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Prozessorkerne analysiert: Ein Performance-Vergleich bei 3 GHz mit einem Kern

Prozessorkerne analysiert: Ein Performance-Vergleich bei 3 GHz mit einem Kern
Von , Achim Roos

Wie hoch wäre die Performance aktueller Prozessoren, wenn diese nicht mit mehreren Kernen ausgestattet wären? Wir haben 16 verschiedene CPUs mit nur einem Kern und bei einer Taktrate von 3 GHz betrieben und verglichen.

Wir gehen davon aus, dass die Mehrzahl aller derzeit global genutzten Computer-Systeme noch auf einem Single-Core-Prozessor basieren. Der Grund für unsere Annahme ist nicht der, dass solche Systeme womöglich reißenden Absatz finden würden, denn immerhin sprechen gut ausgestattete Laptops und Notebooks eine größere Käuferschicht an als sämtliche Nettops oder Netbooks zusammen. Der Grund ist vielmehr der, dass die Anzahl an Geräten mit Single-Core-CPU einfach unterschätzt wird und im Gesamten größer ausfällt als man vielleicht meinen könnte.

Seit AMD und Intel ihre CPUs mit mehreren Prozessorkernen ausstatten, ist die Prozessor-Performance deutlich schneller gestiegen als es noch zu Zeiten von Single-Core-Prozessoren der Fall war. In dieser Ära konnte man Prozessoren lediglich mit Hilfe höherer Taktraten oder der Verwendung einer intelligenteren Technologie, die die Performance pro Takt  verbesserte, beschleunigen.

Vor diesem Hintergrund haben wir uns gefragt, wie es sich mit der Performance pro CPU-Kern bei aktuellen Prozessoren verhält. Vergleicht man die Performance pro Takt eines einzelnen Kerns, sind dann aktuelle CPUs wirklich so viel schneller als ein fünf Jahre alter Core-2-Prozessor? Wir haben 16 verschiedene Prozessoren von AMD und Intel vielen Benchmarks mit sehr ungewöhnlichen Einstellungen unterzogen. Wir werfen in diesem Artikel einen Blick darauf, wie populäre Prozessoren der vergangenen fünf Jahren abschneiden, wenn man lediglich einen Prozessorkern bei einer Taktrate von 3 GHz benutzt.

Voraussetzungen und Prozessoren

Bei den Vorbereitungen für diesen Artikel mussten wir zunächst schauen, welche Prozessoren wir für unsere Benchmarks verwenden können. Dabei wollten wir keinesfalls auf die neuesten Modelle von AMD und Intel mit vier und sechs Kernen verzichten. Zudem war uns auch wichtig eine größere Anzahl an Doppelkern-CPUs ins Testfeld mit aufzunehmen, da es in diesem Bereich seit dem Athlon 64 X2 bzw. Pentium 4 die größten Veränderungen gegeben hat. Unsere Auswahl beinhaltet damit  Core-Prozessoren erster und zweiter Generation mit zwei, vier und sechs Kernen sowie Phenom II-, Athlon II- und Athlon 64 X2-Modelle.

Für unser Projekt die passenden Motherboards zu finden, die es erlauben die Anzahl der zu verwendenden Kerne im BIOS zu beschränken, war eine kleine Herausforderung. Wir mussten zahlreiche Boards ausprobieren um das richtige für den jeweiligen CPU-Sockel zu finden, mit dem wir auch die Anzahl aktiver CPU-Kerne entsprechend anpassen konnten. Da wir aber nicht sicher sein können, dass die Deaktivierung der CPU-Kerne diese auch physisch absschaltet, haben wir auf eine Messung der Leistungsaufnahme verzichtet. Dies wiederum erleichterte uns die Vorbereitungen für diesen Artikel, da wir damit das System auch in Windows dazu zwingen können, mit nur einem Kern zu arbeiten.

Die 3 GHz-Schlacht

Dieser Vergleich würde keinen Sinn ergeben, wenn man die Prozessoren mit dem werkseitig vorgegebenen Takt laufen lassen würde. Neben der Beschränkung der aktiven Kerne auf lediglich einen Kern haben wir die Taktgeschwindigkeit aller Prozessoren auf 3,0 GHz festgelegt und sämtliche Energiesparmechanismen wie AMD Cool’n’Quiet oder Intel SpeedStep ausgeschaltet sowie auf AMD Turbo Core bzw. Intel Turbo Boost verzichtet. Auf diese Weise können wir sicher sein, dass die Testbedingungen für alle Kerne identisch sind. Allerdings gibt es zwei Ausnahmen: Die Intel Clarkdale- und Lynnfield-CPUs haben wir mit 2,93 GHz laufen lassen, da eine Konfiguration mit 3,0 GHz lediglich durch die Veränderung des Basistakts und Multiplikators möglich gewesen wäre. Die sich daraus ergebenden Auswirkungen sind sicherlich messbar, dürften aber das Gesamtbild auch nicht allzusehr verzerren.

