Nach Dual- und Quadcore gibt es nun Hexacore für den Desktop. Sechs Kerne wollen nun ausgelastet werden, was sich als gar nicht so leicht erweist.

Nachdem die CPU-Hersteller vor einigen Jahren nicht mehr weiter an der MHz-Schraube drehen konnten, begann die Ära der Mehrkern-Prozessoren. Ursprünglich von IBM für Großrechner erfunden, sind Mehrkern-CPUs inzwischen auch auf dem PC der Standard. Längst treiben Doppelkerne die Mehrzahl aller verkauften Rechner an, und selbst Quadcore stellt schon lange keine Nische mehr für ständig leistungshungrige Spieler und Workstation-Benutzer dar: Vierkern-Prozessoren wie der Athlon X4 wandern schon für unter 100 Euro über den Ladentisch.

Intel läutet nun mit dem ersten Desktop-Sechskern Core i7 980X Extreme Edition, Codename “Gulftown”, eine ganz neue Runde ein. Die 9 als erste Ziffer der Modellbezeichnung und der Namenszusatz “Extreme Edition” verraten schon: Dies ist ein Chip für die teureren X58-Systeme mit LGA1366-Sockel.

Laut Intel bleiben sechs Kerne vorerst auch exklusiv für LGA1366-Systeme: Da sechs Kerne auch mit Daten gefüttert werden wollen, bieten die drei DDR3-Speicherkanäle in X58-Systemen die beste Lösung. Das dürfte Early Adopters freuen, die bei der Vorstellung der ersten “Bloomfield”-Core-i7 [1] eines der teuren Systeme kauften. Bei den kurz nach Bloomfield veröffentlichten “Lynnfield”-Core-i7 der 800er-Serie [2] war der Ärger groß, denn diese LGA1156-Systeme boten dieselbe Leistung wie der Bloomfield-Core-i7 – für deutlich weniger Geld.

Intel liefert die Box-Versionen des Core i7 980X mit dem neuen DBX-B-Kühler aus, der deutlich größer ausfällt als der bisherige Rundkühler. Er bläst die Luft nun seitlich durch die zum Motherboard parallel laufenden Kühlrippen statt von oben auf den Rundkühler. Die Montage gestaltet sich etwas verzwickt, da man bei eingesetzten Speichermodulen nicht richtig an die hinteren Rändelschrauben kommt: Wohl dem, der einen sehr langen, dünnen Schraubenzieher sein Eigen nennt, denn damit kann er durch entsprechende Löcher im Kühler diesen auch festschrauben.

Preis

Intel verkauft den Core i7 980X (Abbildung 1) ab sofort zum Preis von 999 US-Dollar (OEM-Preis bei Abnahme von 10?000 Stück). Erstaunlicherweise kommt der Gulftown also nicht teurer als seine Vorgänger, denn das ist der Standard-Preis für Intels Extreme-Editions: Der Vierkern-Vorgänger Core i7 975 Extreme Edition steht immer noch zum selben Preis in Intels Preisliste [3]. Hier wird aber nur noch der Bestand abverkauft, da Intel stets nur ein Extreme-Edition-Modell im Angebot hat.

Abbildung 1: Das Chip-Layout des Core i7 980X: Sechs “Westmere”-Kerne und 12 MByte L3-Cache.

Aufbau

Der aus nicht weniger als 1,17 Milliarden Transistoren bestehende Core i7 980X (zum Vergleich: “Bloomfield”-Core-i7: 731 Mio) integriert Hyperthreading. Durch diese virtuelle Kernverdopplung sieht das System nun 12 Kerne. Dank Turbo-Modus übertaktet der Gulftown sich von 3,33 GHz je nach Auslastung in zwei 133-MHz-Schritten (“Speed Bins”) auf bis zu 3,6 GHz. Er beherrscht jetzt auch die Encryption-Befehlserweiterung AES-NI, die Intel mit den neuen Dualcore-“Clarkdales” (Core i5/i3 [4]) eingeführt hat, den ersten 32-Nanometer-CPUs (Abbildung 2) aus Santa Clara.

