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Kerniges Duell

AMD Phenom II und Intel Core i7 im Test

17.03.2009
AMD schickt den Phenom II X4 ins Rennen um die leistungsfähigste Vierkern-CPU, Intel hält mit dem neuen Core i7 dagegen.

Es geht nicht nur um mehr MHz: Sowohl Intel als auch AMD bieten mit ihren aktuellsten Prozessoren einige Neuerungen: AMD steigt mit dem Phenom II auf den 45-Nanometer-Fertigungsprozess um. Intel fertigt schon seit längerem in dieser Strukturgröße, offeriert aber jetzt "neue" Prozessorfeatures – die AMD wiederum teilweise seit Jahren in seine Chips integriert.

Phenom II

Die entscheidende Verbesserung beim in Dresden gefertigten Phenom II stellt die Strukturverkleinerung von 65 auf 45 Nanometer dar. Das erlaubt AMD nicht nur, mit der Taktrate hochzugehen: Die kleineren Transistoren, 758 Millionen an der Zahl, ermöglichen es auch, satte 6 MByte gemeinsamen Level-3-Cache zu integrieren, statt 2 MByte wie im Vorgänger. Dadurch bleibt die Größe des Chips mit fast gleich. Sie schrumpft nur wenig von 285 auf 258 Quadratmillimeter, sodass AMD nur wenig mehr Chips pro Silizium-Scheibe ("Wafer") unterbringt. Das hält die Produktionskosten weitgehend gleich.

Die uns zum Test vorliegende Phenom II X4 940 Black Edition taktet offiziell mit 3 GHz – und verbraucht dabei erstaunlich wenig Strom. Und das, obwohl AMD den Prozessor mit 125 Watt TDP spezifiziert, was nahezu gleichauf zu den 130 Watt des Core i7 liegt. Der Vierkern der "Deneb"-Generation ist architektonisch weitgehend identisch mit dem im letzten Heft getesteten 65-Nanometer-Phenom-X4 mit 2.6 GHz ( "Agena").

Jeder der vier Kerne der K10-Generation verfügt über 512 KByte L2-Cache. Alles sitzt auf einem einzigen Chip, und DDR2-Speicher lässt sich mittels des integrierten Speichercontrollers (siehe Kasten "Integrierter Speichercontroller") über zwei maximal 1066 MHz schnelle Kanäle anbinden. Das hat im Vergleich zum Core i7 den großen Vorteil zur Folge, dass man den Phenom II einfach in vorhandene Motherboards mit AM2+-Sockel einsetzen kann. Der Core i7 dagegen benötigt nicht nur ein neues Motherboard, sondern meist auch neuen Arbeitsspeicher, da er exklusiv mit dem deutlich teureren DDR3-RAM funktioniert.

Mit dem Rest des Systems kommuniziert der Phenom über einen 16 Bit breiten Hypertransport-3.0-Link mit 1,8 GHz Taktung, was einen leichten Rückschritt zu den 2 GHz der Vorgängergeneration darstellt. Dennoch lassen sich über den Bus in jede Richtung 7,2 GByte pro Sekunde schieben – das sollte für die meisten Zwecke locker ausreichen. In Sachen reine CPU-Leistung hat das insbesondere bei Ein-Chip-Systemen wie dem Phenom keine Einschränkungen zur Folge, da der Prozessor nicht über Hypertransport auf den Speicher eines anderen Chips zugreifen muss. Wie schon bei dem von uns im letzten Heft getesteten Phenom hat natürlich auch der Phenom II den TLB-Bug nicht mehr: Den hat AMD seit dem B3-Stepping des Phenom (xx50-Modelle) beseitigt.

Integrierter Speichercontroller

In der traditionellen Variante ist der Speicher an der Northbridge des Chipsatzes angeschlossen. Dieser spricht wiederum die CPU über den Frontside-Bus an. Integrierte Speichercontroller hingegen koppeln den Speicher direkt an die CPU an, was Vorteile und Nachteile nach sich zieht. Auf der Haben-Seite stehen eine deutlich bessere Latenz beim Speicherzugriff und die weitgehende Entlastung des Systembusses, der dadurch voll für wichtigere Dinge wie Grafik, I/O oder Inter-Chip-Kommunikation parat steht. Zu den Minuspunkten zählt, dass neue RAM-Typen dann auch eine Revision der CPU erfordern.

Zudem handelt man sich bei Systemen mit mehreren Chips Probleme ein, da jeder Baustein über eigenen Speicher verfügt. Zugriffe auf den Speicher einer anderen CPU erfolgen relativ langsam, da sie über den langsameren Prozessorbus (QPI oder Hypertransport) laufen. Hier erweist sich als schlachtentscheidend, in welchem Speicherbereich die Daten liegen und wo an welchem Chip dieser angebunden ist.

Deshalb funktionieren Systeme mit integrierten Speichercontrollern in der Regel nach dem Numa-Konzept [1], das Speicher als unterschiedlich schnell bewertet und entsprechend alloziert. In den von uns getesteten Systemen kommen allerdings ohnehin nur einzelne Chips zum Einsatz, Numa-Systeme gibt es bei AMD nur mit Opteron- und bei Intel nur mit Xeon-CPUs. Die Xeon-Systeme auf i7-Basis mit dem Codenamen "Gainestown" stellt Intel allerdings erst gegen Ende des ersten Quartals 2009 vor.

Stromsparen a la AMD

Nicht nur dank der Strukturverkleinerung spart AMDs neue CPU Strom: Der Chiphersteller aus Sunnyvale spendiert seinen 45-Nanometer-CPUs auch ein Feature namens "Smart Fetch". Es bewirkt, dass der Prozessor einzelne Kerne bei Nichtbenutzung komplett schlafen legt, um Strom zu sparen. Die Inhalte der L1- und L2-Caches lagert er dabei in den gemeinsamen L3-Cache aus, so dass die noch aktiven Kerne darauf zugreifen können, ohne ihren schlafenden Kollegen zu wecken. So konnte AMD die TDP von 140 Watt (Phenom X4 9950) trotz deutlich gesteigertem Takt auf jetzt 125 Watt senken. Unser AMD-Testsystem kommt den auch mit einem deutlich kleineren, sehr simplen Heatpipe-losen Kühlkörper aus (Abbildung 1). Intel dagegen schickte uns ein Testsystem mit einem riesigen Heatpipe-Monstrum (Abbildung 2). Selbst bei hoher CPU-Last wird der Phenom-2-Kühler noch nicht einmal handwarm.

Abbildung 1: phenom2-motherboard.jpg
Abbildung 2: core_i7_motherboard.png

Da AMD uns die "Black Edition" zum Test zur Verfügung stellte, konnten wir – wie auch bei Intels Topmodell – frei am Takt drehen. Testweise übertakten wir den Phenom II auf 3,2 GHz, was er selbst bei voller Auslastung aller Kerne problemlos auch mit dem kleinen Kühlkörper bewältigte. Dennoch sollte man immer bedenken, dass die Hersteller zum Testen oft handverlesene Exemplare ihrer Hardware schicken – Phenom II aus dem freien Handel lassen sich vielleicht nicht so gut übertakten.

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