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Beispiel: Notebook, Festplatte, Speicher

Alle 33 Kommentare anzeigen.
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  • blablobli@guest , 12. Juli 2011 09:18
    Ältere Spiele die nur einen oder 2 Kerne Unterstützen wären interessant gewesen. Ansonsten super Artikel.

    MFG
  • crazymath , 12. Juli 2011 09:28
    Geiler Test, da gibts nichts zu sagen.

    Wie ist das jetzt eigentlich mit dem L3-Cache bei AMD? Auf Combuterbase ist beispielsweise ein Phenom II X4 840 mit 3.2GHz ohne L3 Cache nur etwas langsamer als der 955er BE mit L3. In den ersten Benchmarks hier (3D Mark 11) sind die Prozessoren ohne L3-Cache dann hoffnungslos unterlegen, aber ansonsten nicht hinter jenen mit L3-Cache.

    Also: Wieviel % Aufpreis ist für den L3-Cache gerechtfertigt?
  • habichtfreak , 12. Juli 2011 09:56
    wo genau sind die cinebench ergebnisse? fehlt da eine seite?
  • Anonymous , 12. Juli 2011 10:03
    Die Integration geht immer weiter aber irgendwann ist Schluss mit Prozessorkern & Co.! Bin mal gespannt wann die ersten Protein-Chips auf den Markt kommen!
    Guter Beitrag!
  • mbinder , 12. Juli 2011 10:19
    Zitat :
    wo genau sind die cinebench ergebnisse? fehlt da eine seite?

    Die gibt es nicht. Das war ein Fehler in der Tabelle. Sorry.
    Habe es entsprechend korrigiert und danke für den Hinweis!
  • fragger , 12. Juli 2011 10:19
    "Protein-Chips" sind reine Sensoren und sind und waren nie zum Rechnen gedacht...

    Glaskugel an:
    Die nächsten 5-10 Jahre wird es erstmal bei der "klassischen" Halbleitertechnologie bleiben.
    Die Zukunft der Computer liegt meiner Meinung nach dann in optoelektronischen und später rein optischen Systemen. Und auf dem Weg ergeben sich vielleicht Quantencomputer, wobei die geschätzt noch 50 Jahre von der Benutzbarkeit entfernt sind.
    Glaskugel aus!
  • maulwurf2008 , 12. Juli 2011 10:34
    Fehlt nur noch ein aktueller Chart der Preis/Leistung berücksichtigt...
  • thomaz , 12. Juli 2011 10:46
    tjo. amd... verschissen :) 
  • Anonymous , 12. Juli 2011 11:22
    hmmm... hätte es nicht mehr sinn gemacht z.b. euren llano mitzutesten statt 4 oder gar 6 jahre alte CPUs, die eh keiner mehr kaufen wird?

    mit so einem test hätte ich eh weiter auf bulldozer gewartet, so war das ergebnis klar. amd hat keine chance bei single threaded anwendungen (überraschung! *gähn*), ob das für die zukunft bzw heute überhaupt noch von großer bedeutung ist, ist die andre frage. ich glaube eher nicht. die meisten echten anwendungen laufen ja längst multithreaded und die letzten nachzügler werden sicher bald nachrücken. es wurden ja anwendungen im test künstlich in den single threaded modus gezwungen obwohl sie eigentlich multithreaded laufen. ob das mal so sinn macht... wohl eher ein beleg dafür, dass single threaded performance immer unwichtiger wird.

    interessant ist für mich lediglich, die AES-Encryption bei intel. das ist ein wahrer vorteil, ein echtes kaufargument für einige leute, ob wohl amd das bei der nächsten generation auch implementiert?
  • speed85@guest , 12. Juli 2011 11:37
    meine komplette Uni wurde damals mit 1000den von Dell Systemen mit den überteuerten Elektroheizungen Pentium 4 ausgestattet... ich dachte ich fall vom Glauben ab.
    Gottseidank gabs 2009 die Quittung mit dem Rekordbußgeld der EU von 1,06 Milliarden Euro für Intels Knebelverträge und unlauteren Wettbewerb.
    Ohne Intels Marktmissbrauchs sähe die Prozessorliste oben wohl nicht so eindeutig aus, auch wenn man mit den Sandys adequat viel CPU fürs Geld bekommt.

