AMD Ryzen 7 5800X3D vs. Intel Core i9-12900KS: Wann der L3-Cache hilft - und wann nicht [Update]

Es ist schon eine ganze Weile her, dass einer der beiden CPU-Entwickler AMD und Intel Prozessoren mit einem zusätzlichen L-Cache ausgestattet haben. Damit meinen wir natürlich nicht die Verbesserungen, die mit jeder Generation Einzug halten. Zuletzt ist das für Desktop-Prozessoren 2015 passiert: Intel Core i7-5775c setzte auf 128 MiByte eDRAM, der mit der leistungsfähigeren IGP der CPU verbunden war, aber auch für CPU-Aufgaben als L4-Cache mit bis zu 50 GB/s genutzt werden kann. Seitdem wurde es still um weiteren, "besonderen" Cache bei Intel. Handelsübliche Desktop-Prozessoren des Nachfolgers Skylake mussten darauf verzichten. Es gibt nur einen speziellen Core-i7-Prozessor mit der Bezeichnung "6785R", der auf den begehrten L4-Cache setzt. Diese CPU findet sich aber nur für den Sockel BGA-1440 wieder und wird fest auf der Platine verlötet.

Von Broadwell 2015 zurück in die Gegenwart: Anfang 2022 hat AMD den Ryzen 7 5800X3D vorgestellt. Es ist hinlänglich bekannt, dass zusätzlicher L3-Cache bei Zen-Prozessoren für deutlich mehr Leistung in Spielen sorgt. Da der X3D als reiner Gaming-Prozessor fungiert und designt wurde, und zudem die Lücke bis Zen 4 schließen soll, war es für AMD somit genau die richtige Wahl, erstmalig einen Achtkerner mit dem 3D-V-Cache auszustatten. Unter der Haube steckt die gleiche Zen-3-Architektur, die auch bei den anderen Ryzen-5000-Prozessoren eingesetzt wird. Tatsächlich unterscheidet sich der X3D nicht von einem R7 5800X, mit einem Unterschied: AMD verbaut auf dem 5800X3D einen sogenannten 3D-Vertical-Cache, der zum regulären 32-MiByte-fassenden L3-Cache zusätzliche 64 MiByte hinzufügt. Ähnlich wie bei Intels i7-5775c damals fällt dafür der Kerntakt mit 4,4 GHz zu 4,8 GHz (5800X) niedriger aus.

Update vom 06.08.22: Wir haben die Benchmarks um weitere Prozessoren und Spiele ergänzt. Sie finden jetzt mit dem Microsoft Flight Simulator einen der am meisten gewünschten Benchmarks unter den neuen Werten. Zusätzlichen haben wir Effizienz-Vergleiche angestellt und diese ebenfalls den aktuellen CPU-Preisen gegenübergestellt. Da sich die Informationsdichte des Artikels erhöht hat, wurde dieser auf zwei Seiten umgebaut. Sie finden die CPU-Benchmarks auf Seite 1 und die anderen Elemente auf Seite 2.

Der 3D-V-Cache - und was hat ein Core i9-12900KS damit zu tun hat

Beim 3D-V-Cache-Die (L3D), welcher auf dem gleichen 7-nm-Node, wie der Rest des CCD aufgebaut ist, handelt es sich praktisch um ein Stück schnelles SRAM (Static Random Access Memory) - dasselbe physische Medium wie der 32-MB-L3-Cache auf dem Die. Die verschiedenen SRAM-Bänke auf diesem Die sind über einen bidirektionalen Ringbus des CCD miteinander verbunden. Dadurch sehen die CPU-Kerne und die Software 96 MiByte adressierbaren L3-Cache. Der zusätzliche Cache wird dabei wie der reguläre Cache mit dem realen Speichertakt angesprochen, also beispielsweise 1.600 MHz bei DDR4-3200. AMD hat eng mit TSMC zusammengearbeitet, um das Chiplet-Packaging mit dem Die-Stacking zu kombinieren und eine 3D-Chiplet-Architektur für High-Performance-Computing zu schaffen. Damit können die Kalifornier einen zusätzlichen 64 MB L3-Cache direkt auf die CPU-Compute-Die (CCD) stapeln. Der 3D-Cache ist direkt mit dem Zen-3-CCD über Van-der-Waals-Kräfte molekular verbunden, während über Siliziumdurchkontaktierungen (TSVs) Signale und Strom zwischen den gestapelten Dies mit einer Bandbreite von bis zu 2 TB/s übertragen werden.

Prozessor-Benchmarks mit einem Ryzen 7 5800X3D zeigen immer wieder dessen Stärke auf, einige sprechen gar von einer Demütigung gegenüber Intel, da ein Core i9-12900K nicht ansatzweise mithalten kann. Das gilt allerdings nur, wenn der üppige L3-Cache des X3D zum Tragen kommt. Ist dies nicht der Fall, dann entspricht die Leistung des AMD-Achtkerners etwa einem Ryzen 7 5800X, der nur die Rücklichter des Intel-Konkurrenten bestaunen darf. Doch wann greift der Cache und wann nicht? Und warum kann das eine große Rolle bei der Kaufentscheidung spielen? Um AMD einen echten Konkurrenten vor die Nase zu setzen, haben wir erneut den Intel Core i9-12900KS eingeladen. Doch dieses Mal darf der Intel-Prozessor auf einen DDR5-6400 schnellen Speicher zurückgreifen und unterliegt nicht dem regulären Powerlimit. Des Weiteren darf ein Core i7-12700K seine Muskeln spielen lassen, ebenfalls mit schnellerem Speicher. Vorhang auf, für die "Bests & Worsts" der beiden CPU-Giganten.

