Team Blau
Die i7- und i9-Prozessoren von Intel wurden ursprünglich als ideale CPUs für den Gaming-Markt konzipiert. Für die Ausführung von Spielen ist eine hohe Taktfrequenz erforderlich, aber es handelt sich nicht um einen kernintensiven Vorgang, und die i7- und i9-Prozessoren erfüllen diesen Bedarf auf dem heimischen Markt perfekt.
Mit der Zeit wurden diese CPUs jedoch immer besser. Ihre anfänglichen Einschränkungen bei der Speicherkapazität gehörten der Vergangenheit an, da die CoreX-Prozessoren 128 und sogar 256 GB Arbeitsspeicher aufnehmen konnten. Es wurden zusätzliche Kerne hinzugefügt, und schon bald waren diese Consumer-Prozessoren genauso leistungsfähig wie die professionellen Xeon-basierten Workstations und in einigen Fällen sogar besser als diese. Zu einem bestimmten Zeitpunkt gab es Prozessoren der Core X-Serie von Intel mit 18 Kernen bei einer Basisgeschwindigkeit von 3,00 GHz und einer Turbo-Geschwindigkeit von 4,6 GHz.
Wie Sie sich vorstellen können, brachte dies Produkte für den heimischen Markt in den Fokus der professionellen Sphäre, wobei sich die beiden Bereiche überschnitten.
Die Situation wurde durch die Einführung der für Workstations konzipierten Intel-Prozessoren der W-Serie, die in einigen Fällen eine niedrigere Taktfrequenz und eine geringere Kernanzahl als die heimischen Core X Prozessoren aufwiesen, nicht verbessert. Dies führte dazu, dass Tier-1-Hersteller wie HP Systeme anboten, die sowohl i7- als auch i9-Intel-Core-Workstations enthielten, wodurch die Grenzen zwischen Core- und Xeon-Prozessoren weiter verwischt wurden.
Intel hat sich dieser Situation angenommen und versucht, eine klare Unterscheidung zwischen Consumer- und professionellen CPUs zu treffen. Die Entwicklung vom Core X der 10. Generation zum Core X der 11. Generation wurde gestoppt, und bei den i7- und i9-Prozessoren für Verbraucher wurden die Kerne von 10 auf acht reduziert.
Team Rot
Intels CISC-Design (Complex Instruction Set Computer) gibt es schon seit langem, und es ist die eine Seite der Eskalation der Kernzahlen, die wir in letzter Zeit erlebt haben. Die andere Seite ist AMD, das mit seinem Threadripper, einem CPU, der ebenfalls auf den Spielemarkt abzielt, aber mit 32 Kernen ausgestattet ist, ebenfalls zur Verwirrung beigetragen hat. Das AMD-Chiplet-Design mit hoher Kernzahl kann wie man am Beispiel des AMD EPYC 9654 sehen kann tatsächlich unglaubliche 96 Kerne auf einem einzigen Chip unterbringen und hat dazu beigetragen, die moderne Super-Sockel-Ära einzuleiten, bei der alles von einem einzigen Chip aus betrieben wird, der in einen Sockel auf dem Motherboard gesteckt wird.
Tier-1-Hersteller begannen, Threadripper-Chips auch in Workstations einzusetzen. Lenovo war der erste Hersteller, der den Threadripper Pro anbot, bald gefolgt von Dell und HP.
Kerne als Alarmzeichen
Was jedoch schon seit einiger Zeit klar ist, ist, dass das bloße Hinzufügen von Kernen zu mehr Wärmeentwicklung führt. In der Regel mögen es die Leute nicht, wenn ihre Prozessoren schmelzen, also mussten die Taktraten gedrosselt werden, um die Wärme zu reduzieren.
Diese Entscheidung hat sich eindeutig auf die Xeon-CPUs ausgewirkt, bei denen wir festgestellt haben, dass eine höhere Kernzahl immer zu einer niedrigeren Basisfrequenz führt. Selbst mit leistungssteigernden Funktionen wie AVX2 und dem neueren AVX512 konnten nur bestimmte Prozessoren der Xeon-Reihe über alle Kerne hinweg mit den angegebenen Basistakt- und Turbogeschwindigkeiten arbeiten.