    Amd hat mit den APUs aber was in der Pipeline, mit denen sie punkten wird können (vielleicht auch in den Konsolen) und ein und mit dem Graphiktechnologie von Ati ein Technologie, die Intel vielleicht nicht so schnell übernehmen wird können wie andere Errungenschaften von AMD (Amd64; integrierte SPeicher-Controller, HT, nativer Quad)

    Das Amd keinen neuen CEO findet macht mich allerdings trotzdem langsam stutzig...
    hoffen wir mal, dass es spanned bleibt.
  • sirboss@guest , 12. Juli 2011 11:57
    Es wäre schön gewesen wenn auch die verbratene Leistung mit brücksichtigt würde, so das man auch sehen kann wie Effizient die Teile arbeiten bzw. in welche Richtung sich das entwickelt.
  • Anonymous , 12. Juli 2011 12:36
    Zitat :
    "Protein-Chips" sind reine Sensoren und sind und waren nie zum Rechnen gedacht...

    Glaskugel an:
    Die nächsten 5-10 Jahre wird es erstmal bei der "klassischen" Halbleitertechnologie bleiben.
    Die Zukunft der Computer liegt meiner Meinung nach dann in optoelektronischen und später rein optischen Systemen. Und auf dem Weg ergeben sich vielleicht Quantencomputer, wobei die geschätzt noch 50 Jahre von der Benutzbarkeit entfernt sind.
    Glaskugel aus!


    Ich habe es mal verbessert, Organischer Speicher und Prozessor sollte es heißen!
    http://www.hardware-infos.com/news.php?news=3858
  • klomax , 12. Juli 2011 13:46
    So verschissen hat AMD nicht. - Sie hängen halt in einigen Disziplinen ordentlich hinterher.

    Schwanzmark interessiert mich weniger, als beispielsweise einfaches AV-Encoding und 7zipen. - Und da schlagen sich Athlon 2 Kastraten gar nicht soooo schlecht.;)

    Empfindlicher triffts bei bestimmten Spielen, da merke ich während der Ladebalken u. U. schon, dass mein Rana zu lange im RAM rummwurschtelt.:D 

    Und DAS nervt wirklich.

    Fehlende Schubkraft für dicke Grakas, das ist ja hinlänglich bekannt. So gewinnt man keine DX11-Spiele mehr. Ist's ein lausiger Konsolen-Port wie ME2, dann reicht eine 50 € CPU locker.
  • amd64 , 12. Juli 2011 14:10
    Hoffentlich kommt LGA 2011 wirklich im 4ten Quartal ... ich brauch mehr Power :D 
  • Garrit , 12. Juli 2011 14:25
    Interessant wäre es noch, ergänzend die Rechenleistung in Relation zur Leistungsaufnahme zu bringen - gleiche Leistung mit weniger Energie ist ebenso ein Fortschritt.
  • vonnordmann , 12. Juli 2011 14:49
    GarritInteressant wäre es noch, ergänzend die Rechenleistung in Relation zur Leistungsaufnahme zu bringen - gleiche Leistung mit weniger Energie ist ebenso ein Fortschritt.


    Stimmt wohl!

    Was mich ein wenig erschreckt hat sind die deutlichen Unterschiede zwischen AMD und Intel bei den Adobe-Anwendungen. Ich hab seit 1999 an keinem Intelrechner mehr gesessen, sind die wirklich so viel flotter? Wow! Ich meine wir reden hier ja vom gleichen Takt - gut hier und da ein wenig mehr L3, und ein paar nicht unbedeutende Architekturunterschiede... aber alles in allem bin ich überrascht! (Nein, ich habe die letzten 12 Jahre keinen Winterschlaf gehalten!)
  • 7664stefan , 12. Juli 2011 14:53
    Jo, und wenn man schon von Wettbewerb und Märkten spricht, wäre auch ein Vergleich der Leistung pro Euro (ausgehend vom heutigen Preis!) interessant. Das ist glaube ich, was die Masse der Käufer interessiert. Da Enthusiasten da andere Ansprüche haben, ist klar! Ich wünsche mir für die Zukunft einen 12-Kerner! :D 
  • Anonymous , 12. Juli 2011 15:45
    Zitat :
    Was mich ein wenig erschreckt hat sind die deutlichen Unterschiede zwischen AMD und Intel bei den Adobe-Anwendungen. Ich hab seit 1999 an keinem Intelrechner mehr gesessen, sind die wirklich so viel flotter?

    nein. so einfach ist das nicht. auch photoshop ist seit cs5 multithreaded, allerdings längst noch nicht bei allen filtern, aber stück für stück immer mehr. eigentlich ist multicore unterstützung längst standard, der eine oder andere hersteller braucht aber noch etwas um seinen code anzupassen.

