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Intels Turbo Boost: Lynnfield mit Nachbrennern

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20:31 - 08/10/2009 von Marcel Binder, Chris Angelini

Integriertes PCI Express, ein Zwei-Kanal Speicher-Controller sowie ein  aufgebohrter QPI-Link sind merkliche Veränderungen vom Bloomfield auf Lynnfield, die allerdings nicht so signifikant sind wie die neueste Version der Turbo Boost-Technologie.

Durch unsere Bloomfield-Analyse haben wir erfahren, dass die Prozessoren der Core i7-900-Serie mit einer PCU (Power Control Unit) ausgestattet sind, einem On-Die Controller der ungefähr die gleiche Anzahl an Transistoren aufweist wie ein vollständiger 486-Prozessor. In regelmäßigen Abständen fragt die PCU Daten zur Temperatur, Strömung, Leistungsaufnahme und Betriebssystem-Zuständen ab.

Aber was passiert mit diesen Informationen? Im Falle des Bloomfield, der eine TDP von 130 W aufweist, kann der Prozessor nicht verwendete Kerne fast komplett ausschalten, indem er sie in den C6-State versetzt und damit die Leistungsaufnahme senkt. Ganz offensichtlich führen Kerne im Leerlauf (jene in C3 und C6) zu einer größeren Lücke zwischen der tatsächlichen Leistungsaufnahme und dem auferlegten Maximum.

Bei Arbeitslasten mit mehreren Threads, bei denen drei oder vier der Bloomfield-Kerne arbeiten (innerhalb der durch die PCU vorgegebenen Grenzen), steigert die Turbo-Boost-Funktion das Taktverhältnis der CPU um eins. Multipliziert mit einem Basistakt von 133 MHz kommt man dabei auf zusätzliche 133 MHz – ganz ohne Mehraufwand. Mit lediglich einem aktiven Kern (in C0 bzw. C1) könnte Turbo-Boost die nächste Leistungsstufe zünden, indem zum Standardtakt dann weitere 266 MHz hinzukommen.

Als damals der Core i7-975 Extreme auf den Markt gebracht wurde, haben wir  beobachtet, dass es in der Praxis eher selten war, die zweite Leistungsstufe des Turbo Boosts in Aktion zu sehen, da der Vista Scheduler die schlechte Angewohnheit hat, Threads von einem Kern zum anderen zu verlegen und dadurch mehrere Kerne aktiv zu halten. Wir haben einen Screenshot von einem 975 mit einer Taktrate von 3,6 GHz erstellen können. Diese hielt allerdings nur den Bruchteil einer Sekunde. In solch einem Fall wären zwei Leistungsstufen nicht unbedingt das, was wir einen spürbaren Vorteil nennen würden.

Heute liegt die TDP aller drei Core i5- und Core i7-Prozessoren bei 95 W (und einer 89A Deckelung), wodurch die Leistungsverwaltung der PCU noch wichtiger wird. Durch eine aggressivere Implementierung der Turbo Boost-Funktion wird dem Controller weitere Verantwortung auferlegt. Mit drei oder vier aktiven Kernen erhält der Core i5-750 und der Core i7-860 jeweils eine zusätzliche Leistungsstufe (der Core i7-870 zwei). Sind jedoch nur zwei Kerne aktiv, dann werden alle drei Modelle um vier Leistungsstufen (533 MHz) schneller. Bei einem einzelnen aktiven Kern sind das beim Core i7 dann fünf Leistungsstufen (667 MHz), solange man unter 95 W bleibt.

Turbo Boost: Verfügbare Leistungsstufen (Under TDP/A/Temp)
Processor Bezeichnung
Frequenz
4 Kerne Active
3 Kerne Active
2 Kerne Active
1 Kern Active
Core i7-870
2,93 GHz
2
2
4
5
Core i7-860
2,8 GHz
1
1
4
5
Core i5-750
2,66 GHz
1
1
4
4
Core i7-975
3,33 GHz
1
1
1
2
Core i7-950
3,06 GHz
1
1
1
2
Core i7-920
2,66 GHz
1
1
2
2

Letztlich ist das die wahre Stärke des Lynnfield. In Umgebungen mit mehrern Threads trumpfen Quad-Core-Prozessoren auf. Bei Anwendungen wie WinZip, Lame oder iTunes – die in Benchmarks auf höher getakteten Zwei-Kern-Prozessoren bessere Ergebnisse liefern– kommt Lynnfield zum Zug und bietet eine bessere single-threaded Geschwindigkeit.

