Technik, Marktübersicht und Grundlagen zu Mehrkern-Prozessoren

Ein Doppelkernprozessor (Dualcore) besitzt zwei Hauptprozessoren in einem Chipgehäuse, ein Quadcore-Prozessor vier diskrete Kerne oder zwei Doppelkernprozessoren. AMD und Intel haben zwar beides nicht erfunden (siehe Kasten "Andere Architekturen"), wohl aber popularisiert. Zugleich konterkarieren sie jedoch ihren Erfolg mit einem Wirrwarr von Modellbezeichnungen, der wohl teils der Technik, teils dem Marketing geschuldet ist. Dieser Beitrag versucht ein paar Wegweiser zu platzieren auf dem Pfad zur richtigen CPU.

Los geht\'s mit Multiprocessing für Arme: dem Hardware-unterstützten Multithreading. Ein Multithreading-fähiger Prozessor besitzt zwar nur eine Recheneinheit, legt aber seine Registersätze mehrfach aus - je einen pro Thread. Er ist somit ein Zwitter: Zwar vermag er wie ein Singlecore-Prozessor nur eine Instruktion zeitgleich auszuführen, dafür geht ein Kontextwechsel schneller.

Intels Implentierung heißt Hyperthreading (HT, [1]). Sie ist in einem Teil der Intel-Prozessoren mit Netburst-Architektur (Pentium 4, Pentium D, Pentium EE, Xeon) sowie den Core-2-CPUs eingebaut. Auch AMDs Athlon 64 X2 und die Opteron-Dualcore-Prozessoren signalisieren dem Betriebssystem Hyperthreading-fähig zu sein. IBM nennt die Technik beim Power 5 symmetrisches Multithreading, ein Sun-Ultrasparc-T1-Prozessor verwaltet vier Threads pro Core.

Software-seitig verhalten sich solche CPUs wie symmetrische Mehrprozessor-Systeme. Das ist praktisch, denn es reicht, dass das Betriebssystem SMP-fähig ist und Kernel-Threads unterstützt. Laut Intel bringt Hyperthreading im Multitasking-Betrieb 10 bis 20 Prozent mehr Performance, bei per Compiler optimierten Programmen bis zu 33 Prozent.

Intels CPU-Linien mit zwei und vier Kernen

AMD und Intel nehmen sich nicht viel, wenn es um die babylonischen Verwirr-Schemata ihrer Prozessorbezeichnungen geht. Wer\'s nicht glaubt, möge in die Tiefen von Intels Processorfinder [2] und AMDs Compare Processor Specifikation [3] abtauchen. Die Tabellen 1 bis 3 unternehmen für Zwei- und Vier-Core den Versuch einer Systematisierung. Um die Übersicht nicht mehr zu gefährden als nötig, fehlen alle Mobilvarianten.

Tabelle 1: Dualcore-CPUs von Intel

Tabelle 2: Quadcore-CPUs von Intel

Tabelle 3: Dualcore-CPUs von AMD

Bereits seit Frühjahr 2005 fertigt Intel die Pentium Extreme Edition und einige Pentium D als Dualcore (Tabelle 1). Im Oktober kamen zunächst die Xeon DP hinzu und im Januar 2006 die Intel Core Duo, im Juli Core 2 Duo (Abbildung 1) und Core 2 Extreme. Deren Architektur ist Netburst weit überlegen. Schon bei geringen Taktraten und entsprechend kleiner Wärmeemission bringen sie viel Rechenleistung. Die großen, teuren EE-Varianten führen die einschlägigen Benchmark-Listen an.

Abbildung 1: Intels Core 2 Duo erzeugen wenig Wärme und bringen gute Leistungen.

Die Preise der Core 2 werden im zweiten Quartal 2007 fallen. Prognose: E4300 für 113 Dollar, E6300/6400 für 163/183 Dollar, E6600 für 224 und der E6700-Preis halbiert sich fast auf 316 Dollar.

Im selben Monat wie die Core 2 brachte Intel noch eine Reihe echter 64-Bit-Multicore-Prozessoren unter dem Codenamen Montecito heraus, um es als Nachfolger des glücklosen, zusammen mit Hewlett-Packard entwickelten Merced-Itanium besser zu machen.

AMDs Dualcore-Produkte

Bei AMD64-Prozessoren mit zwei Kernen besitzt jeder einen eigenen L2-Cache, gemeinsam nutzen sie den Speicher-Controller und die Hypertransport-Technologie ([4], [5]). Die Dualcores passen in die Sockel ihrer Single-Verwandten, also die Opterons in den 940-Pin-Sockel und die Athlons 64 X2 (Abbildung 2) in den 939-Pin-Sockel. Das Motherboard benötigt nur ein Bios-Update. Einige Athlons 64 FX fertigt AMD seit Januar 2006 auch als Dualcores. Seit Februar 2007 verkauft AMD den jüngsten Athlon 64 X2 6000+ mit 3 GHz für 464 US-Dollar.

Abbildung 2: Der Dualcore Athlon 64 X2 passt in den 939-Pin-Sockel seiner Singlecore-Brüder.

Mitte Februar 2007 gab AMD Details zur Architektur seiner Native-Quadcore-Opteron-Prozessoren mit dem Codenamen Barcelona bekannt. Neben Performance-Gewinnen durch das Mehr an Cores und durch einen geteilten L3-Cache sowie längere Pipelines soll die überarbeitete Mikroarchitektur neue Wärmemanagement-Techniken bringen. Sie passt die Frequenzen der vier Kerne einzeln an, selbst wenn der Speicher-Controller unter Volllast arbeitet. Überhaupt schaltet die CPU gerade nicht benötigte Bereiche ab. Die geplanten Quadcores sollen nicht mehr heizen als aktuelle Modelle: also 68, 95 oder 120 Watt. AMD will Mitte 2007 die Bacelona-Linie starten.