    was dieser test hier für die praxis aussagt ist im grunde genommen... nichts.

    amds prozessoren sind anders aufgebaut als intels, man könnte es ungefähr so sagen, dass bei amd ein kern eigentlich nur ein 3/4 kern ist, wohingegen bei intel ein kern eher 1 1/4 kerne sind, die sich dem betriebssystem als 2 kerne vorstellen. amd buttert zum ausgleich bei gleichem preis/diegröße mehr physische kerne in den prozessor, die damit eine niedrigere leistung in allen anwendungen haben, die nur einen thread ausnutzen können, meist aber eine bessere leistung in allen anwendungen haben, die die vielen kerne gut nutzen können. reine singlecore anwendungen findet man aber heute immer weniger, weshalb sich thg hier wohl schon gezwungen sah multicore fähige anwendungen so weit zu verkrüppeln, dass sie nur auf einem kern laufen. und dazu haben sie auch noch die taktzahl gleichmäßig auf 3GHz gestellt (um damit dann äpfel mit birnen gleicher größe zu vergleichen), was schon aufgrund der unterschiedlichen architekturen und fertigungsprozesse (soi, bulk) absurd ist, leistung lässt sich durch viele änderungen verbessern: takt, cache, architektur,... und die hersteller unterscheiden sich hier. aus welchem grund auch immer dachte thg, es sei fairer den takt anzupassen, der cache blieb aber natürlich beispielsweise unangetastet. merkwürdig.

    was man hier auch an den kommentaren sehen kann, keiner weiß was er mit dem test machen soll, außer vielleicht ein unangebrachtes loblied an hersteller a oder b zu singen, da er praxisfern ist. ziel war es offenbar aussagen über die pro-kern-pro-takt leistung zu treffen, was in der praxis zwar völlig idiotisch ist, aber sich zumindest schön liest. ungefähr so als würde man ein motorrad mit einem auto vergleichen und zur "fairness" dürften beide nur jeweils auf 2 rädern fahren und um es noch besser zu machen, dürften beide den motor nur mit 100ps betreiben. man findet dann überraschenderweise heraus, dass das schwere auto auf nur 2 rädern gar nicht mal mehr so cool auf der rennstrecke ist. ohne zu werten, hat man sich den einzigen bereich genommen, in dem intel (bekanntermaßen) besonders gut da steht und daraus einen test gemacht. und siehe da, es ist genau das rausgekommen, was längst klar war. so schreibt man dann im fazit weiter rosig, dass bei intel 22nm cpus schon vor der tür stehen und tut so als käme von amd nichts, dass amds bulldozer längst an der tür geklopft hat und nur noch wartet, dass sie aufgeht, erwähnt man nicht mehr.

    man kann nur raten von allen synthetischen benchmarks, die am ende noch compilerabhängig sind, die finger zu lassen und auf anwendungen der wirklichen welt zu achten und sich den prozessor in seinem gewünschten preissegment mit dem besten tradeoff aus leistung, stromverbrauch und preis auszusuchen.
    man sollte einem test vertrauen, der die prozessoren in den anwendungen so testet, wie man ihn auch einsetzt.
    für die gefühlte geschwindigkeit eines sys ist das geld oft sogar besser in eine ssd fürs os angelegt als in einen schnelleren prozessor.
  • El-Locko , 12. Juli 2011 18:30
    Wenn die Entwicklung bei AMD kein Quantensprung mit Bulldozer macht, wird sich wohl die Leistung in etwa vergleichbar mit Intels Lynnfield und Blomfield einreihen. Zumindest wäre es vermutbar, obwohl meine Glaskugel auch noch die Version 1.0 hat.

    Ich denke in Games dürfte der Unterschied deutlich geringer ausfallen, bei gleichaltrigen Gegnern. Und wenn es 5-10 Frames in Games sein sollten, wen juckt es bei 80 Bildern pro Sekunde. Ok, wenn die Karte auch noch älter ist und kein DX11 kann dann wird wohl grober ausfallen.
  • klomax , 12. Juli 2011 18:35
    Es ist halt schade, dass AMD die Wattsparer nicht im größeren Umfange vom Stapel lassen konnte, und das preiswert.

    Der 615e, der 420e und der 910e sind interessante Produkte.

    Bully steigt wieder mit einem recht hohen TDP ein, aber die Rechenleistung gegenüber den alten Phenom 2ern und Athlon 2ern dürfte sich gewaschen haben. - Wenns nur knapp an Standard-Sandy heranreichte, wäre das imo völlig in Ordnung. Mehr Leistung braucht kein Mensch (jajaja, das sagten 'se damals beim High-End-XT auch...:D , ich weiß...)
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