Um die Leistungsaufnahme in noch engeren Grenzen zu halten, ist die Sampling-Rate des Lynnfield-PCU im Vergleich zum Bloomfield sogar höher. Infolge dessen sind die neuen Core i5- bzw. Core i7-Prozessoren im Vergleich zu den Prozessoren auf Bloomfield-Basis in der Lage, die Spannung entweder aggressiver zu erhöhen oder zu senken. Deshalb reagieren diese Modelle auch schneller auf eine vorgegebene single- oder multi-threaded Arbeitslast. Letztlich ist das ganze eine Frage der Feinabstimmung, aber wenn es um das Umschalten zwischen Leerlauf und Aktivzustand geht, dann zählt jedes Bisschen.

Turbo im Test

Danke der Software TMonitor Beta von cpuid.com, ist es ganz einfach, Turbo Boost in Aktion zu sehen. Über den Windows Task-Manager wird eine Anwendung einem einzelnen Prozessorkern zugewiesen. Durch diese Beschränkung lässt sich die Beschleunigung durch Turbo-Boost ausreizen. Allerdings müssen wir anmerken, dass dies nicht die beste Methode ist, eine Maschine auf Core i5- oder Core i7-Basis zu nutzen, da wir eine bessere Performance unter Verwendung der Standardeinstellungen feststellen konnten (obwohl iTunes scheinbar zwischen den verfügbaren Kernen hin- und herspringt).

Die gebotene Mehrleistung beim Core i5-750, der von 2.66 GHz auf bis zu 3,2 GHz herauftaktet, ist in der Praxis erfahrungsgemäß beeindruckend. Die folgenden Benchmarks vergleichen die neuen i5- und i7-Prozessoren mit Bloomfield, Yorkfield und AMDs Deneb. Die erste Grafik zeigt die Auswirkungen von aktiviertem beziehungsweise deaktiviertem Turbo-Boost bei der Benutzung von iTunes auf einem Core i5-750.

Das Ergebnis ist ansprechend, besonders, wenn man die Leistung des i5 mit den anderen Prozessoren vergleicht.

Vergleicht man den i5-750 (160 Euro) mit dem i7-920 (etwa 230 Euro) erhält man weitere interessante Ergebnisse. In der richtigen Umgebung eingesetzt stellt Turbo Boost die absolute „Killer-Anwendung“ dar, die es den Lynnfield-Prozessoren erlaubt, die teureren Bloomfield-Konfigurationen schlagen können.

Core i7 – Mit einem aktiven Kern das Ziel verfehlt?

Bei unserem Versuch, das meiste aus Turbo Boost herauszuholen, haben wir in single-core Szenarien eine interessante Beobachtung gemacht. Der Core i5-750 hatte keine Probleme damit, seine vier Leistungsstufen einzusetzen und sprang bei einigen Arbeitslasten von 2,66 GHz auf 3,2 GHz.

Wie wir bereits in unserem Test des Core i7-975 Extreme beobachten konnten, erreichen sowohl Core i7-870 wie auch Core i7-920 den jeweiligen Maximaltakt von 3,6 GHz beziehungsweise 2,93 GHz nicht, es sei denn man zwingt das laufende Programm manuell dazu, nur einen Kern zu benutzen.

Intel zufolge basiert die Angaben von Taktraten in fast allen Programmen auf den ACPI-Basierten P-States und sind deshalb nicht in der Lage durch Turbo Boost angepasste Frequenzen richtig zu erkennen. Allerdings versicherte man uns, dass TMonitor die tatsächliche Frequenz auf einer Pro-Kern-Basis korrekt widergibt. Infolge dessen ist es genauer, wenn man davon ausgeht, dass Core i7-800 Prozessoren mit einem aktivierten Kern vier Leistungsstufen und Core i7-900 Prozessoren ein Leistungsstufe extra bieten anstatt sich auf jeweils fünf oder zwei Leistungsstufen zu verlassen.

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Kommentare zum Beitrag
Anonymer Nutzer 08/10/2009 21:17
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-0+

Könnt ihr mal bitte die Diagramme richtig beschriften? Oder ist das ein lustiges Rätselraten um die richtigen Einheiten?
z.B. Seite 13 (Diagramm ohne Name, oben auf der Seite) Power Consumption Core-i7-870 => 520 Was?! 520 Holzscheite oder 520 Birnen?

