Hyper Threading contra Dual Core Processing

Jedes moderne Betriebssystem ist in der Lage, mehrere Programme gleichzeitig auszuführen, wobei die Prozessorlast dynamisch auf alle verfügbaren logischen Prozessoren verteilt wird (Multi-Tasking), oder es verteilt die Arbeit auf einer wesentlich tieferen Ebene, basierend auf Threads (Multi-Threading, sofern anwendbar). Während Multi-Tasking dem Benutzer ermöglicht, mehrere Anwendungen sowie eine Vielzahl von Systemdiensten gleichzeitig auszuführen, ohne dass dies spürbare Auswirkungen auf die Performance hätte, ermöglicht Multi-Threading eine Performancesteigerung, die über jegliche Erhöhung der Taktfrequenz hinausgeht, wie man sie regelmäßig beobachtet, seit AMD und Intel begonnen haben, sich gegenseitig den Rang abzulaufen.

Diese Dual-Core-Chips werden schon seit geraumer Zeit angepriesen. Und in der Tat dürfte es sich hierbei um den wichtigsten Fortschritt der Prozessorentwicklung der kommenden Jahre handeln, egal ob man AMD oder Intel bevorzugt. Tatsächlich wird ein System, das mit einem solchen "Doppelkopf" ausgestattet ist, fast dieselbe Performance bieten können, wie sie ein echtes Dual-Prozessor-System erreicht.

Intel versuchte sich mit der Einführung von Hyper Threading (HT) im Jahr 2002 rechtzeitig auf zwei vollständig ausgestattete Prozessoren einzustellen. Das Wettrennen um die höchsten Taktfrequenzen war der eigentliche Grund für die Einführung der HT-Technologie in die Pentium 4-Architektur. Damit wurden rasante 3,06 GHz erzielt und Intels Execution Pipeline war bereits auf recht umfangreiche 20 Stufen angewachsen. Der AMD Athlon XP arbeitete mit 10/15 Stufen (ALU/FPU), während der Pentium III 10 Stufen abarbeiten musste (12 bei Tualatin- und Pentium M-Modellen sowie bei AMDs Athlon 64-Prozessoren).

Einerseits kann eine CPU mit einer langen Pipeline sich innerhalb eines Bearbeitungszyklus’ um mehrere Aktionen kümmern. Dies ist von Vorteil, wenn Befehlserweiterungen wie SSE2 und SSE3 zum Einsatz kommen. Andererseits wird jede einzelne Operation die CPU veranlassen, die meisten dieser Stufen abzuarbeiten, was leicht zur Verschwendung wertvoller Taktzyklen führen kann. Intel löste dieses Problem mit der Implementierung einer Logik, welche in der Lage ist, für eine höhere durchschnittliche Nutzung der Pentium 4-Pipeline zu sorgen (die bei der aktuellen Prescott-Architektur immerhin auf 31 Stufen angewachsen ist), indem sie vorgaukelt, es wären zwei logische Prozessoren vorhanden.

Ein Hyper Threading-Prozessor wird es zwar nie auch nur annähernd mit der Performance eines Dual-Prozessors aufnehmen können, schafft es aber, die negativen Effekte zu mindern, die auftreten, wenn man eine Anwendung ausführt, die so viel CPU-Zeit beansprucht, dass sie das gesamte System lahm legt ("Diese Anwendung reagiert nicht mehr"). Falls man schon einmal auf einem Dual-Prozessor-System oder einem System mit aktiviertem Hyper Threading gearbeitet hat, wird man die gleichmäßig hohe Reaktionsfreudigkeit bemerkt haben - wofür in der Hauptsache Hyper Threading verantwortlich ist. Es gibt einige Anwendungen, die mit HT schneller laufen, einige werden sogar langsamer, aber im Durchschnitt wird man keinen Unterschied feststellen können.

Intel ist stolz auf Hyper Threading als wichtiger Zwischenschritt auf dem Weg vom Single- zum Multi-Processing auf ein und demselben Chip. Daher ist der Chiphersteller der festen Überzeugung, dass die HT-Technologie erst den Weg für Thread-basierte Anwendungen geebnet hat, da dies deutliche Performancesteigerungen mit sich bringt. Und in der Tat hat Intel eine Menge für die Thread-optimierte Programmierung getan. AMD hat andererseits immer die Auffassung vertreten, dass es sich bei Hyper Threading immer nur um eine Übergangstechnologie handeln wird, die eigentlich überflüssig ist. Konsequenterweise findet sich daher auch kein AMD-Prozessor, der eine solche Funktion unterstützt.

Wie immer liegt die Wahrheit irgendwo in der Mitte. Ein Gamer wird normalerweise nicht mehrere Anwendungen gleichzeitig ausführen, um die gesamte Rechenleistung völlig seinem heiß geliebten Spiel zukommen zu lassen. Professionelle Anwender hingegen werden schon eher mit mehreren Programmen gleichzeitig hantieren, was Hyper Threading die Möglichkeit gibt, seine Stärken auszuspielen. Darüber hinaus hat heutzutage fast jeder ein Anti-Virus-Programm oder eine Firewall laufen. Solange die Zahl dieser so genannten Hintergrunddienste oder der Grad ihrer Aktivität nicht eine bestimmte Schwelle überschreitet, wird jeder Einzelprozessor auch ohne HT leicht damit klarkommen, ohne dass der Benutzer etwas davon bemerkt. Aber je mehr ein System gleichzeitig leisten muss, desto eher wird Hyper Threading gefragt sein - oder die neuen Dual-Core-Prozessoren, womit wir wieder beim Thema wären.