Ryzen 7 5800X3D vs. Core i9-12900KS: Benchmarks inklusive DDR5-OC

Die Benchmarks wurden folgendermaßen aufgebaut: Es sind jeweils ein Ryzen 7 5800X3D sowie Ryzen 7 5800X vorhanden, um den Unterschied des 3D-V-Cache aufzuzeigen, sofern vorhanden(!), während der Core i9-12900KS zweimal vorkommt: Das Profil mit DDR5-4400 stellt dabei die Einstellung "Ab Werk" vor, während die Konfiguration mit DDR5-6400 (CL34) eine übertaktete Variante darstellt. Letztere verzichtet zudem auf einen TDP-Lock, das bedeutet, dass der 16-Kerner nur noch durch das Mainboard und/oder die Kühlung limitiert werden kann. Das gleiche gilt auch für den Core i7-12700K, allerdings ist der integrierte Speichercontroller des 12-Kerners nicht so leistungsfähig, wie der des 12900KS, wir betreiben den Speicher daher "nur" mit DDR5-6000. Als Ausgleich haben wir die Performance-Kerne um 300 MHz übertaktet. Wenn Sie an einer RAM-Skalierung beider AMD-Achtkerner interessiert sind, empfehlen wir Ihnen folgenden Artikel:

Moderne 3D-Spiele haben ein Problem: den Spieler. Niemand weiß, was er als Nächstes tun wird. Schaut er nach links, nach oben, öffnet er gleich sein Inventar, schlägt wild um sich oder rennt eine Wand rauf und runter? Aktuelle Spiele befeuern das System mit über 100.000 zufälligen Anfragen - gleichzeitig. Da AMD ihren CPUs keine hellseherischen Fähigkeiten mit auf den Weg gibt, muss also ein schneller Cache-Speicher dabei helfen, die Reaktion des Spielers in kürzester Zeit in ein flüssiges Bild zu verwandeln. Gewöhnlicher, moderner L3-Cache erledigt das in nur wenigen Nanosekunden, was unvorstellbar schnell ist. Geht dem Cache jedoch die Puste aus, wird für zusätzliche Rechenaufgaben der Arbeitsspeicher verwendet. Dessen Reaktionszeit ist allerdings zehnmal langsamer. Das senkt nicht nur die Leistung, sondern sorgt auch für unschöne Nachladeruckler. Steht einem Prozessor jetzt, wie im Fall des Ryzen 7 5800X3D, schlicht ein größerer L3-Cache zur Verfügung, kann dieser Zwischenspeicher mehr Daten erfassen und erhöht somit die Leistung in Spielen - oder besser gesagt: verringert die Latenz, in der Rechenoperation ausgeführt werden. Übertragen wir das jetzt auf unsere Benchmarks, fällt auf, dass mal die eine, mal die andere CPU siegt.

Offenbar macht sich nicht jedes Spiel etwas aus dem Cache. So sind sich die beiden AMD-Achtkerner in Total War Troy und Crysis 3 Remastered näher, als ihnen lieb ist. Die Skalierung durch den L3-Cache ist zwar vorhanden, da ein X3D unter Last etwa 300 MHz niedriger taktet. Doch zwischen vier und 13 Prozent Mehrleistung ist nichts, was Sie wirklich spüren würden. Durch die Decke schlägt der üppige Cache dann in F1 2021, Stray und Red Dead Redemption 2 - dabei sind das drei völlig verschiedene Genres und Grafikengines. Intels Takt-Monster kann sich gebührend mit AMDs Cache-Gigant messen. Wenn RAM-OC mit ins Spiel kommt, legt die Intel-CPU deutlich an Leistung zu. Die beste Skalierung erfolgt dabei in The Witcher 3 und Crysis 3 Remastered: satte 23 Prozent höhere Bildraten sind ein stattliches Ergebnis und führen zum Sieg gegenüber dem 3D-V-Cache. In Cyberpunkt zeigt sich auch eine ausgezeichnete RAM-Skalierung von 16 Prozent. Generell wird ein Core i9-12900KS damit absolut konkurrenzfähig zum Ryzen 7 5800X3D, wir müssen jedoch unterstreichen, dass die Intel-CPU dafür die zwei- bis dreifache Energie benötigt, doch dazu später mehr. Preislich interessanter ist da der Core i7-12700K. Ab Werk liefert die Hybrid-CPU je nach Benchmark nur die Leistung eines Ryzen 7 5800X, doch mit DDR5-6000 dreht sich der Spieß um.

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AMD Ryzen 7 5800X3D vs. Intel Core i9-12900KS: Wann der L3-Cache hilft - und wann nicht [Update] Die zwei CPU-Giganten geben sich die Hände, doch wann skaliert ein Titel mit viel L3-Cache und wann mit viel Takt - und warum? Wir rollen unsere Benchmarks neu auf und gehen der Sache auf den Grund. Mit dabei ist auch eine DDR5-RAM-Skalierung, denn die Intel-CPU lässt weitaus höhere Speicher-Taktraten zu, als der Hersteller verspricht.

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