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Intels neuer pentium 4 mit hyperthreading-technologie7


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Intel stellt wieder schnellsten Prozessor auf dem Markt

Intels neues Flagschiff, der Pentium 4 (Northwood) mit 3.066 Ghz und Hyperthreading-Technologie hat die Konkurrenz wieder deklassiert. Während AMDs neue Athlons zumindest den Vorsprung von Intel an Eindeutigkeit genommen hatten, kann man nun wieder sagen, Intel hat auf dem Markt den schnellsten Desktop-Prozessor der Welt. Im folgenden werde ich nun auf die neue Technologie eingehen, über Performance-Gewinne berichten und auch Fakten bezüglich der Kompatibilität bringen.



Nichts neues von Intel?

Sieht man sich den Kern des neuen Prozessors an, so erkennt man nichts neues. Es wird der Northwood-Kern benutzt, wie schon in dem Vorgängermodel Pentium 4 2.8 Ghz. Der neue Prozessor arbeitet auch mit der 0,13micron-Fertigungstechnologie und hat auch 512 kB L2-Cache. Der seit Mai 2002 erhältliche Northwood mit 533 Mhz Front-Side-Bus bringt durch die erhöhte Bandbreite von 4,2 GB/s ein besseres Verhältnis zu dem Prozessor-Takt. Doch gab es diese Erneuerung auch schon mit dem anderen Northwood-Modellen. Wo liegt jetzt also der Unterschied?
Der Northwood-Kern wurde schon bei seiner Verbesserung zum C1-Stepping (Benennung der Stufen) für Hyperthreading ausgerüstet. Doch fehlte bis jetzt die Peripherie im Prozessor. So musste am Kern nichts mehr geändert werden. Auf dem folgenden Bild werden alle nötigen Einheiten auf den Kern hervorgehoben, die das Hyperthreading ermöglichen:








Auf Grund der höheren Taktfrequenz braucht der neue P4 jetzt mehr VCore (Prozessorspannung). Während der P4 2.8 Ghz noch mit 1,5 Volt auskam, werden jetzt 1,55 Volt benötigt. Daraus folgt natürlich eine höhere Leistungsaufnahme. Mit 81,4 Watt hält der neue Prozessor den Rekord und liegt 22,4 Watt über dem Wert seines Vorgängers, der ein wahrer Leistungssparer ist.
Aus der höheren Leistung könnte man meinen entsteht ein Kühlungsproblem, doch überrascht der P4 in der Hinsicht. Die heißeste CPU im Desktop-Bereich kommt locker mit einem Aluminium-Kühlkörper aus.



Hyperthreading

Die erste Veränderung im Betriebssystem lässt direkt erahnen, wo Hyperthreading einsetzt. Und zwar meldet die neue CPU sich unter Windows XP gleich als ein Zweigespann an. Allerdings sind auf den neuen P4 keine zwei Prozessorköpfe installiert. Vielmehr baut man einen physikalischen Prozessor ein und dieser gibt sich beim Betriebssystem als zwei logische Prozessoren aus. Wie das unter XP Professional aussieht, zeigt sich in den nächsten zwei Bildern:





















Was das genau bringt, wird im nächsten Teilkapitel genauer erörtert, doch soviel sei gesagt: mit der Hyperthreading-Technologie ist Multithreading und Multitasking möglich, im Klartext, der neue P4 kann Programme und Programmteile parallel bearbeiten.


Wie funktioniert Hyperthreading?

Wie schon erwähnt, ist mit Hyperthreading die Möglichkeit zum Multithreading und Multitasking gegeben. Um nun genauer auf die Funktionsweise der Technologie einzugehen, sollte erst mal geklärt sein, was das eigentlich bedeutet!
Führt man unter einem Betriebssystem ein Programm aus, so ist das ein Task, welcher ausgeführt wird. Beginnt nun dieses Programm eine Berechnung z. B. das Bearbeiten eines Bildes, besteht diese Berechnung aus Threads. Nun führen die meisten Programme diese Threads nacheinander aus. Doch gibt es speziell im Serverbereich auch Programme, die das gleichzeitig abarbeiten können. Diese Arbeitsweise nennt man Multithreading.
Entsprechend hat man auch die Möglichkeit zwei Programme, die ihre Threads nacheinander abarbeiten, gleichzeitig ablaufen zu lassen. Dann spricht man von Multitasking, wobei im eigentlichen der gleiche Effekt eintritt - es werden wieder 2 Threads parallel abgearbeitet. (diesmal nur von zwei verschiedenen Programmen)

