Intel Core i9-11900K, i7-11700K und i5-11600K im Test: Die neue Architektur

Intel Core i9-11900K, i7-11700K und i5-11600K im Test: Die neue Architektur

Jetzt geht es ans Eingemachte. Wir führen die Verbesserungen der Architektur aus und durchleuchten auch den Hintergrund der neuen Fähigkeiten von Rocket Lake. Wie bereits angerissen, basiert Rocket Lake auf Ice Lake, im (CPU-)Kern also auf Sunny Cove und wurde von 10 nm auf 14 nm zurück portiert (dabei in Cypress Cove umbenannt), da 10 nm zum aktuellen Zeitpunkt keine so hohen Taktfrequenzen verträgt. Ice Lake wiederum ist der Nachfolger der Skylake-Architektur, letztere ist bekannt durch die 6. bis 10. (Desktop-)Core-Generation (Canon Lake mit Palm-Cove-Kernen wurde praktisch übersprungen). 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, laut Intel sind bei letzteren bis zu 75 Prozent mehr Performance zum Vorgänger möglich. Das Front End, die Sprungvorhersage, der Micro-Op Cache, der L1-Instruktions-Cache ITLB und Decoder haben Optimierungen beziehungsweise Vergrößerungen erfahren.

Architektur: Skylake vs. Sunny Cove

Skylake Sunny Cove

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Im Detail hat Intel vor allem an der Sprungvorhersage gearbeitet und diese entscheidend verbessert. Schon von Haswell auf Skylake gab es an dieser Stelle wichtige Veränderungen. Von Skylake auf Ice Lake wurde der Micro-op Cache um 50 Prozent vergrößert, damit Informationen schneller zum Back End transportiert werden können. Die größten Anpassungen erfolgen aber dann auf dem Weg zum Back-End und beginnen bei einer neuen 5-Wide-Out-of-Order-Architektur-Pipeline. Bei Haswell gab es noch eine Unified Reservation Station für acht Ports, ab Skylake waren es bereits zwei getrennte für weiterhin acht Ports, nun sind es sogar vier sogenannte Reservation Stations für zehn Ports. Heraus kommt eine deutlich erhöhte Parallelisierung, die den neuen Achtkerner in Anwendungen durchaus auf das Niveau des Zehnkerners aus der vorherigen Generation bringen kann. Während die ursprünglichen Ports nahezu gleich bleiben und nur im Detail geändert werden, bekommt die AGU (Adress-Generierungs-Einheit) für Speicherbefehle nun insgesamt vier Ports zugewiesen, wobei jeweils zwei vollständig mit Load/Store-Einheiten versehen wurden. Bisher war Port 7 als exklusiver Store für Port 2 und 3 gedacht, damit dort neue Loads aufgefangen werden konnten.

Um die neuen Store-Einheiten mit notwendigem Rückhalt zu versehen, wird der L1-Datencache um 50 Prozent auf 48 KiByte ausgebaut. Als zweite Cache-Stufe wird der L2-Cache pro Kern von 256 auf 512 KiByte verdoppelt. Auch an zusätzliche Sicherheitsfeatures hat Intel gedacht. So enthält Rocket Lake die neuesten Hardware-Fixes gegen Spectre und Meltdown mit den geringsten Auswirkungen auf die Leistung. AVX-512 kommt via Ice Lake ebenfalls im Mainstream-Markt an, bisher war diese Funktion Server-Prozessoren vorbehalten. Zwei FMA-Einheiten sind in Sunny Cove zugegen, eine für 512-Bit-Operationen, die zweite für 256 Bit. Das AVX-512-Set wurde zudem um weitere Einträge erweitert. Insgesamt soll Rocket Lake (genauer: Cypress Cove) damit eine um bis zu 19 Prozent höhere IPC gegenüber Comet Lake (Skylake) bieten. Wie sich diese zusammensetzt und wie man genau auf diesen Wert kommt, ist sehr speziell, denn Intel verweist einfach auf die SPEC CPU 2017 1-copy rate. Die synthetischen Tests der Standard Performance Evaluation Corporation, einer 1988 gegründeten Non-Profit Organisation, sind aber schwer auf Alltagssituationen übertragbar und für Sie als Leser kaum greifbar.

