Neuer Artikel: Core i9-9900X gegen Core i9-9900K: Der Buchstabe macht den Unterschied

Die LGA2066-Plattform und die Skylake-X-Prozessoren wurden von Intel vor über anderthalb Jahren vorgestellt. Ursprünglich war diese Lösung auf den HEDT-Sektor ausgerichtet, also auf Hochleistungssysteme für Nutzer, die Inhalte erstellen und verarbeiten, da Skylake-X deutlich mehr Rechenkerne als die gängigen Vertreter der Kaby Lake- und Coffee Lake-Familien bot.

In der Zeit seit der Einführung von Skylake-X hat sich jedoch die Landschaft auf dem Prozessorenmarkt erheblich verändert, und heute können bereits recht erschwingliche CPUs sechs oder sogar acht Rechenkerne bieten, während vielversprechende Massen-CPUs, die in diesem Jahr auf den Markt kommen sollen, zehn oder sogar zwölf Kerne haben könnten. Macht das Skylake-X zu nutzlosen Chips? Wahrscheinlich nicht. Erstens gibt es in dieser Serie Angebote mit 16 und 18 Kernen, und derartige Massenversionen werden in naher Zukunft sicher nicht auf dem Markt sein. Zweitens bietet die LGA2066-Plattform weitere Vorteile, die sie von herkömmlichen Verbraucheranwendungen unterscheiden, wie zum Beispiel eine überlegene Anzahl an Speicherkanälen und verfügbaren PCI Express-Linien.

Daher erschien das kosmetische Update der Skylake-X-Modellreihe, das der Mikroprozessorgigant Ende letzten Jahres durchführte, durchaus sinnvoll – es passte perfekt in den von Intel festgelegten Zeitplan für jährliche Ankündigungen. Das Verhalten des Herstellers gegenüber seinen HEDT-Neuheiten überraschte jedoch ein wenig: Das Unternehmen überarbeitete nicht nur die Preise nicht, sondern verweigerte zudem der IT-Presse Muster der Prozessoren und beschränkte sich lediglich auf eine formelle Präsentation und den anschließenden Verkaufsstart.

Offensichtlich hat das Unternehmen die neuen Skylake-X als sekundär und uninteressant angesehen, jedoch stimmen wir dieser Formulierung grundlegend nicht zu. Ja, die Anzahl der Rechenkerne in dieser Modellreihe hat sich bei der Aktualisierung nicht erhöht. In ihnen sind jedoch andere interessante Verbesserungen zu finden: Die Neuheiten bieten höhere Taktfrequenzen, einen vergrößerten L3-Cache sowie ein verbessertes internes Wärmeleit-interface. Daher haben wir beschlossen, den aktualisierten Skylake-X etwas Beachtung zu schenken, dabei wurden wir stark vom Computerladen „Regard“ unterstützt, der sich bereit erklärte, uns zur Erprobung ein paar neue LGA2066-Zehnkerner zur Verfügung zu stellen: Core i9-9820X und Core i9-9900X.

Außerdem ließ uns seit der Ankündigung des Skylake-X Refresh die Frage nicht los: Warum wählte Intel für den älteren zehn Kern HEDT-Prozessor einen Namen, der dem beliebten, massenmarkttauglichen acht Kern Prozessor Core i9-9900K entzogen wurde? Was bedeutet das? Und jetzt haben wir die Chance, es zu klären…

Die Modellreihe Skylake-X Refresh

Die Einführung neuer LGA2066-Prozessoren mit Modellnummern aus der neuntausend Serien gab Intel bereits im Oktober letzten Jahres bekannt. Zu den Neuheiten gehören sieben Modelle: sechs Prozessoren der Core i9-Serie mit einer Kernanzahl von 10 bis 18 und ein acht Kern Modell Core i7, das als Einstiegsmodell gilt. Im neuen Generation sind keine Sechs- oder Vierkernprozessoren für LGA2066 mehr vorgesehen, was angesichts des rasanten Wachstums der Möglichkeiten der LGA1151v2-Plattform nicht überrascht.