Hyperthreading unterstützt also Multitasking und Multithreading - aber wie?
In einem Prozessor existieren mehrere verschiedene Execution-Einheiten, die parallel arbeiten können - der Prozessor wird dabei am effektivsten genutzt, wenn die kompletten Einheiten gemeinsam arbeiten. Doch das ist nicht immer möglich - denn der Prozessor arbeitet in einer bestimmten Reihenfolge, In-Order-Execution genannt. Allerdings ist es beim Pentium 4 auch möglich, das der CPU Instruktionen außerhalb dieser Reihenfolge bearbeitet (Out-of-Order-Execution). Nur liegen immer noch viele Teile des Prozessors brach, weil immer nur ein Thread gleichzeitig bearbeitet werden kann, bevor der nächste Thread begonnen wird. Viele Programme, die ausgeführt werden, nutzen dabei genau dieselben Execution-Einheiten - das merken wir beispielsweise auch beim Benchmarkena, denn wenn ein Prozessor beispielsweise in einem FPU-lastigen Benchmark überzeugen kann, so nutzt dieser die starken FPU-Einheiten des Prozessors, während die anderen Einheiten nicht verwendet werden. Hier könnte man jedoch mit einer identischen Geschwindigkeit optimal andere Abläufe berechnen - und genau dies macht Hyperthreading.







Oben sieht man ein System ohne Hyperthreading - zwei Threads liegen zur Bearbeitung vor, können aber nur nacheinander bearbeitet werden. Rechts sieht man schließlich die Ausnutzung des Prozessors - drei Ressourcen sind dargestellt, in einer Zeit von fünf Takten wird jedoch nur ein Bruchteil der möglichen Ressourcen auch verwendet, der Rest \"wartet\". Somit ist es dem Prozessor nur möglich, den einen Thread in dieser Zeit zu bearbeiten.
Im unteren Teil des Bildes sieht man ein System mit Hyperthreading - das System teilt die Threads auf, sie können gleichzeitig bearbeitet werden. Wenn die Ressource einer CPU zu einem Zeitpunkt ohne Aufgabe ist (also \"idle\" ist), dann rutscht eine Aufgabe des zweiten Threads nach - der Prozessor wird effektiver ausgelastet, in diesem Beispiel wären sogar noch Ressourcen frei, im Idealfall kommt man so relativ nahe an eine volle Auslastung heran.

Hyperthreading macht also nichts anderes, als die Möglichkeiten eines Prozessors besser auszunutzen. Und wie sich im folgenden Kapitel zeigen wird, funktioniert das sehr effizient!



Weiteres Wissenswertes


Technisches . Was muss vorhanden sein?
Auf die in der Grafik (Seite 7) genannten neuen Elemente im Kern, um Hyperthreading zu ermöglichen, werde ich nicht eingehen. Doch muss man auch auf die Peripherie achten damit Hyperthreading funktioniert. Man braucht ein Mainboard, das die VCore liefern kann und Hyperthreading unterstützt. Außerdem braucht man ein BIOS, welches den P4 erkennt. Außerdem ein Betriebssystem, das mit zwei logischen CPUs arbeiten kann. Hier kommen theoretisch alle NT-Betriebssysteme und Linux ab 2.4.18er in Frage. Intel dagegen spricht sich nur für das XP-System (Home und Professional) aus, weil auf allen anderen Betriebssystemen mit Performanceeinbrüchen zu rechnen ist.