Die neue XE-IGP

Schon seit über 10 Jahren gibt es keine Onboard-Grafikkarten mehr, die IGPs sind in den Prozessor gewandert. Bei AMD liebevoll APU genannt, bietet Intel in jeder Generation in allen CPUs ohne F-Suffix, selbst bei den günstigsten Celeron-Prozessoren, eine integrierte Grafiklösung an. Rocket Lake wird die Ehre zuteil, als erste Dekstop-CPU auf die neue Xe-Grafiklösung von Intel zurückgreifen zu können. Neu ist diese nicht, denn die Xe-IGP wird im Vollausbau bei Tiger Lake (Notebook) genutzt, dort mit 96 Execution Unit's (EU). Die Desktop-Variante wird stark beschnitten mit 32 EUs bis Core i5-11500 und ab Core i5-11400 mit 24 EUs ausgeliefert.
Quelle: Intel Intel Core i9-11900K, i7-11700K und i5-11600K im Test: Auf dem Thron ist nur Platz für einen Prozessor (3) Für die Xe-IGP verdoppelt Intel die Ausführung von INT32/INT16-Berechnungen, wohingegen die FP32/FP16-Geschwindigkeit gleich bleibt. Neu hinzu kommt der Support von INT8 mit doppelter INT16-Rate für eine - laut Intel - bis zu fünfmal bessere AI-Leistung. Intel selbst gibt an, dass die Xe-Grafikeinheit bis zu doppelt so schnell rechnet wie die bisherige Iris Plus Graphics und damit sogar schneller ist als dedizierte Grafiklösungen wie die MX350 von Nvidia. Derart beschnitten bleiben davon bei Rocket Lake immerhin noch 50 Prozent mehr Leistung gegenüber dem Vorgänger übrig. Für PC-Spieler, die in der Regel eine dedizierte Grafikkarte nutzen, dürfte die neue IGP kaum ins Gewicht fallen. Sie ist eher für Office-Rechner, Budget-Builds und Multimedia-Systeme interessant. Zur besseren Wiedergabe von 4K-60-Fps- beziehungsweise 8K-30-Fps Inhalten bei niedriger Bandbreite hat Intel eine Hardware-Beschleunigung für AV1-Encoding implementiert.

Endlich PCI-Express 4.0

Längst überfällig und von der Konkurrenz immer wieder hervorgehoben, liefert Intel mit Rocket Lake schließlich PCI-E 4.0 aus. Alle aktuellen Grafikkarten aus der RTX-3000 und RX-6000-Serie von Nvidia und AMD unterstützen die höhere Datentransferrate durch den Slot und auch M2-SSDs können von 4.0-Anbindung profitieren. Intels Rocket Lake bietet fortan 20 PCIe-4.0-Lanes, 16 für die Grafikkarte und 4 für eine schnelle SSD. Diese können auch auf Platinen mit H470- oder Z490-I/O-Hub genutzt werden, aber nur wenn der Mainboard-Hersteller entsprechende Vorbereitungen getroffen hat. Gerüchten zufolge soll Intel mit Alder Lake Ende 2021 bereits PCI-Express 5.0 bieten, das wäre ein kurzes Leben für Rocket Lake, doch wichtig ist, dass Käufer der Prozessoren und den passenden Mainboards auf dem aktuellen Stand sind.

Modelle und Comet Lake R

Kamen bei Comet Lake noch ein 10-Core- und ein 6-Core-Die zum Einsatz, die für die jeweiligen CPUs zurechtgebastelt worden sind (und teils für unnötig hohe Inter-Core-Latenzen sorgten). Verwendet Rocket Lake einen einziges 8-Core-Chip. Aus diesem hat Intel fünf Modelle konzeptioniert, welche es wiederum in verschiedenen Versionen gibt. Insgesamt bietet Rocket Lake somit 19 Varianten. Mit dabei sind die übertaktbaren CPUs mit K-Suffix, von denen es jeweils auch eine Variante ohne Xe-IGP gibt (KF). Es folgen die Modelle ohne Endung, also zum Beispiel Core i7-11700, die auf etwas Takt verzichten, aber mit einer TDP von 65 Watt deutlich sparsamer zu Werke gehen (K: 125 Watt). Schließlich gibt es noch die T-Modelle: Prozessoren, die auf höchste Sparsamkeit getrimmt sind und nur eine TDP von 35 Watt haben. Diese sind deutlich im Takt beschnitten und kaum noch zum Spielen geeignet.

Alle Modelle, Rocket Lake S und Comet Lake R

11900K- und 11700K-Varianten 11600K bis 11400 Comet Lake Refresh

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Intel hat Comet Lake übrigens nicht vergessen. Die obere Riege ab Core i5 dürfte nach dem Launch von Rocket Lake etwas günstiger werden und ab der Core-i3-Serie liefert Intel frische neue CPUs, den Comet-Lake-Refresh. Sie erkennen die neuen CPUs an der Endung: Alle CL-R-CPUs tragen eine "5" am Ende der Kennung. Die größte Ausbaustufe ist dabei der Core i3-10325, welcher mit bis zu 4,7 GHz im Singlecore rechnet, allerdings nach wie vor maximal vier Kerne und acht Threads bietet. Wir haben exemplarisch einen Quadcore (Core i3-10100) in den CPU-Index mit aufgenommen und können bestätigen, dass die i3-Serie durchaus für Spiele geeignet ist, wenn es nicht gerade felsenfeste 144 Fps sein müssen. K-Modelle sucht man hier vergeblich, die letzte i3-K-CPU war der i3-9100K. Dafür bietet der Comet-Lake-Refresh durchweg Hyper-Threading und eine weitere interessante Option: Auf einem B560- oder H570-Mainboard kann der Speicher übertaktet werden. Eine neue 60-Euro-CPU mit DDR4-5000 zu kombinieren ist somit theoretisch kein Problem mehr. Natürlich muss das Mainboard mitspielen und wie sinnvoll solch eine Kombination ist, müssen Sie selbst entscheiden. Fakt ist, dass der Launch von Rocket Lake auch aufseiten von Comet Lake mehr Möglichkeiten zur Individualisierung der Sockel-1200-Plattform bietet.

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