Abbildung 2: Ein 30-cm-Wafer in 32 Nanometer Strukturgröße mit Gulftown-Dies.

Dies stand zu erwarten, denn schließlich besteht der Gulftown aus denselben “Westmere”-Kernen wie der Clarkdale – nur eben dreimal so vielen. Den L3-Cache vergrößerte Intel von 8 auf 12 MByte vergrößert. Keine Veränderungen gibt es beim QPI-Link, der den Gulftown mit dem Rest des Systems verbindet: Er bewegt wie bei allen bisherigen Core i7 der Extreme-Edition bis zu 25,6 GByte/s – das entspricht exakt der Speicherbandbreite der drei DDR3-1066-Kanäle, die der Chip mit seinem integrierten Speichercontroller (IMC) anbindet.

Gulftown unter Linux

Unsere Testumgebung für den Core i7 980X stellt ein Intel DX58SO-Motherboard. Um es zur Zusammenarbeit mit dem Sechskern zu überreden, aktualisieren wir dieses zunächst auf ein Gulftown-fähiges BIOS.

Beim ersten Start von Festplatte stellen wir fest, dass unsere bislang einwandfrei funktionierende Test-Platte nicht booten will: No bootable device erscheint am Bildschirm. Nach viel Gefrickel finden wir heraus, dass die Ursache dafür in Intels BIOS begründet liegt: Es sucht auf allen primären Partitionen nach einem Boot-Flag. Findet es keines (was auch passiert, wenn das Boot-Flag in einer erweiterten Partition liegt), verweigert es den Start. Es lädt dann noch nicht einmal Grub in Stage 1 vom MBR der Festplatte – obwohl sich Grub für Boot-Flags auf Partitionen gar nicht interessiert.

Die Lösung: Setzen Sie mittels fdisk ein Boot-Flag in eine primäre Partition. Dabei geht es nur darum, Intels BIOS auszutricksen. Deshalb spielt es auch keine Rolle, ob das System von der Partition wirklich bootet – es darf also auch eine Swap-Partition sein. Intel haben wir über das Fehlverhalten informiert, der Hersteller will hier nachbessern.

Das Upgrade klappt ansonsten reibungslos. Auch ältere Kernel wie Version 2.6.28 von Ubuntu 9.04 kommen problemlos mit dem Gulftown und seinen sechs Kernen klar. Nach dem für alle älteren Motherboards nötigen BIOS-Update kann man also einen Bloomfield-Core-i7 problem- und bedenkenlos durch Intels neuen Hexacore ersetzen.

Leistung

Wir ziehen zum Vergleich mit dem Gulftown einen “Bloomfield”-Vierkern Core i7 975 heran, der denselben Basistakt und dieselben Turbo-Stufen wie sein sechskerniger Bruder aufweist. Zwar hat der Gulftown um die Hälfte mehr Cores und auch auch ebensoviel mehr L3-Cache – dennoch arbeitet er Programme, die nur in einem Thread laufen (in unserem Benchmark beispielsweise Oggenc, Lame oder Bzip2) um keinen Deut schneller ab. Lediglich Rar legt um immerhin fünf Prozent zu.

Aber auch bei Multithread-Programmen zeigt sich ein durchwachsenes Bild: 18 Prozent mehr Bilder pro Sekunde in x264, aber nur 6 Prozent mehr im H.264-Replay über Ffmpeg-mt. Die Raytracing-Tests skalieren hingegen sehr gut, mit einem Drittel Zugewinn unter Yafray und fast der Hälfte mehr bei Povray.