Overclocking
Intels mit dem Northwood-Kern zeigen sich als wahre Overclocking-Meister. Doch sollte man sehr vorsichtig vorgehen, da die CPU mit 81 Watt bereits sehr viel Abwärme produziert und das Durchbrennen immer näher rückt. Gefahren kann man vermeiden, indem man die Spannung niedrig hält.
Trotzdem, der neue P4 überrascht! So eben hat Intel die 3 Ghz-Grenze durchbrochen, kommt man mit einem professionellen Overclocking der selben CPU über die 4 Ghz-Grenze. Doch Mal Schritt für Schritt.
Mit dem von Intel mitgelieferten Kühler mit Kupferkern, ist es möglich den P4 mit 1,65 Volt auf hervorragende 3,6 Ghz zu schupsen. Das ist mit einfacher Luftkühlung, wirklich beachtlich. Bei Kompressorkühlung und einem Mainboard, das genug Bustakt liefert, ist es möglich den Prozessor bei 1,85 Volt über die 4 Ghz-Grenze zu hieven. Der Test meiner Quelle allerdings hat es nur bis 3.91 Ghz geschafft, dort war nämlich mit 170 Mhz Bustakt (mehr erreichte das Mainboard nicht) Schluss. Doch zeigte sich das System noch immer sehr Stabil.


Der Performancegewinn durch Hyperthreading

Unter den Vorraussetzungen von Hyperthreading ist es nun mehr denn je davon abhängig, welcher Benchmark angewendet wird um ein objektives Testergebnis zu erzielen. Somit geht man dazu über und macht gleich mehrere Benchmarks. Doch diese alle hier aufzuzeigen, sprengt definitiv den Rahmen. So komme ich vielleicht direkt zum Fazit.
Allgemein kann man sagen, das der Pentium 4 3.066 Ghz mit Hyperthreading-Technologie die schnellste Desktop-CPU auf dem Markt, ist und rein auf die Performance gesehen, kommt die einzigste wirkliche Konkurrenz aus eigenem Hause, nämlich der Pentium 4 2.8 Ghz. Zwar fallen einige Benchmarks auch zu Gunsten des AMD-Flagschiffes aus, allerdings ist das in der Relation zu wenig, um von bedrohlicher Konkurrenz reden zu können.
Performancegewinne, die über die sowieso höhere Taktgeschwindigkeit gehen, kann man allerdings nur beim Multitasking bzw. Multithreading erreichen. Doch unterstützen bis jetzt nur wenige Programme für Desktop-PCs die Multithreading-Technologie. Somit wurden die Benchmarks in diesem Bereich mit Server-Programmen durchgeführt und der Performance - Gewinn mit 15-25% ist enorm. Multitasking fällt nicht so toll aus, aber ein Geschwindigkeitsgewinn ist alle Mal vorhanden. Vielleicht werden sich jetzt die Softwarehersteller auch ans Multithreading für den Desktop-Bereich heranwagen. Zumal der AMD-Hammer, der Mitte dieses Jahres herauskommt, auch Hyperthreading-Technologie beherrschen kann.


Preis/Leistung

Doch müssen wir die Medaille auch Mal umdrehen - wer auf Performance pur schwört und der finanzielle Einsatz egal ist, für den ist die neue CPU genau das Richtige. Doch unter dem Preis/Leistungsvergleich sieht es gleich ganz anders aus. Mit ca. 790 Euro ist der neue P4 einfach zu teuer, das alte Problem von Intel. Die untere Punkte-Skala zeigt uns das Verhältnis:









Als Anmerkung dazu, diese Werte sind eher nur eine Tendenz. Das kommt da durch das AMD mit der Produktion nicht hinterher kommt, so sind die Preise überzogen. Außerdem gab es den Athlons XP 2800+ zum Zeitpunkt dieser Skala noch gar nicht im Handel, das bedeutet, hier ist er nur Fiktion.. Schließlich wird der Preis für den neuen P4 natürlich in den ersten drei Monaten sinken, hier sind jetzt die Herstellerangaben eingerechnet. Doch soviel zum Thema Performance und Preis/Leistungsverhältnis, womit dieses Kapitel auch sein Ende hat und wir uns nun AMDs Modellen widmen können.

 
 




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