Die auffälligste Veränderung bei den in der Tabelle aufgeführten Prozessoren im Vergleich zu den vorherigen Skylake-X-Modellen der siebentausend Serie ist der Anstieg der Taktraten. Die Grundfrequenzen wurden um 200-600 MHz erhöht, während die maximalen Frequenzen, die im Turbo-Modus erreicht werden, um 200-300 MHz gestiegen sind. Außerdem hat sich bei den kleineren Vertretern der Serie der L3-Cache vergrößert. Früher wurde er nach der Regel „1,375 MB pro Kern“ berechnet, nun kann jedem Kern etwa bis zu 2 MB Cache zugewiesen werden. Und schließlich: Der PCI-Express-Controller des achtkernigen Core i7-9800X wurde vollständig freigeschaltet, wodurch dieser Prozessor nun über alle 44 Lanes verfügt, die zuvor nur in Prozessoren mit 10 oder mehr Kernen verfügbar waren.

Diese angenehmen Veränderungen haben jedoch auch zu einem Anstieg der Wärmeabgabe geführt. Während die erste Generation der Skylake-X-Prozessoren ein Thermal Design Power (TDP) von maximal 140 W hatte, wurde dieser Wert in den neuen Prozessoren auf 165 W erhöht. Mit anderen Worten, für die hohen Frequenzen, die den neuen Prozessoren ohne grundsätzliche Änderungen im verwendeten 14-nm-Fertigungsprozess zugewiesen wurden, muss man erweiterte Energie- und Wärmegrenzen in Kauf nehmen.

Allerdings behauptet Intel, dass die Hoffnung auf höhere Geschwindigkeitsmerkmale die Einführung der dritten Generation der Fertigungstechnologie mit der vorläufigen Bezeichnung 14++ nm ermöglicht hat, auf der momentan die Prozessoren Coffee Lake und Coffee Lake Refresh hergestellt werden. Wäre dies nicht der Fall, wäre die Wärmeabgabe noch höher gewesen. Es gibt jedoch keinen Grund zur Sorge, dass die neuen Skylake-X-Modelle überhitzen könnten. Ein verbessertes Wärmeleitmaterial unter dem Heatspreader soll die Betriebstemperaturen der neuen Prozessoren senken. Der zuvor verwendete Polymer-Wärmeleitpaste wurde durch Zinn ersetzt, das eine nachweislich höhere Wärmeleitfähigkeit aufweist.

Aber alles, was oben gesagt wurde, ist nur die Spitze des Eisbergs. Tatsächlich liegt der Grund für die Spezifikationsänderungen, insbesondere die Erhöhung des L3-Cache, auf einer viel unerwarteteren Basis. Für die Herstellung von HEDT-Prozessoren hat Intel damit begonnen, ganz andere, „inhaltlich“ bedeutungsvollere Halbleiterchips zu verwenden.

Das bedeutet Folgendes: HEDT-Prozessoren waren immer eine Desktop-Variante von Server-Chips. Traditionell nahm Intel die kleineren Varianten der Xeon-Modelle, passte den Speichercontroller und einige andere Merkmale an und übertrug sie in eine Desktop-Umgebung. Während Intel für seine Serverprodukte drei Varianten von Halbleiter-Chips produzierte: LCC (Low Core Count) mit 10 Kernen, HCC (High Core Count) mit 18 Kernen und XCC (eXtreme Core Count) mit 28 Kernen, fanden nur die einfachsten Versionen dieser Chips Eingang in die Desktop-HEDT-Prozessoren. So verwendeten die Skylake-X-Prozessoren der ersten Generation mit 6, 8 und 10 Kernen den LCC-Chip, während die Varianten mit 12, 14, 16 und 18 Kernen den HCC-Chip nutzten.