Mit steigender Core-Anzahl zeigen sich auch bei normalerweise äußerst gut skalierenden Programmen wie x264 erste Schwächen. Ffmpeg-mt weigert sich gar, mit mehr als acht Threads zu starten. Hier schlägt gnadenlos Amdahls Gesetz [5] zu, das besagt, dass die Leistung nicht linear mit der Anzahl der Cores skaliert. Hier hilft nur das Warten auf weitere Code-Optimierungen. Effizient parallel programmieren ist kein Zuckerschlecken und braucht viel Zeit und Aufwand, und die steigende Kern-Anzahl macht es nicht leichter. Einzig Povray demonstriert derzeit vorbildlich, wie man auch einen Sechskern-Prozessor inklusive sechs zusätzlichen virtuellen Threads ausreizen kann.

Der Core i7 980X übernimmt klar die Führung in unserer Benchmark-Liste (siehe Tabelle “Gulftown im Leistungsvergleich”) – wenn auch nicht so deutlich, wie wir es aufgrund 50 Prozent mehr Leistungspotenzial erwartet hätten. Insgesamt rechnet er rund 19 Prozent schneller als der Core i7 975 und lediglich knapp ein Viertel schneller als der (nur rund halb so teure) Core i7 870. Im Vergleich zu AMDs Spitzen-Vierkern, dem Phenom II X4 965, arbeitet der Core i7 980X um fast zwei Drittel schneller. Der Leistungsvorsprung auf AMDs Sechskern-Konkurrenten Phenom II X6 1090T beträgt etwas mehr als ein Drittel – allerdings bei mehr als dreifachem Preis.

Stromverbrauch

Da Intel den Gulftown in 32 Nanometer fertigt, den Bloomfield dagegen in 45 Nanometer, erwarten wir für den Sechskerner eine bessere Stromeffizienz. Die TDP der bisherigen Vierkern-Core-i7 von 130 Watt behält Intel bei, auch die Prozessor-Dies fallen fast gleich groß aus. Tatsächlich fällt die Effizienz besser aus, als wir dachten: Wir rechneten damit, dass der Mehrverbrauch der zusätzlichen Kerne die Einsparungen durch die Strukturschrumpfung zunichte macht. Das stimmt so aber nicht.

Liegt die Leistungsaufnahme beider CPUs im Leerlauf noch nahezu gleichauf (110 Watt für den 975, 107 Watt für den 980X, gemessen am Gesamtsystem mit stromsparender Grafikkarte Radeon HD2400), so klafft sie unter Last doch deutlich auseinander. Schon bei Last auf nur einem Kern braucht der Bloomfield rund 20 Watt mehr (165 versus 144 W), bei x264 sind es schon 42 Watt (232/190 W) und bei Maximallast unter Povray immerhin 33 Watt (262/229 W). Spitzenreiter ist allerdings Yafray, hier verbraucht der Quadcore ganze 56 Watt mehr als sein Sechskern-Bruder (262/206 W).

Die Strom-Ersparnis schont nicht nur die Stromrechnung, sondern auch das Nervenkostüm: Da Intels Lüfter bei etwa 230 Watt Last eine Stufe schneller schaltet, dreht er mit dem 975 hoch, sobald alle Kerne rechnen. Mit dem 980X bleibt er im gleichen Szenario ruhig.

Phenom II X6

Kurz nach Intel brachte AMD seinen Sechskern-Prozessor heraus, den Phenom II X6. Er bietet mehr als nur zwei Kerne mehr: AMD spendiert dem Phenom nun auch einen Turbomodus, mit dem dieser sich selbst übertaktet, falls nicht alle Kerne ausgelastet sind. Darauf weist auch der Zusatz-Buchstabe “T” in der Typenbezeichnung der CPU hin. Der wie bei IBMs Power7-CPUs “Turbo Core” genannte Modus legt drei Kerne schlafen und übertaktet die übrigen dynamisch. AMD kann den Takt jedes Kerns zwar einzeln regeln, das Übertakten geht jedoch nur in einem Schritt – hier ist Intels Turbomodus mit seinen “Speed-Bins” flexibler.

