Intel Core2 Duo und Core2 Extreme - 1/18
24.07.2006 by doelf
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Nur noch wenige Tage und Intel wird seine Core2 Duo und Core2 Extreme Prozessoren offiziell vorstellen und noch vor der offiziellen Markteinführung am 27. Juli ist die Berichtsperre gefallen. Auch wir wollen unseren Testbericht noch vor dem Verkaufsstart präsentieren, denn Intels Core Mikroarchitektur ist ohne Übertreibung wegweisend.
Dabei kommt Intels Core Mikroarchitektur keinesfalls überraschend: Bereits im Frühjahr 2004 stellte der Chipgigant die Weichen für den jetzt vollzogenen Kurswechsel, dessen Grundkonzept vorsah, die Mobil- und Desktop-Prozessoren wieder in Form einer einzelnen Architektur zu vereinen. Doch wie kam es zu diesem Schritt und worin liegen die Vorteile? Da die Wurzeln der Core Mikroarchitektur beim Pentium III liegen, müssen wir zunächst einmal zurück ins Jahr 2000.

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Vom Pentium III zur Netburst Architektur
Als Intel den Pentium III Prozessor Ende 2000 mit der Netburst Architektur, also dem Pentium 4, ablöste, hatten die Entwickler die neue CPU-Generation vor allem auf das Erreichen hoher Taktraten ausgelegt. Besonders effektiv arbeiteten die ersten Pentium 4 Prozessoren im Sockel 423 zunächst allerings nicht, da sein L2-Cache mit 256 KB sehr knapp bemessen war und die geringen Taktraten von 1,3 bis 1,5 GHz die Nachteile der langen Pipeline noch nicht kompensieren konnten. Dennoch war der Wechsel notwendig, wie kurze Zeit zuvor die Rückrufaktion des Pentium III (Coppermine) mit 1,13 GHz gezeigt hatte: Mit den damaligen technischen Mitteln hatte der Pentium III die Grenzen seiner Architektur erreicht (und überschritten) und dem AMD Athlon nicht mehr viel entgegenzustellen.

Sockel 478 - links: Northwood; rechts: Prescott

Sockel 478 und HyperThreading
Nach dem schleppenden Start des Pentium 4 mit Willamette Kern (180 nm) im Sockel 423 und 478 entwickelte sich der Nachfolger Northwood mit einem doppelt so großen L2-Cache (512 KB) zu einem echten Erfolgsmodell. Insbesondere die HyperThreading Technologie machte den Pentium 4 attraktiv. Hierbei sorgen parallel arbeitende Pipeline-Stufen sowie eine komplexe Steuerungstechnik für eine bessere Auslastung der CPU. Eine CPU mit HyperThreading Technologie hat zwar nur einen physikalischen CPU-Kern, durch die interne Parallelisierung verfügt sie jedoch über zwei logische CPU-Kerne. Auch wenn diese Methode nicht an die Leistung eines echten Dual-Core Prozessors herankommt, vermochte sie die Nachteile der extrem langen Pipelines der Netburst Architektur gut zu kompensieren.

Entwicklungsstufen der Netburst Architektur

Sockel LGA775 und 4 GHz im Visier
Innerhalb kurzer Zeit steigerte Intel den Takt der Northwood Prozessoren von 1,6 auf letztendlich 3,4 GHz und es schien, als wäre die 4 GHz Grenze bereits in greifbarer Nähe, doch solch hohe Taktraten gab der im 130 nm Prozess gefertigte Northwood dann doch nicht zuverlässig her. Der Wechsel zur 90 nm Fertigung sollte Netburst die Zukunft sichern, doch der Prescott entpuppte sich als Problemfall: Die Prescott Prozessoren verbrauchte deutlich mehr Strom als AMDs Athlon 64 Architektur und wurden dabei auch deutlich heißer. Auch der Wechsel vom Sockel 478 zum LGA775 sollte an diesem Problem nichts ändern. Luftschläuche (Airducts) sollten in OEM-PCs eine ausreichende Kühlung sicherstellen, doch gerade das damalige Spitzenmodell Pentium 560 mit 3,6 GHz ließ sich nur mit lautstarken Lüftern im Zaum halten. AMD spielte zeitgleich mit Cool'n'Quiet eine Trumpfkarte aus, die den Texanern in allen Marktsegmenten neue Kunden gewinnen konnte.

