Prozessor oder CPU - alle Informationen, die Sie wissen müssen

Jeder Computer- und Gaming-Fan muss die interne Hardware seines PCs kennen, insbesondere den Prozessor. Als zentrales Element unseres Teams, ohne das wir nichts tun könnten, erklären wir Ihnen in diesem Artikel alle wichtigen Konzepte des Prozessors, damit Sie eine allgemeine Vorstellung von dessen Verwendung, Teilen, Modellen, Verlauf und wichtigen Konzepten haben.

Inhaltsverzeichnis

Was ist ein Prozessor?

Der Prozessor oder die CPU (Central Processing Unit) ist eine elektronische Komponente in Form eines Siliziumchips, der sich in einem Computer befindet und speziell über eine Buchse oder einen Sockel auf der Hauptplatine installiert ist.

Der Prozessor ist das Element , das für die Durchführung aller logischen arithmetischen Berechnungen verantwortlich ist, die von den Programmen und dem Betriebssystem auf der Festplatte oder im zentralen Speicher generiert werden. Die CPU nimmt die Anweisungen aus dem RAM-Speicher, um sie zu verarbeiten, und sendet die Antwort dann zurück an den RAM-Speicher, wodurch ein Workflow erstellt wird, mit dem der Benutzer interagieren kann.

Der erste auf Halbleitertransistoren basierende Mikroprozessor war 1971 der Intel 4004, der mit 4 Bits gleichzeitig (Zeichenfolgen mit 4 Nullen und Einsen) arbeiten konnte, um zu addieren und zu subtrahieren. Diese CPU ist weit entfernt von den 64 Bit, die aktuelle Prozessoren verarbeiten können. Zuvor hatten wir jedoch nur riesige Räume voller Vakuumröhren, die als Transistoren dienten, wie beispielsweise die ENIAC.

Wie ein Prozessor funktioniert

Prozessorarchitektur

Ein sehr wichtiges Element, das wir über einen Prozessor wissen müssen, ist seine Architektur und sein Herstellungsprozess. Sie sind Konzepte, die sich mehr an ihrer physischen Herstellung orientieren, aber sie legen die Richtlinien für den Markt fest und es ist ein weiteres Element des Marketings.

Die Architektur eines Prozessors ist im Grunde die interne Struktur dieses Elements. Wir sprechen nicht über Form und Größe, sondern darüber, wie sich die verschiedenen logischen und physischen Einheiten, aus denen ein Prozessor besteht, befinden. Wir sprechen über die ALU, Register, Steuereinheit usw. In diesem Sinne gibt es derzeit zwei Arten von Architektur: CISC und RISC, zwei Arbeitsweisen, die auf der Architektur von Von Neuman basieren, der Person, die 1945 den digitalen Mikroprozessor erfand.

Obwohl es stimmt, dass Architektur nicht nur dies bedeutet, da Hersteller derzeit das Konzept eher mit kommerziellem Interesse betrachten, um die verschiedenen Generationen ihrer Prozessoren zu definieren. Wir müssen jedoch berücksichtigen, dass alle aktuellen Desktop-Prozessoren auf der CISC- oder x86-Architektur basieren. Was passiert ist, dass Hersteller kleine Änderungen an dieser Architektur vornehmen, die Elemente wie mehr Kerne, Speichercontroller, interne Busse, Cache-Speicher auf verschiedenen Ebenen usw. enthalten. So hören wir Konfessionen wie Coffee Lake, Skylake, Zen, Zen 2 usw. Wir werden sehen, was das ist.

Herstellungsprozess

Auf der anderen Seite haben wir den sogenannten Herstellungsprozess, der im Grunde die Größe der Transistoren ist, aus denen der Prozessor besteht. Von den Vakuumventilen der ersten Computer bis zu den heutigen FinFET-Transistoren von TSMC und Global Foundries mit nur wenigen Nanometern war die Entwicklung umwerfend.

Ein Prozessor besteht aus Transistoren, den kleinsten Einheiten im Inneren. Ein Transistor ist ein Element, das zulässt oder nicht zulässt, dass Strom fließt (0 (nicht Strom), 1 (Strom)). Eine davon misst derzeit 14 nm oder 7 nm (1 nm = 0, 00000001 m). Transistoren erzeugen Logikgatter, und Logikgatter erzeugen integrierte Schaltkreise, die verschiedene Funktionen ausführen können.

