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ARM gegen x86: Warum der Intel Atom das Effizienzrennen gewinnt

ARM gegen x86: Warum der Intel Atom das Effizienzrennen gewinnt
Von , Chris Angelini

Intel hat uns kürzlich sehr detaillierte Messungen der Leistungsaufnahme des hauseigenen Atom-SoC und des Nvidia Tegra 3 zukommen lassen. Wer angenommen hat, dass die ARM-Architektur effizienter ist, hat die Atom-Architektur unterschätzt.

Andrew Ku hat vor kurzem zwei Samsung-Tablets unter die Lupe genommen: Das mit einem Atom Z2760 ausgestattete ATIV Smart PC 500T und das auf einem Qualcomm APQ8060A basierende ATIV Tab. Unser US-Chefredakteur Chris Angelini hat sich mit dem Acer Iconia W510 beschäftigt, in dem ebenfalls ein Atom Z2760 steckt, und wird seine ersten Testergebnisse in Kürze veröffentlichen. Hier in Deutschland arbeiten wir gerade an einem Testbericht zu HPs Envy x2, einem x86-Tablet mit eben diesem Atom Z2760 und Tastatur-Dock, der in kürze erscheint.

Durchweg waren die Redakteure waren aber davon beeindruckt, wie die Atom-Tablets, die immerhin mit einer Vollversion von Windows 8 ausgestattet sind, mit dem von einem Nvidia Tegra 3 angetriebenen Microsoft Surface mithalten können.

Wenn man nur den Performanceaspekt betrachtet, liefert sich der Atom Z2760 (Codename ‘Clover Trail’) mit dem Nvidia Tegra 3 einen harten Schlagabtausch bei den Geekbench-Messwerten, gewinnt den Teilbereich Web-Surfen aber überzeugend. Ein weiterer Vorteil ist natürlich, dass der Atom x86-Anwendungen ausführen kann.

Wie ist es möglich, dass die Ergebnisse einiger Performancetests beim Atom-Tablet dramatisch höher liegen und die Laufzeit im Batteriebetrieb mit dem ARM-Tablet vergleichbar ist, obwohl im Atom-Tablet eine kleinere Batterie eingebaut ist? Diese Frage ist schwer zu beantworten, wenn man nicht über ein gut ausgestattetes Labor verfügt. Wir haben daher Intel um Zugang zum gutausgestatteten Intel-Labor ersucht, um die Messergebnisse im Detail nachvollziehen zu können.

Als wir Anfang Januar in Santa Clara waren, hat uns Intel die Messergebnisse des Performanceanalyse-Teams gezeigt, die Testmethodik erläutert und uns sogar Zugang zu den Testgeräten gegeben, damit wir unsere eigenen Messungen vornehmen konnten. Die Intel-Ingenieure haben uns auch im Detail die Stärken und die Schwächen der Clover Trail-Plattform erläutert. Die folgenden Messwerte stammen von Intel, also nicht aus unserem eigenen Labor. Wir haben aber mit einem Gossen Luminanz-Messgerät überprüft, dass die Beleuchtung aller Displays wirklich auf 200 cd/m2 (nits) eingestellt war – denn die Displaybeleuchtung ist ein großer Stromfresser. Der Leistungsbedarf wird übrigens zwanzigmal pro Sekunde gemessen. In diesem Artikel analysieren wir die von Intel publizierten Messwerte und stellen sie den Messwerten, die wir in unserem eigenen Labor ermittelt haben, gegenüber.