Der Sockel LGA775: Intels Prozessoren verlieren ihre Beine!

Dual-Core und 65 nm
Mit den im 90 nm Fertigungsprozess hergestellten Smithfield Kernen stellte Intel seine ersten Dual-Core Prozessoren für den Desktop-Markt vor, dabei sollte die Enhanced Intel SpeedStep-Technologie (EIST) den Stromhunger des "doppelten Prescott" zügeln, was allerdings mehr schlecht als recht gelang. Mit dem Prescott 2M kam zudem eine Single-Core Variante mit 2 MByte L2-Cache auf den Markt, welche ebenfalls EIST beherrscht. Intel legte die untere Taktgrenze auf 2,8 GHz fest, aus diesem Grund verfügen weder der Pentium D 820 noch der D 805 über EIST. Die beiden Kerne des Smithfield verfügen über jeweils 1 MByte L2-Cache.
Die letzte Ausbaustufe der Netburst Architektur ist der Presler Kern, der im 65 nm Prozess gefertigt wird und 2 MByte L2-Cache pro Kern bietet. Die Schwestermodelle mit nur einem Kern tragen den Codenamen "Cedar Mill". Leider hat Intel die Energiespartechnik EIST in der B1 Revision der 65 nm Kerne fehlerhaft implementiert, mit einer Thermal Design Power (TDP) von 130 Watt ist das derzeitige Spitzenmodell Pentium D 960 allerdings sowieso wieder sehr stromdurstig. In Hinblick auf die Funktionen ist Intels Virtualisierungstechnologie neu hinzugekommen.

Intels Virtualisierungstechnologie

Extreme Maßnahmen
Sechs Jahre, drei Sockel (423, 478 und LGA775) und schier unzählige Modelle zeigen, daß die Netburst Architektur trotz ihrer Schwächen sehr erfolgreich war. Doch um im Duell mit AMD um die Leistungsspitze mithalten zu können, führte Intel ein Spitzenmodell ein, welches zunächst Pentium 4 Extreme Edition und später Pentium Extreme Edition hieß. War die erste Version des EE mit Gallatin Kern in Wahrheit ein Xeon Prozessor mit 2 MByte L3-Cache, so setzte Intel bei späteren Modellen auf einen schnelleren Frontsidebus mit 1066 MHz. Als die ersten Dual-Core CPUs auf den Markt kamen, bot der Pentium Extreme Edition nicht nur zwei Kerne, sondern dank aktivierter HyperThreading Technologie zwei physikalische Kerne mit je zwei logischen Kernen. Wegen des hohen Preises von knapp 1000 US-Dollar blieben diese Prozessoren aber immer eine Randerscheinung und seien hier nur der Vollständigkeit halber erwähnt.

Weiter: 2. Sechs Jahre CPU-Entwicklung in der Übersicht

1. Ein Rückblick: Pentium III, 4, Extreme Edition und M
2. Sechs Jahre CPU-Entwicklung in der Übersicht
3. Intels Produktnummern und die Core Mikroarchitektur
4. Wide Dynamic Execution und Intelligent Power Capability
5. Smart Memory Access, Advanced Smart Cache und Advanced Digital Media Boost
6. Die neuen Preise von Intel (und AMD)
7. Chipsätze und Testumgebung
8. CPU-Leistung (synthetisch)
9. Multithreaded (synthetisch)
10. Datendurchsatz von Speicher und Cache
11. Primzahlen und Pi
12. Raytracing und Rendering
13. Kompression und mp3-Encoding
14. Video-Encoding
15. 3DMark06 und F.E.A.R.
16. Riddick und UT2004
17. Stromverbrauch
18. Fazit

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