Führende Hersteller von Desktop-Prozessoren

Dies sind die Grundelemente, um zu verstehen, wie Prozessoren im Laufe der Geschichte bis heute entwickelt wurden. Wir werden das Wichtigste durchgehen und dürfen die Hersteller Intel und AMD, die unbestrittenen Marktführer der heutigen PCs, nicht vergessen.

Natürlich gibt es auch andere Hersteller wie IBM, von denen der wichtigste praktisch der Schöpfer des Prozessors und der technologische Maßstab ist. Andere wie Qualcomm haben eine Marktnische geschaffen, indem sie die Herstellung von Prozessoren für Smartphones praktisch monopolisiert haben. Es könnte bald zu PCs kommen, also machen Sie sich bereit für Intel und AMD, denn ihre Prozessoren sind einfach wunderbar.

Entwicklung der Intel-Prozessoren

Schauen wir uns also die wichtigsten historischen Meilensteine ​​der Intel Corporation an, des blauen Riesen, des größten Unternehmens, das beim Verkauf von Prozessoren und anderen Komponenten für PCs immer an der Spitze stand.

• Intel 4004 Intel 8008, 8080 und 8086 Intel 286, 386 und 486 Intel Pentium Die Multi-Core-Ära: Pentium D und Core 2 Quad Die Ära von Core iX

Es wurde 1971 auf den Markt gebracht und war der erste Mikroprozessor, der auf einem einzigen Chip für den nichtindustriellen Einsatz gebaut wurde. Dieser Prozessor wurde auf ein Paket von 16 Pins CERDIP (eine Kakerlake allen Lebens) montiert. Es wurde mit 2.300 10.000-nm-Transistoren gebaut und hatte eine 4-Bit-Busbreite.

Der 4004 war nur der Beginn von Intels Reise in Personal Computer, die zu dieser Zeit von IBM monopolisiert wurde. Es war dann zwischen 1972 und 1978, als Intel eine Änderung der Philosophie im Unternehmen vornahm, um sich ganz dem Bau von Prozessoren für Computer zu widmen.

Nach 4004 kam 8008, ein Prozessor noch mit 18-poliger DIP-Kapselung, der seine Frequenz auf 0, 5 MHz und auch die Transistoranzahl auf 3.500 erhöhte. Danach erhöhte der Intel 8080 die Busbreite auf 8 Bit und eine Frequenz von nicht weniger als 2 MHz unter 40-poliger DIP-Kapselung. Es gilt als der erste wirklich nützliche Prozessor, der Grafiken auf Computern wie dem Altair 8800m oder dem IMSAI 8080 verarbeiten kann.

Der 8086 ist ein Benchmark-Mikroprozessor, der als erster die bisher gültige x86-Architektur und den Befehlssatz anwendet. Eine 16-Bit-CPU, zehnmal leistungsstärker als 4004.

Bei diesen Modellen begann der Hersteller mit der Verwendung eines PGA-Sockels mit einem quadratischen Chip. Der Durchbruch besteht darin, Befehlszeilenprogramme ausführen zu können. Der 386 war der erste Multitasking-Prozessor in der Geschichte mit einem 32-Bit-Bus, der für Sie sicherlich viel mehr klingt.

Wir kommen zu dem 1989 veröffentlichten Intel 486, der auch sehr wichtig ist, um ein Prozessor zu sein, der eine Gleitkommaeinheit und einen Cache-Speicher implementiert. Was bedeutet das? Nun haben sich Computer von der Befehlszeile aus entwickelt, um über eine grafische Oberfläche verwendet zu werden.

Endlich kommen wir in die Ära der Pentiums, in der wir einige Generationen bis zu Pentium 4 als Version für Desktop-Computer und Pentium M für tragbare Computer haben. Nehmen wir an, es war 80586, aber Intel hat seinen Namen geändert, um sein Patent lizenzieren zu können, und für andere Hersteller wie AMD, um das Kopieren seiner Prozessoren einzustellen.

Diese Prozessoren haben zum ersten Mal in ihrem Herstellungsprozess die 1000 nm gesenkt. Sie erstreckten sich über die Jahre zwischen 1993 und 2002, wobei der Itanium 2 als Prozessor für Server gebaut wurde und erstmals einen 64-Bit-Bus verwendete. Diese Pentiums waren bereits rein Desktop-orientiert und konnten mit dem legendären Windows 98, ME und XP problemlos für das Multimedia-Rendering verwendet werden.