AMD bietet den vom schon länger erhältlichen “Istanbul”-Sechskern-Opteron abgeleiteten Phenom II X6 (Abbildung 3) in zwei Ausführungen an, die sich nur durch den Takt unterscheiden: Der Phenom II X6 1055T für gerade mal 199 US-Dollar OEM-Listenpreis [6] taktet standardmäßig mit 2,8 GHz (per Turbo bis zu 3,2 GHz). Der Phenom II X6 1090T “Black Edition” (also ohne fixen Multiplikator, ideal zum Übertakten) läuft unter Volllast mit 3,2 GHz Taktrate und im Turbo-Modus mit bis zu 3,6 GHz – bei einem OEM-Preis von 295 US-Dollar. Sechs Kerne für unter 200 US-Dollar: Das ist eine deutliche Breitseite gegen Intel, deren Hexacore dem teuren Highend-Segment vorbehalten bleibt – mit einer einzigen “Extreme Edition”, die satte fünfmal soviel kostet wie ein Phenom II X6 1055T.

Abbildung 3: Der Phenom II X6 stammt vom 6-Kern-Opteron “Istanbul” ab.

Für beide Hexacores gibt AMD einer TDP von 125 Watt an, was trotz zwei Kernen mehr erstaunlicherweise unter den 140 Watt TDP des bisherigen AMD-Spitzenmodells Phenom II X4 965 (3,4 GHz Taktrate) bleibt. Da AMD seine Sechskerner im Gegensatz zu Intel weiterhin in 45 Nanometer fertigt, ist der geringere Stromverbrauch wohl der neuen dynamischen Taktregelung und weiteren Verbesserungen im gemeinsam mit IBM entwickelten 45-Nanometer-Prozess zuzuschreiben.

Den gemeinsamen L3-Cache belässt AMD weiterhin bei 6 MByte und die Core-eigenen L2-Caches bei je 512 kByte, wie schon beim Phenom II X4. Als Socket der Wahl dient der AM3, aber auch AMDs Sechskerner ist – wie seine Vorgänger – noch mit dem Socket AM2+ pinkompatibel. Daher eignet er sich bestens zum Aufrüsten älterer Systeme – ein entsprechendes BIOS-Update des Motherboard-Herstellers vorausgesetzt.

Begleiterchips

Der Phenom II X6 formt zusammen mit Radeon-HD5x00-Grafik und dem ebenfalls neuen 8×0-Chipsatz die “Leo” genannte neue AMD-Highend-Plattform. Mit dem Zusatz “G” bietet der Chipsatz auch integrierte Grafik, ein zusätzliches “X” kennzeichnet die jeweilige Highend-Version. Es gibt vier verschiedene Ausführungen, beginnend mit dem stromsparenden 870 ohne Grafik mit nur 22 PCIe-2.0-Lanes. Der 880G hat zusätzlich einen mit 560 MHz getakteten Radeon-HD4250-Grafikkern, der 890GX schraubt lediglich den Takt des Grafikkerns auf 700 MHz und nennt diesen Radeon HD4290. Die Highend-Version 890FX für Crossfire-Konfigurationen kommt wiederum ohne integrierte Grafik, kann dafür aber über 42 PCIe-2.0-Lanes Daten verteilen. Das macht alternativ zu Crossfire-Konfigurationen mit zwei Mal 16 Lanes auch vier Grafikkarten mit je 8 PCIe-2.0-Lanes möglich. Auch die kleineren Chipsätze (mit Ausnahme des 870) beherrschen Crossfire, dann allerdings nur mit maximal zwei Grafikkarten und 8 PCIe-2.0-Lanes pro Slot.

Als Neuigkeit bietet der Chipsatz Unterstützung für SATA-III (auch 6G genannt) in der über vier PCIe-2.0-Lanes angebundenen SB850-Southbridge. Die SB850 stellt 14 USB-2.0-Ports, 6 SATA-III-Anschlüsse und Gigabit-LAN bereit. USB 3.0 gibt es nicht standardmäßig – obwohl das 890FXA-GD70-Motherboard von MSI, das AMD zum Test schickte, dies dank dediziertem NEC-Chip dennoch an Bord hat. Der integrierte Grafikkern ist nahezu identisch mit dem Radeon HD4200 IGP der 785-Vorgängergeneration, lediglich der Takt wurde auf 560 beziehungsweise 700 MHz gesteigert (785: 500 MHz).