FormatC 08/10/2009 21:45
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-0+

Tja, watt nu?

Da man als normaler Mitteleuropäer weiß, dass die Leistungsaufnahme im Allgemeinen in Watt angegeben wird, sollte man es eigentlich galant ohne Hörsturz überleben können.

Weltenspinner 08/10/2009 22:20
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-0+

Danke für die Einblicke. :)
Das macht es dem 955BE sehr schwer und deklassiert
ihn doch irgendwie fast zur Budget-CPU.
Wird Zeit, dass Bulldozer alles niederreißt,
wenn er es schafft... Wann auch immer...

Anonymer Nutzer 08/10/2009 22:35
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-0+

Siehst du in dem Test auch nur EIN Spiel?!? NEIN! Lies dir mal bessere Tests durch, da siehst du, dass AMD z.T. VOR einem I5/7 liegt. Vor allem in relatitätsnahen Spielesettings! Und das zu einem günstigeren Preis.

Weltenspinner 08/10/2009 23:59
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-0+

Ich werde mich weiter informieren.
Irgendwie ist Lynnfield an mir vorbei geflogen. ^^
Zur Zeit empfehle ich keine Komplette-Systeme
dieser Klasse mehr. Aber danke für den Einwand. :)
Ich werde es wach nochmal genau durchgehen
und vor allem mehrere Quellen heranziehen.
Habe es erstmals nur überflogen.

pescA 09/10/2009 00:07
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--1+

Als Quelle kann ich THG empfehlen :D

http://www.tomshardware.com/review [...] ,2403.html

AMD hat immernoch klasse Produkte am Markt. Intel überzeugt mit Rechenleistung, was in Spielen aber schlichtweg nicht viel hilft. Ich denke der Sweetspot ist weiterhin bei AMD - was ja auch deren Strategie entspricht :)

Weltenspinner 09/10/2009 00:33
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-0+

Jup jup. Wühle mich gerade durch Computerbase.

titan1981 09/10/2009 00:44
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-0+

Ich finde meine Entscheidung für den i7 860 genau die richtige für mich. schade finde ich allerdings, dass es keine kosten/leistung, strom/leistungs gibt

borizb 09/10/2009 00:51
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-0+

Jo, 14 Seiten toller Berichterstattung und dennoch 10 oder 20 die man bedenkenlos hinzufügen könnte.

Anonymer Nutzer 09/10/2009 08:13
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-0+

Zitat: "Der LGA 1366 hat kein PCI Express, da das Pin-Out zu komplex geworden wäre."

Geht es hier um eine PCIe Anbindung der CPU (?!?!), oder?
LGA 1366 Mainboards verfügen doch über PCIe!

Ich steh am Schlauch.

Grüsse!

f1delity 09/10/2009 09:54
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-0+

Es geht um den CPU, dieser hat keinen integrierten PCIE-Controller, die Chipsätze der Mainboards haben aber einen.

Pascha 09/10/2009 13:10
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-0+

Aufschlussreicher und Informativer Bericht, meinen Dank an die Redaktion. Mich freut vor allem zu sehn, daß der I5 die alten Quads doch deutlich hinter sich lässt.
Jedoch wie oben schon bemerkt fehlt in diesem Test mindestens ein Spielebench um den Gamern ein Anhaltspunkt zu geben.

tkoerbs 09/10/2009 17:09
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-0+

Ich hätte nicht gedacht, das HyperThreading 15% Performance-Gewinn bei MainConcept bringt!
Die 8 Threads machen ja faktisch alle dasselbe, so dass solche Performance-Gewinne gar nicht zu erwarten wären - zumal noch der Overhead für 8 aktive Threads statt 4 hinzukommt.
Alle Achtung!

PS: Ich will 'nen i5-6xx mit HyperThreading und Turbo-Boost

matzilein 09/10/2009 18:11
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-0+

was hat das damit zu tun ob man als normaler mitteleuropäer weiß das watt gemeint sind? es geht doch wohl eher ums prinzip...da könnte ich mir auch gleich die "kompjuta bild" zurate ziehen. thg läßt ist wirklich nicht mehr das was es mal war :(
mal von abgesehen: wenn ich mir die zahlen angucke frage ich mich echt ob da wirklich watt gemeint sind. ich dachte wir sind gerade auf nen stromspar trip. oder sollte ich doch schon mal langsam auf ein akw sparen?!?