Gibt es eine Antwort auf dieses Problem? Seit einiger Zeit entwickelt ARM seine big.LITTLE CPU-Architektur. Ursprünglich im Mobiltelefonbereich erprobt, verbindet dieses Design langsamere, energieeffizientere Kerne mit schnelleren und leistungsfähigeren Kernen. Dieses Gleichgewicht innerhalb des Chips selbst wurde ursprünglich durch die Notwendigkeit angetrieben, in Smartphones Akkustrom zu sparen und dennoch leistungsstarke Anwendungen ausführen zu können. Diese Art des Denkens lässt sich auch auf das Rätsel von Kern- und Taktgeschwindigkeit bei Workstations anwenden, wie wir weiter unten bei Intels Alder Lake- und Raptor Lake-Maschinen sehen werden.
Die Wahl der richtigen CPU
Die Auswahl der richtigen CPU für eine bestimmte Situation ist extrem kompliziert geworden. Basieren Sie Ihre Entscheidung auf der Anzahl der Kerne? Taktfrequenzen? Die Anwendungen, die Sie verwenden werden? Die Leistung, die benötigt wird, um all diese Kerne zu betreiben? Auf den Preis? Die einzige Möglichkeit, eine kluge Entscheidung zu treffen, besteht darin, all diese Faktoren zu berücksichtigen: keine leichte Aufgabe.
VFX-Workflows haben schon immer ein Gleichgewicht zwischen Kernen und Taktfrequenz erfordert. Bei Multi-Thread-Aufgaben wie Simulation, Rendering und Licht-/Look-Entwicklung hat die Leistung mehrerer Kerne in der Regel Priorität, während bei Single-Thread-Anwendungen wie Modellierung, Texturierung und Animation die Taktrate im Vordergrund steht.
Aber was ist mit einer kleineren Einrichtung, die Workstations benötigt, die beides effektiv erledigen können? Hier werden in der Regel allgemein gehaltene Maschinen mit möglichst vielen Kernen und einer möglichst hohen Taktrate eingesetzt. Der Schlüssel liegt darin, ein Gleichgewicht zwischen der Allround-Leistung und dem richtigen Preis zu finden.
Für eine größere Einrichtung sind wir jetzt in der Lage, eine sehr gezielte Entscheidung zu treffen, bei der die Workstation eine absolute Spezialmaschine ist, die entweder bei kern- oder taktfrequenzintensiven Aufgaben brilliert.
Intel hat diese Entscheidungsfindung mit seinen Alder Lake- und (den neueren) Raptor Lake-CPUs noch einen Schritt weiter getrieben. Bei den Alder Lake-CPUs wurde die 12. Generation der i7- und i9-Prozessoren mit Kombinationen aus P-Kernen (Performance-Kernen) und E-Kernen (Efficiency-Kernen) in einem Sockel-Design ausgestattet.
Wie Sie sich vorstellen können, verfügen die P-Kerne über vollständige Multi-Thread-Fähigkeiten, wie wir sie auch von anderen Prozessoren der 11. und 10. Generation kennen. Diese werden von den E-Cores unterstützt, die zwar nicht Multi-Thread-fähig und nicht so leistungsfähig sind, aber für Workflows eingesetzt werden können, die nicht die Rechenleistung der P-Cores erfordern. Außerdem sind sie, wie der Name schon sagt, außerordentlich stromsparend im Betrieb.
Die Raptor Lake CPUs der 13. Generation mit Windows 11 und Rocky Linux zeigen uns die Vorteile dieser neuen Architektur. Der i9-13900KS CPU erreicht in bestimmten Szenarien 6,00 GHz bei maximaler Turbofrequenz, aber alle Performance Cores überschreiten 5,00 GHz bei der Basisfrequenz. Auch die E-Kerne sind mit einer Turbofrequenz von 4,30 GHz nicht zu unterschätzen.
Mit acht P-Kernen und 16 E-Kernen haben Sie einen Chip, der hervorragende Taktraten für Anwendungen und eine gute Anzahl von Kernen für Multithreading-Anwendungen bietet. Und da dieses Design erst am Anfang seiner Entwicklung steht, wird es in Zukunft noch weiter verfeinert werden.
Jenseits der Hardware
Wie bei allen Dingen, die mit Hardware zu tun haben, gibt es auch eine Auswirkung auf das Betriebssystem und die Software. Und auch hier gibt es einige Punkte, die zu beachten sind.