Der Pentium 4 verwendete in seiner Mikroarchitektur namens NetBurst bereits eine Reihe von Anweisungen, die ausschließlich auf Multimedia wie MMX, SSE, SSE2 und SSE3 ausgerichtet waren. Ebenso war es einer der ersten Prozessoren, der eine Arbeitsfrequenz von mehr als 1 GHz, insbesondere 1, 5 GHz, erreichte, weshalb Hochleistungs- und große Kühlkörper auch bei kundenspezifischen Modellen zum Einsatz kamen.

Und dann kommen wir zur Ära der Multi-Core-Prozessoren. Jetzt konnten wir nicht nur einen Befehl in jedem Taktzyklus ausführen, sondern zwei davon gleichzeitig. Der Pentium D besteht im Wesentlichen aus einem Chip mit zwei Pentium 4 im selben Gehäuse. Auf diese Weise wurde auch das Konzept des FSB (Front-Side Bus) neu erfunden, das der CPU zur Kommunikation mit dem Chipsatz oder der North Bridge diente und nun auch zur Kommunikation beider Kerne verwendet wird.

Nach den beiden kamen die 4 Kerne im Jahr 2006 unter der LGA 775-Buchse an, viel aktueller und das können wir sogar noch auf einigen Computern sehen. Alle haben bereits eine 64-Bit-x86-Architektur für ihre vier Kerne übernommen, deren Herstellungsprozess bei 65 nm und dann bei 45 nm beginnt.

Dann kommen wir zu unseren Tagen, als der Riese eine neue Nomenklatur für seine Multicore- und Multithread-Prozessoren übernahm. Nach dem Core 2 Duo und dem Core 2 Quad wurde 2008 die neue Nehalem-Architektur übernommen, bei der die CPUs in i3 (niedrige Leistung), i5 (mittlerer Bereich) und i7 (hohe Leistung) unterteilt wurden.

Von hier an verwendeten die Kerne und der Cache-Speicher den BSB (Back-Side-Bus) oder Back-Bus zur Kommunikation, und auch der DDR3-Speichercontroller wurde in den Chip selbst eingeführt. Der Frontseitenbus wurde ebenfalls zum PCI Express-Standard weiterentwickelt, der einen bidirektionalen Datenfluss zwischen Peripheriegeräten und Erweiterungskarten und CPUs ermöglicht.

Der Intel Core der 2. Generation nahm 2011 den Namen Sandy Bridge mit einem 32-nm-Herstellungsprozess und einer Anzahl von 2, 4 und bis zu 6 Kernen an. Diese Prozessoren unterstützen HyperThreading- Multithreading-Technologien und Turbo Boost Dynamic Frequency Boost, abhängig von der Anzahl der Prozessoren auf dem Markt. Alle diese Prozessoren verfügen über integrierte Grafiken und unterstützen 1600 MHz DDR3-RAM.

Kurz darauf wurde 2012 die 3. Generation namens Ivy Bridge vorgestellt, die die Größe der Transistoren auf 22 nm reduzierte. Sie nahmen nicht nur ab, sondern wurden auch zu 3D- oder Tri-Gate-Geräten, die den Verbrauch im Vergleich zu den vorherigen um bis zu 50% senkten und die gleiche Leistung erbrachten. Diese CPU bietet Unterstützung für PCI Express 3.0 und ist auf LGA 1155-Sockeln für den Desktop-Bereich und 2011 für den Workstation-Bereich montiert.

Die 4. und 5. Generation heißen Haswell bzw. Broadwell und waren auch nicht gerade eine Revolution der vorherigen Generation. Die Haswells teilten sich einen Herstellungsprozess mit Ivy Bridge und DDR3 RAM. Ja, die Thunderbolt-Unterstützung wurde eingeführt und ein neues Cache-Design erstellt . Prozessoren mit bis zu 8 Kernen wurden ebenfalls eingeführt. Sockel 1150 wurde weiterhin verwendet, und 2011, obwohl diese CPUs nicht mit der vorherigen Generation kompatibel sind. In Bezug auf die Broadwells waren sie die ersten Prozessoren, die bei 14 nm abfielen, und in diesem Fall waren sie mit dem LGA 1150-Sockel von Haswell kompatibel.