FormatC 11/10/2009 17:32
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-2+

Wenn ausnahmesweise in einem Diagramm zur Leistungsaufnahme mal die Einheit Watt vergessen wurde, dann bricht doch nicht gleich die Welt zusammen. Ich beschwere mich doch auch nicht, dass Du nur in Minuskeln schreibst, obwohl dies der Lesbarkeit extrem abträglich ist. Hier geht es nicht um einen inhaltlichen Fehler, sondern um eine kleine Formsache. Wenn das Eure einzigen Probleme sind, scheint die Welt ja doch noch in Ordnung zu sein ;)

cosamed 12/10/2009 22:30
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-0+

ja was ist denn jetzt mit dem core i5? ist der sockel 775 wieder ausgereizt? erklärt intel den jetzt zum toten sockel? na klar, die neuen cpu's müssen wieder an den mann gebracht werden. mir reicht die power meiner s75 cpu noch lange.

Anonymer Nutzer 15/10/2009 10:22
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-0+

Merkwürdig finde ich, dass die Chipsätze immer weniger "haben"-"bieten" müssen, aber dennoch munter weiter das selbe kosten wie vorher, mit wesentlich mehr "Bauteilen"
Ich finde den Weg auch nicht richtig.
Eine CPU ist eine CPU und nicht noch Chipsatz, Grafikkarte, Ramcontroller.
BAut doch direkt noch das ganze Board darein und klebt den Monitor oben drauf. Verschickt wird er dann mit Handschuhen um die virtuelle Tastatur nutzen zu können und 3D-Brille.

Weltenspinner 15/10/2009 10:27
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-0+

Darauf wird es hinauslaufen. ;)

Was ist so schlimm daran? Es senkt die Herstellungskosten
und den Energieverbrauch, noch dazu erleichtert es die Kühlung.
In vielen Fällen verbessert sich auch die Leistung.
Das es erstmal nicht weniger kostet ist klar. Mal will mit neuen
Sachen erstmal massiv Gewinn einfahren, bis der Markt einiger Maßen
gesättigt ist, dann beginnt der Preiskampf um auch den Rest zu überzeugen.
Außerdem geht man heute dazu über hochwertige Bauteile,
wie extra dicke Kupferleitbahnen und Solid Caps, zu verwenden.
Die kosten natürlich auch Geld und zwar nicht wenig.

Bald landen auch Grafikkern und Southbridge in die CPU.
RAM-Controller und Northbridge/Teile davon sind ja jetzt
langsam immer drin.
Das finde ich, ehrlich gesagt, gut so.

masterman 15/10/2009 10:58
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-0+

Schlimm daran ist, dass die restlichen Komponenten, wie die Boards, im Preis nicht fallen, obwohl sie kaum noch teure Hardware wie NB-SB etc.
Wie will man denn, z.B. mit einem Core I5 860 ein SLI System aufbauen, wenn dann nur 2 x 8 Lanes zur verfügung stehen? Da bin ich mit einem entsprechend ausgerüsteten Board (wie mein 780i) besser drann, da sogar 3x 16 Lanes nur fürs SLI. Die hochwertige Bauweise gibts bei GB schon länger, dennoch hatten sie noch eine NB und eine SB, die beim I5 I7 ja nicht mehr beötigt werden und wegfallen, oder eben Funktionen der SB NB. Wieso werden die Boards dann nicht günstiger?
Wenn die NB - SB keine Leistungsintensiven Features mehr bietet, braucht sie auch keine Dicken Leiterbahnen, sondern einzig die CPU.

Weltenspinner 15/10/2009 11:10
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-0+

Für SLI gibt es den Sockel 1366. LGA 1156 ist Mainstream
und wird höchstens eine HD5870 verbaut. Wer das Geld
für zwei High-End-Karten hat, hat auf Geld für ein Sockel
1366-System.

Wozu Preise senken, wenn es noch gekauft wird?
Bei Intel kostet eh alles mehr. Vergleiche mal
Premium-Boards von AMD mit Intel-Bretten.
AM3-Bretter liegen bei 90-140 EUR, während bei
gleicher Qualität und Ausstattung LGA1156 Bretter bei
130-180 liegen. Warum? Es wird gekauft!
Von Sockel1366 reden wir gar nicht. Da kann man
gleich einen Hunderter drauf legen.


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