Was das Betriebssystem betrifft, so verfügt Intel über den “Thread Director", der es Windows 11 ermöglicht, diese neuen Kombinationen spezialisierter Kerne in vollem Umfang zu nutzen und die Software so zu steuern, dass sie auf den besten Kernen läuft. Leider werden die Dinge kompliziert, wenn es um Windows 10 geht. Auf Intels eigener Website heißt es: "Thread Director funktioniert mit Windows 10 Scheduler, ist aber nicht dafür optimiert.”
Wenn man zwischen den Zeilen liest und unsere Kenntnisse über Studios in aller Welt berücksichtigt, gibt es viele, die immer noch auf Windows 10 setzen. Für diese Leute besteht eine sehr reale Gefahr, dass die Top-Workstations, die sie aufgrund ihrer Spezifikationen kaufen, nicht annähernd ihre Leistung bringen, da der Thread Director nicht in der Lage ist, den Unterschied zwischen den P- und E-Cores zu erkennen. Dies hat zur Folge, dass Aufgaben, die eigentlich über die P-Cores laufen sollten, von den E-Cores übernommen werden und andersherum.
HPC-CPUs: Threadripper und Sapphire Rapids
So beeindruckend Intels Alder- und Raptor-Lake-Prozessoren auch sind, sie sind nicht dafür gemacht, direkt mit AMDs Threadripper und EPYC CPUs zu konkurrieren, wenn es um Simulation, Rendering und maschinelles Lernen geht.
Intel hat jetzt seinen eigenen direkten Konkurrenten mit der Multi-Thread-CPU Sapphire Rapids mit hoher Kernzahl. Diese skalierbare Xeon-CPU der 4. Generation ermöglicht bis zu 56 volle Kerne auf einem einzigen Sockel. Da einige Hersteller immer noch Motherboards mit zwei Sockeln unterstützen, ist es möglich, ein duales 56-Core-Sapphire Rapids-System mit 112 Kernen oder 224 Threads zu betreiben.
Diese Entwicklung ebnet auch den Weg für PCI 5.0 und DDR5-Speicherunterstützung sowie für Beschleuniger wie IFS, DSA, QAT, DLB und IAA. Das Potenzial für noch schnellere Maschinen ist zwar verlockend, muss aber durch die Tatsache gemildert werden, dass nicht alle Beschleuniger für alle Modelle der CPU verfügbar sind. Auch hier gilt, dass eine Entscheidung ohne alle Informationen zu einer enttäuschenden Leistung führen kann.
Wie viele Kerne sind zu viel?
Bei all dieser potenziellen Leistung stellt sich jedoch eine Frage: Wie viele Kerne sind zu viel? Wir stellen derzeit fest, dass 32 Kerne für die meisten Rechner die Obergrenze darstellen. 64 Kerne sind zwar wünschenswert, werden aber oft als zu teuer für den Leistungszuwachs angesehen. Dies gilt insbesondere für Einrichtungen, in denen 32 Kerne für 70 % der Arbeit mehr als ausreichend sind. Lohnt es sich wirklich, einen Aufpreis für die 30 % der Zeit zu zahlen, in denen man den Vorteil der 64 Kerne wahrnimmt?
Außerdem stellt sich die Frage, wie viel Energie (in Form von Strom) für den Betrieb so vieler Kerne benötigt wird. Da die Energiepreise weiterhin Anlass zur Sorge geben und der Energieverbrauch insgesamt etwas ist, worauf wir alle achten müssen, ist dieser zusätzliche Faktor oft der Grund dafür, dass Maschinen bei 32 Kernen bleiben.
Zugegebenermaßen sollten die Raptor- und Alder Lake-Architekturen mit ihrer Mischung aus P- und E-Cores dieses Problem angehen, aber da diese CPU noch frisch auf dem Markt ist, bleibt abzuwarten, wie effektiv sie dies tun kann.
Während sich die Entwicklung im Bereich der CPUs immer weiter fortsetzt und spannend bleibt, kann die schillernde Auswahl oft zu einer Lähmung bei der Analyse oder, schlimmer noch, zu einer falschen Entscheidung führen. Aber von so unterschiedlichen Bereichen wie VFX bis hin zur Architektur sind diese neuen CPUs reich an Potenzial, und wir können es kaum erwarten zu sehen, was diese spezialisierten Prozessorkerne leisten können, wenn sie auf die richtige Weise eingesetzt werden.