In den aktualisierten Skylake-X, über die wir heute sprechen, wird die kleinere Variante des LCC-Chips nicht mehr verwendet. Alle neuen HEDT-Prozessoren der 9000er-Serie, einschließlich der achten und zehnten Kernvarianten, basieren auf dem HCC-Chip. Das bedeutet, dass selbst im Core i7-9800X oder Core i9-9900X potenziell 18 Kerne vorhanden sind, aber ein erheblicher Teil davon aufgrund von Hardware-Beschränkungen bereits in der Produktion deaktiviert ist.

Diese auf den ersten Blick seltsame Entscheidung wurde genau im Hinblick auf die Erhöhung des Cache-Speichers in den neuen Prozessoren getroffen. Die interne Struktur des Skylake-X sieht vor, dass jedem Rechenkern ein Cache-Speicher von 1,375 MB zugewiesen wird. Wenn im gleichen Core i9-9900X der kleinere LCC-Chip verwendet worden wäre, hätte dieser Prozessor zweifellos nicht mehr als 13,75 MB L3-Cache erhalten können. Der größere HCC-Chip ist diesbezüglich flexibler; er enthält insgesamt 24,75 MB Cache, wobei dieser erhöhte Speicher teilweise in den aktuellen acht- und zehnkernigen Prozessoren verwendet wird.

In der Folge sind alle Skylake-X-Modelle im Design standardisiert, doch die Kehrseite dieser Vereinheitlichung war die weitverbreitete Verwendung eines sehr großen Halbleiterchips mit einer Fläche von etwa 485 mm², was mehr als zweieinhalbmal die Fläche des Chips der achtkernigen Coffee Lake Refresh übersteigt. Das bedeutet, dass jeder der LGA2066-Prozessoren der neuntausender Serie eine erheblich höhere Produktionskosten im Vergleich zum Core i9-9900K hat. Dennoch wird der achtkernige Core i9-9800X im offiziellen Preislist nur um 100 $ teurer bewertet als der Core i9-9900K. Daher ist es vernünftig zu vermuten, dass die Produktion von acht- und zehnekernigen Prozessoren auf Basis von 18-kernigen Chips für Intel einen wirtschaftlichen Sinn ergibt, beispielsweise könnte das Unternehmen diese Möglichkeit nutzen, um Halbleiterchips mit einer größeren Zahl an Produktionsfehlern zu realisieren, die bisher keinen angemessenen Einsatz gefunden haben.

Mehr über die zehnekernigen Core i9-9900X und Core i9-9820X

Für unsere Tests haben wir zwei zehnekernige Prozessoren der "neuen Welle" – Core i9-9900X und Core i9-9820X – ausgewählt. Obwohl diese CPUs auf den neuen HCC-Chip umgestiegen sind, haben sie sich im Vergleich zum Core i9-7900X nicht allzu stark verändert. Üblicherweise hat Intel bei der Einführung von zweiten Generationen von Prozessoren für frühere Varianten der HEDT-Plattform diese auf eine neuere Mikroarchitektur umgestellt, doch das ist diesmal nicht geschehen. Die Änderungen betreffen lediglich die numerischen Parameter, qualitativ gesehen bieten der Core i9-9900X und der Core i9-9820X jedoch nahezu dasselbe wie der zehnekernige Core i9-7900X aus dem Jahr 2017.

Im Gegensatz dazu haben die Skylake-X-Prozessoren der zweiten Generation keinerlei Kompatibilitätsprobleme: Sie funktionieren hervorragend auf bestehenden LGA2066-Motherboards, die auf dem Intel X299 Chipsatz basieren. Wie ihre Vorgänger verfügen sie über einen Quad-Channel-DDR4-Speichercontroller, und der integrierte PCI Express 3.0-Controller unterstützt 44 Lanes, die theoretisch auf eine beliebige Anzahl von Steckplätzen – von drei bis elf – aufgeteilt werden können.