Wir kommen mit der 6. und 7. Generation von Intel, Skylake und Kaby Lake, mit einem 14-nm- Herstellungsprozess zum Ende und übernehmen für beide Generationen einen neuen kompatiblen LGA 1151-Sockel. In diesen beiden Architekturen wurde bereits Unterstützung für DDR4, den DMI 3.0- Bus und Thunderbol 3.0 angeboten. Ebenso hat die integrierte Grafik zugenommen, da sie mit DirectX 12 und OpenGL 4.6 und 4K bei 60 Hz kompatibel ist. Kaby Lake kam 2017 mit Verbesserungen der Taktfrequenzen der Prozessoren und Unterstützung für USB 3.1 an Gen2 und HDCP 2.2.

Entwicklung von AMD-Prozessoren

Ein weiterer Hersteller, den wir kennen müssen, ist AMD (Advanced Micro Devices), der ewige Rivale von Intel, der fast immer hinter dem ersten zurückgeblieben ist, bis der Ryzen 3000 heute eingetroffen ist. Aber hey, das ist ein anderer Wir werden später sehen, also lassen Sie uns die Geschichte der AMD-Prozessoren ein wenig überprüfen.

• AMD 9080 und AMD 386 AMD K5, K6 und K7 AMD K8 und Athlon 64 X2 AMD Phenom AMD Llano und Bulldozer AMD Ryzen kamen an

AMDs Reise beginnt im Wesentlichen mit diesem Prozessor, der nichts weiter als eine Kopie des Intel 8080 ist. Tatsächlich unterzeichnete der Hersteller einen Vertrag mit Intel, um Prozessoren mit x86-Architektur von Intel herstellen zu können. Der nächste Sprung war der AMD 29K, der Grafiklaufwerke und EPROM-Speicher für ihre Kreationen anbot. Bald darauf entschied sich AMD, direkt mit Intel zu konkurrieren, indem kompatible Prozessoren für PCs und Server angeboten wurden.

Aber natürlich wurde diese Vereinbarung, "Kopien" von Intel-Prozessoren zu erstellen, zu einem Problem, sobald AMD zu einer echten Konkurrenz von Intel wurde. Nach mehreren von AMD gewonnenen Rechtsstreitigkeiten wurde der Vertrag mit dem Intel 386 gebrochen, und wir kennen bereits den Grund, warum der Intel in Pentium umbenannt wurde, wodurch das Patent registriert wurde.

Von hier aus hatte AMD keine andere Wahl, als Prozessoren völlig unabhängig zu erstellen, und dass es sich nicht nur um Kopien handelte. Das Lustige ist, dass AMDs erster eigenständiger Prozessor der Am386 war, der offensichtlich mit dem 80386 von Intel zu kämpfen hatte.

Nun ja, AMD begann seinen eigenen Weg in diesem technologischen Krieg mit Prozessoren zu finden, die von Grund auf selbst hergestellt wurden. In der Tat war es mit dem K7, als die Kompatibilität zwischen beiden Herstellern verschwand und AMD folglich seine eigenen Boards und seinen eigenen Sockel namens Socket A schuf. Darin wurden 2003 der neue AMD Athlon und der neue Athlon XP installiert.

AMD war der erste Hersteller, der die 64-Bit-Erweiterung vor Intel auf einen Desktop-Prozessor implementiert hat. Schauen Sie sich das Ziel an, das nun Intel sein würde, um die x64-Erweiterung für seine Prozessoren in AMD zu übernehmen oder zu kopieren.

Dies hörte hier jedoch nicht auf, da AMD 2005 auch einen Dual-Core-Prozessor vor Intel vermarkten konnte. Der blaue Riese antwortete ihm natürlich mit dem Core 2 Duo, das wir zuvor gesehen haben, und von hier aus endet die Führung von AMD.

AMD blieb aufgrund des dramatischen Leistungssprungs von Multi-Core-Intel-Prozessoren zurück und versuchte, dem durch eine Neugestaltung der Architektur des K8 entgegenzuwirken. Tatsächlich hatte das 2010 veröffentlichte Phenom II bis zu 6 Kerne, aber es würde auch für einen entfesselten Intel nicht ausreichen. Diese CPU hatte 45-nm-Transistoren und wurde zunächst an einem AM2 + -Sockel und später an einem AM3-Sockel montiert, um Kompatibilität mit DDR3-Speichern zu bieten.