Leerlauf: Microsoft Surface (ARM)

Plattform (W)
CPU (W)
GPU (W)
RAM (W)
LCD (W)
Rest (W)
System Idle (Ideal): Windows 8 UI
2.820.00380.210.250.981.38
System Idle (Ideal): Desktop
3.000.00470.210.251.111.42
System Idle: Split Screen
3.640.290.310.371.111.56
Leerlauf: Acer W510 (Atom)

Plattform (W)
CPU (W)
GPU (W)
RAM (W)
LCD (W)
Rest (W)
System Idle (Ideal): Windows 8 UI
2.470.020.110.290.841.22
System Idle (Ideal): Desktop
2.760.020.110.301.091.24
System Idle: Split Screen
3.370.180.240.361.141.45

  

Die Leistungsaufnahme der beiden Tablets – Microsoft Surface und Acer W510 – wurde in je drei Situationen gemessen, nämlich im Windows 8 UI, im Windows 8 Desktop und in der geteilten Bildschirmanzeige, wenn eine Windows 8-App eine Seite des Bildschirms beansprucht und der Desktop auf der anderen Bildschirmhälfte angezeigt wird.

Betrachten wir zunächst die Spalte mit der CPU-Leistungsaufnahme. Im Leerlaufbetrieb mit dem Windows 8 UI auf dem Bildschirm verbraucht der Tegra 3 nur 0,0038W, ein bemerkenswert niedriger Wert, während der Atom mit 0,02W auf das Fünffache kommt. Aber bei geteilter Bildschirmanzeige springt der Tegra 3 auf 0,29W, während der Atom mit 0,18W nur zwei Drittel dieser Leistung verbrät.

Die nächste Systemkomponente, die wir uns vornehmen, ist die GPU. Wir wissen natürlich, dass die im Atom eingebaute Grafikeinheit PowerVR SGX545 nur einen einzigen Core aufweist und im 3D-Grafikbetrieb deutlich langsamer als der Tegra 3 ist. Aber wenn man 2D-Anwendungen betrachtet, verbraucht die einfachere Grafikeinheit des Atom auch weniger Strom.

Wenn man die Messwerte in den RAM-Spalten der beiden Prozessoren vergleicht, sieht der Atom sogar schlechter aus als der Tegra. Aber halten wir uns vor Augen, dass der Atom Z2760 zwei 32-Bit-Speichercontroller mit Support für LPDDR2-800 aufweist, also bis zu 6,4 GB/s Speicherbandbreite. Der Tegra T30, der in den meisten Tablets eingebaut ist, verfügt hingegen über einen Einkanal-Speichercontroller, der DDR3-L mit bis zu 1500 MT/s anbinden kann, was nur bis zu 6 GB/s ergibt. Ohne vorgreifen zu wollen – bei den Lasttests wird sich zeigen, dass der Speicherstromverbrauch des Atom unter Last nur geringfügig, der des Tegra aber signifikant zunimmt.

Die anderen Teile der Systemplattform bestehen aus dem LCD und den Peripherieeinheiten, z.B. den LVDS-Treibern, den WLAN- und Bluetooth-Modulen, Audiocodecs, NAND-Flash, Spannungswandlern und dergleichen. Selbst in einer Betriebsart, in der das LCD des Acer-Tablets mehr Strom verbraucht, also der geteilten Bildschirmanzeige, ist der verbleibende Rest der Atom-Systemplattform um 0,1W effizienter.

Alle 24 Kommentare anzeigen.
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  • aarfy , 28. Januar 2013 09:24
    Zitat :
    Nein, wir werden uns nicht etwa einen Chirurgieroboter, der einen Papierflieger, der kleiner als eine Cent-Münze ist, falten kann zulegen
    Schade, wäre bestimmt ein schönes Spielzeug für die HW modding Fraktion..

    Wirklich mal sehr Auffschlussreich dieser Effizienzvergleich, gerade in Anbetracht des deutlich größeren Potentials der ATOMs (64Bit, OoO, Speicherinterfaces etc.) da werden die ARMs in der nächsten Generation ein bisschen Preisdruck bekommen, wenn sie noch weiter diese Mengen umsätzen wollen. Die Margen werden noch knapper werden vermutlich.

