontiert und blieb daher notgedrungen beim bewährten 14-nm-Prozess. Comet Lake wurde dann auch noch in 14 nm gefertigt und verfügt weiterhin nur über PCI-Express 3.0. Ähnlich wie bei Coffee-Lake-R steigert Intel die Leistung bei Comet Lake durch immer schnellere Taktraten, Kerne und einer höheren Leistungsaufnahme und im Falle des Core i9-10900K mit etwas mehr L3-Cache.
AMD Zen+ und Zen 2 (Comet Lake)
Im April 2018 wurde dann eine optimierte Ausgabe von Zen, genannt Zen+, vorgestellt. Zen+ wird im Gegensatz zu Zen in einem 12-nm-LP-Prozess bei Globalfoundries hergestellt. Zusammen mit Cache-Optimierungen, höheren Basis- und Turbo-Taktfrequenzen und der Unterstützung von schnellerem DDR4-Arbeitsspeicher stieg die Pro-MHz-Leistung insgesamt etwas an, wenn auch nur minimal. Gegen Coffee Lake sah sich AMD aber trotzdem nicht gut aufgestellt. Dafür waren die Zen-Plus-Prozessoren im Vergleich zu Coffee Lake sehr günstig in der Anschaffung. Bevor Intel mit Comet Lake konterte, kam Mitte 2019 mit Zen 2 der erste große IPC-Sprung von AMD auf den Markt. Dank 7-nm-Fertigung, viel höherer Taktraten, einem besseren Speichercontroller und niedrigeren Inter-CCX/Core-Latenzen stieg die Pro-MHz-Leistung bei Zen 2 gegenüber den Vorgängern messbar an. Zudem liefert AMD jetzt bis zu 16 Kerne im Desktop. Ende 2020 erschien schließlich mit Zen 3 die aktuell schnellste Prozessor-Generation von AMD. Die Taktraten wurden weiter gesteigert, die Latenzen weiter minimiert und dank der größeren Kernaufteilung und der damit besseren Anbindung an den L3-Cache vor allem massiv die Spiele-Performance verbessert.
Von Comet Lake zu Rocket Lake
Erst mit Rocket Lake hängt Intel Anfang 2021 den alten 14-nm-Prozess an den Nagel und macht Fortschritte in Sachen IPC gegenüber Skylake - jedenfalls fast. Der Cypress Cove genannte Chip entspricht der Sunny-Cove-Architektur, welche in 10 nm als Ice Lake debütierte. Um die gewohnt hohen Taktfrequenzen auch bei Rocket Lake zu halten, wurde Sunny Cove von 10 nm auf 14 nm zurückportiert. Gegenüber Skylake wurde praktisch jeder Bereich modernisiert. Die neue Architektur legt den Fokus auf mehr Parallelisierung, reduzierte Latenzen durch neue Algorithmen, mehr Leistung durch vergrößerte Buffer und Caches sowie neue Befehlssatzerweiterungen. Vector-AES und SHA-NI sollen beim Packen, Entpacken und der Verschlüsselung von Datenpaketen helfen. Von Ice Lake übernommen hat Rocket Lake auch den Speichercontroller, der höhere Taktstufen des Arbeitsspeichers zulässt und so die Leistung erhöhen kann.
Alder Lake
Mit Alder Lake betritt Intel schließlich komplett neue Pfade. Die neuen Prozessoren werden in "Intel 7" gefertigt, zuvor als Enhanced Super Fin oder als 10 nm++ bekannt. Der Prozess wird allgemein gleichwertig zu TSMCs "N7" eingeschätzt, den AMD für die CCDs aktueller Ryzen-CPUs nutzt. Alder Lake setzt auf ein Big-Little-Konzept. Unterschieden wird zwischen Performance-Kernen (P-Cores) und Effizienz-Kernen (E-Cores). Letztere erhöhen insbesondere die Multicore-Performance, während die Performance-Kerne die Singlecore-Leistung vorantreiben, die wichtig für Spiele ist. Alder Lake erreicht laut Intel im Schnitt eine um 19 Prozent höhere IPC gegenüber Rocket Lake.
Damit diese Kombination Früchte trägt, setzt Intel auf einen sogenannten Thread Director, der für die optimale Entfaltung seiner Möglichkeiten Windows 11 voraussetzt. Der Thread Director sorgt dafür, dass die Last bestmöglich auf Performance- und Effizienz-Kerne verteilt wird. Ohne Zweifel zeigen auch unsere Ergebnisse die bislang höchste Pro-MHz-Leistung bei Alder Lake auf. Für AMD alarmierend dürfte die Geschwindigkeit sein, mit der Intel 2021 an Fahrt aufgenommen hat. Erst mit Rocket Lake und nur ein halbes Jahr später mit Alder Lake hat sich der Chip-Riese aus Santa Clara mit einer Leichtigkeit vor den Konkurrenten gesetzt, sodass wir sehr gespannt in die Zukunft schauen.
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...