AMD kaufte ATI, das Unternehmen, das bisher ein direkter Rivale von Nvidia für 3D-Grafikkarten war. Tatsächlich nutzte der Hersteller diesen technologischen Vorteil, um Prozessoren mit integrierter GPU zu implementieren, die viel leistungsfähiger sind als Intel mit seinem Westmere. Die AMD Llano waren diese Prozessoren, basierend auf der K8L-Architektur des vorherigen Phenom und natürlich mit den gleichen Einschränkungen.

Aus diesem Grund hat AMD seine Architektur in den neuen Bulldozern neu gestaltet, obwohl die Ergebnisse im Vergleich zum Intel Core recht schlecht waren. Es war kein Vorteil, mehr als 4 Kerne zu haben, da die Software der damaligen Zeit in ihrem Multithreading-Management noch sehr umweltfreundlich war. Sie verwendeten einen 32-nm-Herstellungsprozess mit gemeinsam genutzten L1- und L2-Cache-Ressourcen.

Nachdem AMD mit der vorherigen Architektur gescheitert war, revolutionierte Jim Keller, der Schöpfer der K8-Architektur, die Marke erneut mit der sogenannten Zen- oder Summit Ridge-Architektur. Die Transistoren gingen genau wie Intel auf 14 nm zurück und wurden viel leistungsfähiger und mit einem höheren ICP als die schwachen Bulldozer.

Einige der bekanntesten Technologien dieser neuen Prozessoren waren: der AMD Precision Boost, der die Spannung und Frequenz der CPUs automatisch erhöhte. Oder XFR-Technologie, bei der alle Ryzen mit freigeschaltetem Multiplikator übertaktet werden. Diese CPUs wurden auf dem PGA AM4-Sockel montiert, der bis heute andauert.

Tatsächlich war die Entwicklung dieser Zen-Architektur Zen +, bei der AMD Intel durch die Implementierung von 12-nm-Transistoren weiterentwickelte. Diese Prozessoren erhöhten ihre Leistung mit höheren Frequenzen bei geringerem Verbrauch. Dank eines internen Infinity Fabric- Busses wurde die Latenz zwischen CPU- und RAM-Transaktionen erheblich verbessert, um fast direkt mit Intel zu konkurrieren.

Aktuelle Intel- und AMD-Prozessoren

Wir kommen dann bis heute, um uns auf die Architekturen zu konzentrieren, an denen beide Hersteller arbeiten. Wir sagen nicht, dass es obligatorisch ist, eines davon zu kaufen, aber es ist sicherlich die Gegenwart und auch die nahe Zukunft eines jeden Benutzers, der einen aktualisierten Gaming-PC montieren möchte.

Intel Coffee Lake und Eintritt bei 10nm

Intel ist derzeit in der 9. Generation von Desktop-, Laptop- und Workstation- Prozessoren. Sowohl die 8. (Coffee Lake) als auch die 9. Generation (Coffee Lake Refresh) werden mit 14-nm-Transistoren und einem LGA 1151-Sockel fortgesetzt, obwohl sie nicht mit früheren Generationen kompatibel sind.

Diese Generation erhöht die Anzahl der Kerne für jede Familie um 2 und verfügt nun über einen 4-Kern-i3 anstelle von 2, einen 6-Kern-i5 und einen 8-Kern-i7. Die Anzahl der PCIe 3.0-Spuren steigt auf 24 und unterstützt bis zu 6 3.1-Ports sowie 128 GB DDR4-RAM. Die HyperThreading-Technologie wurde nur auf i9-Prozessoren wie Hochleistungs-8-Core-, 16-Thread- Prozessoren und Notebook-Prozessoren aktiviert .

In dieser Generation gibt es auch den Intel Pentium Gold G5000, der auf Multimedia-Stationen mit 2 Kernen und 4 Threads ausgerichtet ist, und den Intel Celeron, den grundlegendsten mit zwei Kernen sowie für MiniPC und Multimedia. Alle Prozessoren dieser Generation haben UHD 630-Grafiken mit Ausnahme der F-Bezeichnung in ihrer Nomenklatur integriert.