Turboprobleme mit neuen Kerneln

Beim Testen bemerken wir, dass der neue AMD-Platzhirsch auf aktuellen Kerneln nicht die volle Leistung bringt: Wir messen rund ein Viertel weniger als unter älteren Kerneln (beispielsweise Ubuntu 9.04 mit Kernel 2.6.28). Ein Deaktivieren der Stromspartechnik Cool’n’Quiet im BIOS verhilft dem Phenom X6 dann auch unter Ubuntu 9.10 mit Kernel 2.6.31 zu voller Leistung.

AMD bestätigt uns das Problem: Der Turbo-Modus des Phenom II X6 bringt das powernow-k8-Kernelmodul zur Taktregelung durcheinander. Das identifiziert den Turbo-Takt fälschlicherweise als höchste Taktstufe. Da aber nur die CPU selbst das automatische Übertakten regelt, führt dies dazu, dass der Turbomodus gar nicht mehr funktioniert und auch das Heruntertakten bis zum Minimaltakt flachfällt. Das Problem betrifft alle AMD-CPUs mit Turbocore-Modus unter allen Kerneln ab 2.6.30.

Einen entsprechenden Patch hat AMD schon upstream geschickt [7]. Der CPU-Hersteller macht Druck bei den jeweiligen Distro-Maintainern, den Patch möglichst bald per Aktualisierung verfügbar zu machen. Für Ubuntu 10.04 “Lucid Lynx” soll er schon mit dem ersten Kernel-Update kommen. Ob das Problem Ihr System betrifft, prüfen Sie bei aktiviertem Cool’n’Quiet mittels dmesg | grep "pstate 0" oder auch über ein Widget/Applet, das die möglichen Prozessortaktraten anzeigt. Steht hier als Maximalfrequenz (Pstate 0) der Turbocore-Takt Ihres Phenom X6 (3600 MHz beim 1090T, 3300 MHz beim 1055T), läuft das System mit angezogener Handbremse. Bis der Patch verfügbar wird, sollten Linux-User mit Phenom X6 Cool’n’Quiet im BIOS deaktivieren oder das powernow-k8-Kernelmodul blacklisten. Der Stromverbrauch fällt dann unseren Messungen zufolge nur im Leerlauf etwas höher aus (zumindest unter dem dank altem Kernel nicht betroffenen Ubuntu 9.04). Unter Last (auch auf nur einem Kern) zeigt sich dagegen kein Unterschied.

Stromverbrauch

Der Phenom II X6 gibt sich wie das Intel-Pendant weniger stromhungrig als sein Vierkern-Vorgänger: Mit aktiviertem Cool’n’Quiet unter Ubuntu 9.04 genehmigt sich das Gesamtsystem mit Radeon HD2400 im Leerlauf 133 Watt, bei x264 245 Watt, bei Last auf nur einem Kern 200 Watt. Den Spitzenstromverbrauch verursacht Povray mit 256 Watt, während Yafray mit 238 Watt knapp darunter liegt. Das maximale Delta zwischen Leerlauf und Volllast liegt somit bei 123 Watt – im Vergleich zum Vorgänger Phenom II X4 965 ein gutes Ergebnis, hier war das Delta noch 156 Watt.

Auch gegen Intels Konkurrenz schlägt sich AMDs Sechskern trotz 45 Nanometer Strukturbreite gut: Das Leerlauf/Last-Delta des des Phenom II X6 1090T ist identisch mit jenem des Core i7 980X. Das System mit dem AMD-Hexacore braucht allerdings insgesamt rund 25 Watt mehr als das Intel-Board. Wieviel davon die jeweiligen, doch recht unterschiedlichen Komponenten wie Chipsatz oder USB-3.0-Chip verbrauchen, lässt sich nicht ohne Weiteres ermitteln.

