Donnerstag, 19. August 2010

Was bringt ein DualCore (X2) Prozessor?

Bis vor wenigen Monaten war Multiprozessortechnik nur etwas fr Profi-Anwender oder Apple-Kunden: Sobald in einem x86-PC mehr als ein Prozessor steckte, hie er Workstation oder Server. Solche Gerte waren nicht nur wesentlich teurer als gewhnliche Heim- oder Brorechner, sondern auch viel lauter und fr Privatkunden kaum zu beschaffen. Diese Zeiten sind vorbei, denn mittlerweile haben Doppelkern-Prozessoren nicht nur in Desktop-PCs, sondern sogar bereits in Notebooks Einzug gehalten. Statt Gigahertz-Hype kommt jetzt der Kampf der Kerne.

Der Leistungsvergleich der Mehrkern-CPUs mit ihren einkernigen Vorfahren fllt dabei nicht immer zu Gunsten der Neulinge aus. Viele, vor allem ltere Anwendungen klammern sich ausschlielich an einen Kern. Dann bringen Multi-Cores zwar den potenziellen Vorteil, dass ihre freien Rechenwerke fr weitere leistungshungrige Programme nutzbar bleiben, fallen im direkten Benchmark-Vergleich mit hher getakteten Single-Core-Prozessoren jedoch zurck. Bisher erreichen die Einkern-CPUs nmlich noch etwas hhere Taktfrequenzen als Dual-Cores, weil Letztere sonst kaum noch sicher zu khlen wren.

Leistungsunterschiede in der Grenordnung weniger Prozent sind den meisten PC-Besitzern allerdings zu Recht egal. Die meisten neuen Rechner sind fr die meisten interessanten Anwendungen schlichtweg schnell genug. Unsere jhrliche Umfrage unter c't-Lesern zeigt ebenso wie die Analysen namhafter Marktforscher, dass immer weniger Kufer einen neuen PC wollen, weil sie mehr CPU-Rechenleistung brauchen, sondern es geht ihnen eher um Zusatzfunktionen oder einen (mobilen) Zweitrechner.

Mit schlichter Taktfrequenzsteigerung, jahrelang das Haupt-Argument fr die PC-Neubeschaffung, lassen sich nur noch geringe Performancesteigerungen herausholen. Zustzlich stt man beim Hochschrauben der Taktfrequenz an physikalische Grenzen: Um bei sehr hohen Taktfrequenzen stabil zu arbeiten, bentigen die blichen x86-Kerne vergleichsweise hohe Betriebsspannungen. Weil die Leistungsaufnahme aber ungefhr im quadratischen Verhltnis zur Kernspannung steigt, explodiert der Aufwand fr die Khlung geradezu. Zwar wollte Intel mit optimierten Fertigungsverfahren diesem Zusammenhang entgegenwirken, doch hat sich der Marktfhrer dabei offenbar drastisch verschtzt: Noch vor drei Jahren war geplant, den 90-Nanometer-Prescott-Kern auf 5 GHz zu peitschen, sein Nachfolger Tejas htte 9 GHz erreichen sollen.

Jetzt soll die Mehrkern-Technik fr eine Vervielfachung des PC-Leistungspotenzials sorgen. Viele praktische Benchmarks zeigen, dass tatschlich hohe Skalierungsfaktoren erreichbar sind: Ein zweiter Kern kann auch ohne groe nderungen an der Systemarchitektur durchaus 80 Prozent mehr Anwendungs-Performance bringen. Um Vergleichbares durch eine Steigerung der Taktfrequenz zu bewerkstelligen, msste man jene wohl verdreifachen - wie oben erlutert, ist das illusorisch.

Mit dem bloen Hinzufgen weiterer Kerne ist es aber auch nicht getan, wenn tatschlich parallele Hchstleistung gefragt ist: Schlielich wollen nun doppelt so viele Rechenwerke mit Daten und Energie gefttert und sicher gekhlt werden. Die einzelnen Kerne der Multi-Cores mssen also sparsamer sein als im Einkern-Prozessor, der Khlungsaufwand drfte dennoch steigen. Schnellere Speicheranbindung und grere Caches optimieren den Fluss der Daten, der Umstieg von Bus-Systemen (PCI) auf geschaltete Punkt-zu-Punkt-Verbindungen (PCI Express) und Verfahren wie Native Command Queuing (NCQ) bei Festplatten helfen, die Peripherie-Zugriffe mehrerer paralleler Anwendungen voneinander zu entkoppeln.

Solche Manahmen verbessern die Systemperformance, wenn mehrere leistungshungrige Programme gleichzeitig laufen - damit empfiehlt sich die Multi-Core-Architektur vor allem fr Server, wo sie ja auch herkommt. Im Desktop-PC-Bereich wchst zwar die Zahl der Szenarien, bei denen ebenfalls mehrere unabhngige Anwendungen laufen, doch hufiger geht es hier noch um einzelne Programme, denen Performance fehlt. Das hohe Leistungspotenzial der Mehrkern-Architektur lsst sich dann nur ausschpfen, wenn die Software ihre Arbeit auf mehrere parallel laufende Threads verteilt. Das Angebot solcher Programme wchst, auch weil sich alle Hardware-Hersteller einig sind

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