In Bezug auf die 10. Generation gibt es nur wenige Bestätigungen, obwohl erwartet wird, dass die neuen Ice Lake-CPUs mit ihren Spezifikationen für Laptops und nicht mit denen für Desktops geliefert werden. Die Daten besagen, dass der CPI pro Kern im Vergleich zu Skylake um bis zu 18% erhöht wird. Es wird insgesamt 6 neue Untergruppen von Anweisungen geben, die mit KI- und Deep-Learning-Techniken kompatibel sind. Die integrierte GPU reicht bis zur 11. Generation und kann Inhalte in 4K bei 120 Hz streamen. Schließlich werden wir Unterstützung mit Wi-Fi 6 und RAM-Speicher von bis zu 3200 MHz integriert haben.

AMD Ryzen 3000 und die bereits geplante Zen 3-Architektur

AMD hat 2019 die Zen 2- oder Matisse-Architektur auf den Markt gebracht und Intel nicht nur im Herstellungsprozess, sondern auch in der reinen Leistung seiner Desktop-Prozessoren weiterentwickelt. Die neuen Ryzen basieren auf 7-nm- TSMC-Transistoren und zählen von 4 Ryzen 3- Kernen bis 16 Ryzen 9 9350X-Kernen. Sie alle implementieren die AMD SMT-Multithreading-Technologie und haben ihren Multiplikator freigeschaltet. Das ABBA BIOS-Update AGESA 1.0.0.3 wurde kürzlich veröffentlicht, um die Probleme zu beheben, die diese Prozessoren haben, um ihre maximale Lagerfrequenz zu erreichen.

Ihre Innovationen kommen nicht nur hier an, da sie den neuen PCI Express 4.0- und Wi-Fi 6-Standard unterstützen, nämlich CPUs mit bis zu 24 PCIe-Lanes. Der durchschnittliche ICP-Anstieg gegenüber Zen + betrug 13% dank einer höheren Grundfrequenz und Verbesserungen im Infinty Fabric-Bus. Diese Architektur basiert auf Chiplets oder physischen Blöcken, in denen 8 Kerne pro Einheit vorhanden sind, zusammen mit einem anderen Modul, das immer für den Speichercontroller vorhanden ist. Auf diese Weise deaktiviert oder aktiviert der Hersteller eine bestimmte Anzahl von Kernen, um seine verschiedenen Modelle zu bilden.

Im Jahr 2020 ist ein Update für Zen 3 in seinen Ryzen-Prozessoren geplant, mit dem der Hersteller die Effizienz und Leistung seines AMD Ryzen verbessern möchte. Es wurde behauptet, dass der Entwurf seiner Architektur bereits abgeschlossen ist und alles, was übrig bleibt, ist, grünes Licht zu geben, um den Produktionsprozess zu beginnen.

Sie werden wieder auf 7 nm basieren, erlauben aber bis zu 20% mehr Transistordichte als aktuelle Chips. Die EPYC-Reihe von WorkStation-Prozessoren wäre die erste, an der gearbeitet wird, mit Prozessoren, die 64 Kerne und 128 Verarbeitungsthreads haben könnten .

Teile, die wir über einen Prozessor wissen sollten

Nach diesem Fest der Informationen, das wir als optionale Lektüre hinterlassen und als Grundlage, um zu wissen, wo wir uns heute befinden, ist es Zeit, detaillierter auf die Konzepte einzugehen, die wir über einen Prozessor wissen sollten.

Zunächst werden wir versuchen, dem Benutzer die wichtigsten Strukturen und Elemente einer CPU zu erklären. Dies ist der Alltag für einen Benutzer, der mehr über diese Hardware erfahren möchte.

Die Kerne eines Prozessors

Die Kerne sind die informationsverarbeitenden Einheiten. Diese Elemente, die durch die Grundelemente der x86-Architektur gebildet werden, wie z. B. die Steuereinheit (UC), der Befehlsdecoder (DI), die Recheneinheit (ALU), die Gleitkommaeinheit (FPU) und der Befehlsstapel (PI).

Jeder dieser Kerne besteht aus genau den gleichen internen Komponenten, und jeder von ihnen kann in jedem Befehlszyklus eine Operation ausführen. Dieser Zyklus misst in Frequenz oder Hertz (Hz). Je mehr Hz, desto mehr Anweisungen können pro Sekunde ausgeführt werden, und je mehr Kerne, desto mehr Operationen können gleichzeitig ausgeführt werden.