Dennoch unterscheidet sich der Halbleiterkristall HCC, der der Grundlage für den Core i9-9900X und den Core i9-9820X dient, etwas von den Kristallen, die früher in den leistungsstärkeren Skylake-X verwendet wurden. Obwohl das formale Stepping die Nummer M0 beibehielt, die charakteristisch für die ursprünglichen Versionen von Skylake-X mit mehr als 12 Kernen war, hat Intel nun modifizierte lithografische Masken im Herstellungsprozess eingesetzt, da ein gereifterer Fertigungsprozess von 14++ nm anstelle des vorherigen Fertigungsprozesses von 14+ nm zum Einsatz kommt. Der entscheidende Unterschied zwischen den Technologien liegt im etwas größeren Abstand zwischen den Transistor-Toren, was sich, wie wir am Beispiel von Coffee Lake gesehen haben, positiv auf das Frequenzpotential auswirkt.

Auf der Mikroarchitektur-Ebene gibt es jedoch überhaupt keine Änderungen. Erstaunlicherweise sind in die neuen Skylake-X Refresh-Prozessoren nicht einmal Hardware-Korrekturen zur Bekämpfung der Meltdown- und Spectre-Sicherheitsanfälligkeiten eingeflossen. Das ist sehr seltsam, da in dem parallel entwickelten Produkt Coffee Lake Refresh, das zur gleichen Zeit erschienen ist, bereits bestimmte Patches existieren. Zum Beispiel sind moderne LGA1151v2-Prozessoren auf der Hardware-Ebene gegen Meltdown (Variante 3) und L1TF (Variante 5) geschützt.

Aber das Frustrierendste ist nicht einmal das. Der Hauptgrund zur Enttäuschung ist das Fehlen jeglicher Veränderungen im Schema zur Verbindung der Prozessor-Komponenten. Im Skylake-X Refresh wird weiterhin ein peer-to-peer Mesh-Netzwerk verwendet, das über einem Array von Prozessorkernen liegt. Dieses Schema der internen Verbindungen hat sich bei einer signifikanten Erhöhung der Anzahl der Kerne in Serverprozessoren bewährt, ist jedoch für HEDT-Produkte mit nicht allzu vielen Kernen wesentlich weniger geeignet als die traditionelle Ringbus-Technologie, was zu dramatischen Erhöhungen der Latenz führt. Eine Methode zur Bekämpfung dieses negativen Effekts hätte eine Beschleunigung der Mesh-Verbindungen sein können, doch hier blieb alles beim Alten. Die Frequenz der Verbindungen ist sowohl bei den früheren als auch den aktuellen Skylake-X mit 2,4 GHz festgelegt, sodass der L3-Cache und der Speichercontroller der LGA2066-Prozessoren eine merklich schlechtere Latenz im Vergleich zu den massenhaften Coffee Lake Refresh aufweisen. Allerdings wird dies teilweise durch den erweiterten L2-Cache ausgeglichen, der bei Skylake-X ein Volumen von 1 MB pro Kern hat, anstatt viermal weniger.

All dies lässt sich leicht mit einem Diagramm zur Latenz der Speichersubsysteme der aktuellen Skylake-X-Prozessoren im Vergleich zu Coffee Lake Refresh veranschaulichen. Es zeigt deutlich, dass es bei den neuen HEDT-Prozessoren keine Verbesserungen hinsichtlich der Verzögerungen gibt.

Dagegen können die neuen Zehnkerner mit Fortschritten bei den Taktraten und der Größe des Cache-Speichers aufwarten. Zum Beispiel verfügt der Core i9-9900X über einen großzügigen L3-Cache von 19,25 MB, was 40 % mehr als der Cache des Vorgängermodells Core i9-7900X ausmacht. Die Basistaktrate des neuen Modells ist von 3,3 auf 3,5 GHz gestiegen, aber die maximale Taktrate des Core i9-9900X im Turbomodus kann die gleichen 4,5 GHz erreichen, die auch beim Zehnkerner der vorherigen Generation verfügbar waren. In beiden Fällen erfordert das Erreichen von 4,5 GHz die Nutzung der Turbo Boost Max 3.0-Technologie, während die maximale Frequenz für den Core i9-9900X im traditionellen Turbomodus bei 4,4 GHz liegt.