    Bin gespannt wann das erste Android ATOM Tablet erscheint..
  • xvYCC , 28. Januar 2013 10:41
    Aja fein, jetzt hören die Tabets auf vom Desktop getrennte Spielzeuge zu sein. Dann klappt es vielleicht doch noch mit einem Metroähnlichen "PC"-Gesamtkonzept das auch jemand freiwillig benutzen will. Auf jeden Fall spannend...
  • Joschi , 28. Januar 2013 11:04
    Und ich dachte immer es wäre DIE Stärke der ARM-Architektur.
  • Scour , 28. Januar 2013 18:08
    Das bestätigt meine Theorie, Thanks :) 

    Ich hielt ARM schon lange für überschätzt, viele kapierten einfach nicht das ARM nicht nur wenig Strom verbraucht sondern auch dementsprechend langsam ist.
  • Oberst , 28. Januar 2013 19:06
    Zu dem selben Ergebnis ist auch schon Anandtech gekommen, die hatten allerdings alles bei sich im Labor. Da waren Tegra3, Atom, Qualcomm und ein Samsung Exynos mit A15 Kernen, und der Atom war knapp vor dem Krait der effizienteste SoC. Bedenkt man noch, dass Intel den Atom dieses Jahr auf OoO und 22nm umstellt und AMD auch mit neuen APU SoCs kommen wird, dann wird ARM es nicht gerade leicht haben.
  • creeeech , 28. Januar 2013 20:31
    War bestimmt beeindruckend in dem Labor, was?
  • dergauner , 28. Januar 2013 21:45
    noch ein grund mehr für ein win8 tablet anstelle eines androids.
  • derGhostrider , 28. Januar 2013 22:15
    Es gibt hier Foren-User, die werden sich über diesen Artikel gar nicht freuen...
  • dragnod0 , 29. Januar 2013 08:57
    dergaunernoch ein grund mehr für ein win8 Tablet anstelle eines androids.


    Nicht wirklich. Hardware allein macht noch kein gutes Tablet oder Handy aus.
  • Elkinator , 29. Januar 2013 10:06
    Komisch, mir sagt man immer das ich keine Ahnung habe, wenn ich sage das Arm nicht sparsamer ist.
    Da hatte ich wieder mal recht, wie immer...
  • texas , 29. Januar 2013 10:52
    Zitat :
    Da hatte ich wieder mal recht, wie immer...


    Du bist ja genauso unfehlbar wie der Papst ;) 
  • Elkinator , 29. Januar 2013 11:08
    das nicht, aber es ist halt lustig das es hier leute gibt die mir vorwerfen das ich unsinn erzähle;)
  • bugmenot , 29. Januar 2013 21:42
    Dumm nur, daß:

    Akku: Li-Ionen, 8200mAh • Gewicht: 0.57kg, 599€
    vs
    Akku: Li-Ionen, 4080mAh • Gewicht: 0.76kg, 755€
  • Elkinator , 30. Januar 2013 07:25
    der akku ist dabei EGAL.
    ist es echt so schwer den test zu verstehen?

    sie haben gemessen wieviel energie die geräte verbrauchen, dabei spielt der akku keine rolle...
  • headnut , 2. Februar 2013 13:41
    Nvidia Tegra 3 - 40 nm basierend auf Cortex A9, vorgestellt 2007
    http://www.arm.com/about/newsroom/18688.php

    Atom Z2760 - 32nm basierend auf Clover Trail - vorgestellt 2012
    http://www.heise.de/mobil/meldung/Intels-Tablet-Prozessor-Clover-Trail-wird-offiziell-1720526.html

    Das bei dem Lizenzmodell von ARM viel Zeit von Vorstellung zum Produkt vergeht, ist ja kein Geheimnis. Das sagt aber nichts über die Energieeffizienz. Aber das man dann einen Vergleich eines 40nm A9 mit einem top aktuellen 32nm Clover Trail wagt und das als fairen Test darstellt, ist absolut LÄCHERLICH.
    Schlimm genug, dass Hardware-Redakteure drauf reinfallen und das mitmachen.