Hersteller wie AMD implementieren diese Kerne heute modular in Siliziumblöcken, Chiplets oder CCX. Mit diesem System wird eine bessere Skalierbarkeit beim Aufbau eines Prozessors erreicht, da es darum geht, Chiplets mit 8 Kernen für jedes Element zu platzieren, bis die gewünschte Anzahl erreicht ist. Darüber hinaus ist es möglich, jeden Kern zu aktivieren oder zu deaktivieren, um die gewünschte Anzahl zu erreichen. Intel stopft immer noch alle Kerne in ein einziges Silizium.

Ist es falsch, alle Prozessorkerne zu aktivieren? Empfehlungen und wie man sie deaktiviert

Turbo Boost und Precision Boost Overdrive

Sie sind die Systeme, die Intel bzw. AMD verwenden, um die Spannung ihrer Prozessoren aktiv und intelligent zu steuern. Auf diese Weise können sie die Arbeitsfrequenz erhöhen, wenn es sich um ein automatisches Übertakten handelt, sodass die CPU bei einer großen Anzahl von Aufgaben eine bessere Leistung erbringt.

Dieses System hilft, den thermischen Wirkungsgrad und den Verbrauch aktueller Prozessoren zu verbessern oder deren Frequenz bei Bedarf variieren zu können.

Threads verarbeiten

Aber natürlich haben wir nicht nur Kerne, sondern auch Verarbeitungs-Threads. Normalerweise werden sie in den Spezifikationen als X Cores / X Threads oder direkt als XC / X T dargestellt. Beispielsweise verfügt ein Intel Core i9-9900K über 8C / 16T, während ein i5 9400 über 6C / 6T verfügt.

Der Begriff Thread stammt von Subprocess und ist nicht physisch Teil des Prozessors. Seine Funktionalität ist rein logisch und erfolgt über den Befehlssatz des betreffenden Prozessors.

Es kann als Datensteuerungsfluss eines Programms definiert werden (ein Programm besteht aus Anweisungen oder Prozessen), mit dem die Aufgaben eines Prozessors verwaltet werden können, indem sie in kleinere Teile unterteilt werden, die als Threads bezeichnet werden. Dies dient dazu, die Wartezeiten für jeden Befehl in der Prozesswarteschlange zu optimieren.

Lassen Sie es uns so verstehen: Es gibt Aufgaben, die schwieriger sind als andere, daher benötigt ein Kernel mehr oder weniger Zeit, um eine Aufgabe zu erledigen. Bei Threads wird diese Aufgabe in etwas Einfacheres unterteilt, sodass jedes Stück vom ersten freien Kern verarbeitet wird, den wir finden. Das Ergebnis ist immer, dass die Kerne ständig beschäftigt sind, damit es nicht zu Ausfallzeiten kommt.

Was sind die Threads eines Prozessors? Unterschiede zu Kernen

Multithreading-Technologien

Warum sehen wir in einigen Fällen, dass es die gleiche Anzahl von Kernen gibt wie Threads und in anderen nicht? Dies liegt an den Multithreading-Technologien, die Hersteller in ihren Prozessoren implementiert haben.

Wenn eine CPU doppelt so viele Threads wie Kerne hat, ist diese Technologie in ihr implementiert. Im Grunde ist es die Art und Weise, das Konzept, das wir zuvor gesehen haben, auszuführen, indem ein Kern in zwei Fäden oder "logische Kerne" aufgeteilt wird, um Aufgaben zu teilen. Diese Unterteilung erfolgt immer in zwei Threads pro Kern und nicht mehr. Nehmen wir an, es ist die aktuelle Grenze, mit der die Programme arbeiten können.

Intels Technologie heißt HyperThreading, während AMDs SMT (Simultaneous Multithreading) heißt. Aus praktischen Gründen funktionieren beide Technologien gleich, und in unserem Team können wir sie beispielsweise als echte Kerne betrachten, wenn wir ein Foto rendern. Ein Prozessor mit der gleichen Geschwindigkeit ist schneller, wenn er 8 physische Kerne hat, als wenn er 8 logische hat.