In der Praxis gestaltet sich jedoch die Situation mit den Frequenzen des Core i9-9900X etwas anders. Bei Vollast auf allen Kernen läuft der Prozessor mit 4,1 GHz.

Wenn diese Last AVX-Instruktionen nutzt, sinkt die Taktfrequenz des Prozessors auf 3,8 GHz.

Die besonders ressourcenintensiven 512-Bit-Instruktionen aus dem neuen AVX-512-Befehlssatz bringen den Prozessor bei Vollast auf allen Kernen dazu, die Frequenz auf 3,4 GHz zu reduzieren, was, muss man sagen, sogar unter der im Datenblatt angegebenen Nennfrequenz liegt.

Der zehnkernige Core i9-9820X, der eine Stufe niedriger steht, unterscheidet sich von seinem größeren Bruder hauptsächlich durch das Volumen des dritten Cache-Niveaus, das auf 16,5 MB gekürzt wurde. Auch die angegebenen Frequenzen liegen etwas darunter, doch sollte man nicht vergessen, dass alle HEDT-Prozessoren von Intel über freie Multiplikatoren verfügen, was Enthusiasten ermöglicht, dieses Manko zu ignorieren.

Dennoch beträgt die Nennfrequenz des Core i9-9820X 3,3 GHz, während die maximale Frequenz im Turbomodus 4,1 oder 4,2 GHz beträgt, je nachdem, ob es sich um die Turbo Boost 2.0- oder Turbo Boost Max 3.0-Technologie handelt.

In der Praxis kann der Core i9-9820X bei Nutzung der Standardeinstellungen und Vollast auf allen Kernen bei 4,0 GHz arbeiten.

Wenn die Last AVX-Instruktionen verwendet, sinkt die Arbeitsfrequenz des Prozessors auf 3,8 GHz.

Im AVX-512-Modus fällt die Frequenz des Core i9-9820X auf die Nennfrequenz von 3,3 GHz.

Wenn man über die Vorteile der neuen LGA2066-Prozessoren mit zehn Kernen gegenüber dem alten Core i9-7900X spricht, sollte man den Übergang zu einem effizienteren thermischen Interface erwähnen. Der Wärmeabfuhrdeckel ist jetzt an den Chip gelötet, ähnlich wie bei Coffee Lake Refresh. Intel behauptet, dass die neuen Prozessoren dadurch effizienter gekühlt werden und bei niedrigeren Temperaturen arbeiten, jedoch gibt es zwei Einschränkungen. Erstens ist das von Intel verwendete Lötmaterial unter den Übertaktern nicht besonders beliebt, da es weniger effektiv als Flüssigmetall ist. Zweitens ist die praktizierte Skalierung für die meisten Enthusiasten now unwahrscheinlich geworden: Es ist sehr schwierig, den Deckel zu entfernen, ohne den Prozessor zu beschädigen, was die Verbesserung des bestehenden thermischen Interfaces stark erschwert.

Abschließend zum Thema der Spezifikationen von Core i9-9900X und Core i9-9820X sei auch auf die Preise hingewiesen. Intel hat hier keine großen Fantasien entwickelt und den Preis des größeren Zehnkern-Prozessors Core i9-9900X auf die gleichen $989 festgesetzt, die auch für den Prozessor Core i9-7900X aus der vorherigen Generation verlangt wurden. Der Core i9-9820X ist jedoch $100 günstiger, was ihn zu einem attraktiveren Angebot für Enthusiasten macht, da der 15 % kleinere L3-Cache kaum einen spürbaren Einfluss auf die Leistung haben sollte und die nominalen Taktraten für echte Hochleistungs-Enthusiasten keine Rolle spielen.

Quelle: 3dnews.ru