Leistung

Der Phenom II X6 skaliert in unserer Benchmark-Suite fast exakt genauso wie der Core i7 980: Insgesamt rund 19 Prozent mehr Leistung im Vergleich zum Vorgänger Phenom II X4 965 bringen die zusätzlichen Cores und der neue Turbomodus. Im Gegensatz zu Intels CPU legt der AMD-Bolide dank dem (bei AMD ja neuen) Turbo in Singlethread-Anwendungen jedoch etwas zu: Wir messen im Schnitt rund 6 Prozent mehr in Lame, Ogg und den Bzip/Rar-Tests. Da der1090T mit Turbo-Takt nur 200 MHz über dem Phenom II X4 965 liegt, entspricht dies exakt dem Takt-Zugewinn.

Bei den parallelisierten Anwendungen sieht es allerdings ganz anders aus als bei Intel: x264 wird bei AMD beachtliche 31 Prozent schneller, H.264-Replay sogar 39 Prozent. Die Raytracing-Tests skalieren hingegen mit 24 (Yafray) beziehungsweise 37 (Povray) Prozent nicht so gut wie bei der Konkurrenz. Der Grund für diesen Unterschied: x264 und H.264-Replay skalieren nur bis acht Threads – was Intel dank Hyperthreading auch beim Vierkerner schon bediente. Da der Core i7 980 jedoch zwölf Threads gleichzeitig abarbeiten kann, bleiben bei x264 und H.264-Replay vier ungenutzt. Die Raytracing-Tests nutzen allerdings auch mehr als acht Threads, weswegen Intel hier besser skaliert.

Verglichen mit Intel, bietet der Phenom X6 1090T in etwa die Leistung eines Vierkerns vom Typ Core i7 965. An einen Core i7 870 mit verbessertem Turbomodus, einen Core i7 975 oder den Sechskern-Konkurrenten Core i7 980 reicht er jedoch nicht heran. Dennoch: Mit dem Phenom X6 kann AMD endlich wieder in der LUbench-Oberliga mitspielen, die momentan jenseits der 600 Punkte anfängt.

Fazit

AMDs Phenom X6 bietet einen konkurrenzlos günstigen Einstieg in die Sechskern-Ära und braucht dabei sogar noch etwas weniger Strom als der Vorgänger. Der neue Turbo-Core-Modus erweist sich als nützliche Erweiterung, da nur wenig Software sechs Kerne voll ausfährt. AMD sollte jedoch noch etwas an der Flexibilität arbeiten. Intels Core i7 980X ist zwar nicht eben preiswert, kostet allerdings auch nicht mehr als sein Vierkern-Vorgänger und braucht dabei sogar noch deutlich weniger Strom. Außerdem bietet er bis zu 50 Prozent mehr Leistung – sofern die Software mitspielt.

Genau dies stellt allerdings den Pferdefuß der neuen Hexacores dar, egal ob AMD oder Intel: Software, die sechs reale (oder bei Intel gar zwölf virtuelle) Kerne ausnützt, ist dünn gesät – noch dünner als die ohnehin schon spärlich vorhandene Software, die Dual- oder Quadcore unterstützt. Auch fünf Jahre nach den ersten Dualcores nutzen beispielsweise immer noch nur einzelne, handverlesene Spiele die Mehrkerne. Selbst aus unserer Benchmarksuite, die wir explizit mit Multicore im Hinterkopf entwickelten, kann nur ein Programm mit den Sechskernen richtig glänzen: Povray.

Da Hexacore bei beiden Herstellern allerdings keinen Aufpreis gegenüber den Quadcore-Topmodellen bedeutet und auch im Betrieb nicht mehr Strom braucht, ist man damit zumindest für die Zukunft gut gerüstet. Wer mit einem Top-Phenom oder Core-i7-Quadcore geliebäugelt hat, darf bei den neuen Sechskernen also bedenkenlos zugreifen. Auch als Aufrüstoption für ältere Systeme empfehlen sich die Chips.