    wenn dann hätte man doch wenigstens einen Cortex A15 (vorgestellt 2010) in 32nm wie den Samsung Exynos 5 5250 des Nexus 10 nehmen können. Aber nein da hätte der Atom ja nicht mehr so gut ausgesehen.
  • Elkinator , 2. Februar 2013 13:44
    nein, dann würde der atom noch besser aussehen.
    beim A15 ist der verbrauch deutlich erhöher als bei einem A9
  • headnut , 4. Februar 2013 13:12
    Zitat :
    nein, dann würde der atom noch besser aussehen.
    beim A15 ist der verbrauch deutlich erhöher als bei einem A9


    nein! wenn du natürlich ein erbärmliches WinRT Tablet nimmst, das etwa bestimmte Energiesparfunktionen der ARMs wie beim Tegra3 z.b. den Companion Core nicht unterstützt und als unnötigen Ballast mitschleppt, dann vielleicht.
    siehe (** Windows RT support still under development)
    http://www.nvidia.com/object/tegra-3-processor.html

    Ich würde gerne einen ähnlichen Test eines Exynos 5 5250 gegen den Atom Z2760 auf einem fähigen Betriebssystem sehen. Und zwar eigens durchgeführt und nicht wie im Kindergarten unter Betreuung von Intel.

    Was Intel hier betrieben hat, ist übelstes Cherry-Picking und alle fallen drauf rein. Man nimmt einen uralten Tegra 3 in höherer Strukturbreite, man wählt ein Betriebssystem, dass diesen nicht mal richtig unterstützt, man beachtet nur wenige einzelne Testkriterien und Benchmarks. Das hier ist kein Test, das ist Werbung.
  • Elkinator , 4. Februar 2013 14:26
    ich falle auf nichts rein, es ist nunmal ein märchen das arm sparsamer ist.
    und beim A15 ist der verbrauch eben deutlich in die höhe gegangen, auch wenn du es nicht einsehen willst...
  • derGhostrider , 4. Februar 2013 19:22
    @headnut:
    Intel hat das Know-How, um die Messungen korrekt durchzuführen. Dazu sind mindestens 95% der Hardware-Review-Sites gar nicht in der Lage. Selbst wenn sie die Oszilloskope geschenkt bekämen, könnten sie es nicht oder zumindest nicht richtig. Sogar wenn sie die Oszilloskope korrekt bedienen würden, würde das Chip- und Schaltplan-Know-How fehlen, um an den richtigen Stellen zu messen.

    Vor allem hat THG doch über primitive Lasttests die Aussagen grob verifizieren können: Was ist also Dein Argument gegen die durchgeführten Tests unter Intels aufsicht? Sind Dir die ergebnisse zu präzise?
    ... es gibt ja immer mal wieder Leute, die lieber irgendeine schlechte, gar nicht erklärte, aber dafür einfache Messmethode vorziehen.
    Sprich: Wenn irgendeine kleine Hardwareseite schreiben würde: "Wir haben ein Oszi, wir haben etwas anderes gemessen!" dann steht dort nicht, was sie gemessen haben, wie sie gemessen haben, wo sie gemessen haben... Also eigentlich ist deren Aussage dann wertlos. Dennoch würde es genügend Leser geben, denen "Oszilloskop" dann als Erklärung reicht. Leider.


    -----

    Der "Companion Core" ist bei den durchgeführten Messungen irrelevant: Es wurde kein Active-Standby gemessen, oder?

    Zudem hätte ich gerne für Deine Behauptung einen Beleg, daß (sonstige) Stromsparfeatures des Tegra noch nicht unterstützt würden. Wie gesagt: Der Companion-Core ist UNNÜTZ in diesem Test. Egal ob er unterstützt wird oder nicht, da die Geräte im Idle und unter diversen Last-Szenarien getestet wurden. Nicht im "active standby".
  • hannes09 , 4. Februar 2013 20:06
    Zu Beginn des Artikels wurde die geringe Grafikperformance des Atoms erwähnt. Dazu würde mich interessieren wie groß dieser Unterschied ist und auch wie die Leistungsaufnahme der Atom GPU ist wenn sie mit Hochlast betrieben wird.
    Ein sehr interessanter Artikel und auf jedenfall ein Thema, dass in zukunft im Auge zu behalten bleibt.
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