Was ist HyperThreading? Weitere Details

Ist der Cache wichtig?

In der Tat ist es das zweitwichtigste Element eines Prozessors. Der Cache-Speicher ist viel schneller als der RAM und direkt in den Prozessor integriert. Während ein 3600-MHz-DDR4-RAM beim Lesen 50.000 MB / s erreichen kann, kann ein L3-Cache 570 GB / s, ein L2 mit 790 GB / s und ein L1 mit 1600 GB / s erreichen. Völlig verrückte Zahlen, die im Ryzen 3000 Nävi aufgezeichnet wurden.

Dieser Speicher ist vom Typ SRAM (Static RAM), schnell und teuer, während der im RAM verwendete Speicher DRAM (Dynamic RAM) ist, langsam und billig, da er ständig ein Auffrischungssignal benötigt. Im Cache werden die Daten gespeichert, die sofort vom Prozessor verwendet werden sollen, wodurch die Wartezeit entfällt, wenn wir die Daten aus dem RAM entnehmen und die Verarbeitungszeit optimieren. Sowohl auf AMD- als auch auf Intel-Prozessoren gibt es drei Ebenen des Cache-Speichers:

• L1: Es ist dem CPU-Kern am nächsten, dem kleinsten und dem schnellsten. Bei Latenzen von weniger als 1 ns ist dieser Speicher derzeit in zwei Teile unterteilt, den L1I (Anweisungen) und den L1D (Daten). Sowohl im Intel Core der 9. Generation als auch im Ryzen 3000 sind sie jeweils 32 KB groß, und jeder Core hat seinen eigenen. Als nächstes kommt L2: L2 mit Latenzen um 3 ns wird auch jedem Kern unabhängig zugewiesen. Intel-CPUs haben 256 KB, Ryzen 512 KB. L3: Dies ist der größte Speicher der drei Kerne, und er wird in den Kernen in gemeinsamer Form zugewiesen, normalerweise in Gruppen von 4 Kernen.

Die Nordbrücke jetzt innerhalb der CPUs

Die Nordbrücke eines Prozessors oder Motherboards hat die Funktion , den RAM-Speicher mit der CPU zu verbinden. Derzeit implementieren beide Hersteller diesen Speichercontroller oder PCH (Platform Conroller Hub) in der CPU selbst, beispielsweise in einem separaten Silizium, wie dies bei CPUs auf der Basis von Chiplets der Fall ist.

Dies ist eine Möglichkeit, die Geschwindigkeit von Informationstransaktionen erheblich zu erhöhen und die vorhandenen Busse auf den Motherboards zu vereinfachen, wobei nur die Südbrücke übrig bleibt, die als Chipsatz bezeichnet wird. Dieser Chipsatz dient zum Weiterleiten von Daten von Festplatten, Peripheriegeräten und einigen PCIe-Steckplätzen. Hochmoderne Desktop- und Laptop-Prozessoren können bis zu 128 GB Dual-Channel-RAM mit einer nativen Rate von 3200 MHz (4800 MHz mit JEDEC-Profilen mit aktiviertem XMP) routen. Dieser Bus teilt sich in zwei Teile:

• Datenbus: Er enthält die Daten und Anweisungen der Programme. Adressbus: Die Adressen der Zellen, in denen die Daten gespeichert sind, zirkulieren durch ihn.

Zusätzlich zum Speichercontroller selbst müssen die Kerne einen anderen Bus verwenden, um miteinander und mit dem Cache-Speicher zu kommunizieren, der als BSB oder Back-Side-Bus bezeichnet wird. Derjenige, den AMD in seiner Zen 2-Architektur verwendet, heißt Infinity Fabric Das Gerät kann mit 5100 MHz arbeiten, während Intel als Intel Ring Bus bezeichnet wird.

Was ist der L1-, L2- und L3-Cache und wie funktioniert er?

IGP oder integrierte Grafik

Ein weiteres Element, das sehr wichtig ist, nicht so sehr bei den auf Spiele ausgerichteten Prozessoren, sondern bei den weniger leistungsstarken, sind die integrierten Grafiken. Die meisten vorhandenen Prozessoren verfügen heute über eine Reihe von Kernen, die ausschließlich mit Grafiken und Texturen arbeiten sollen. Entweder Intel, AMD und andere Hersteller wie Qualcomm mit ihrem Adreno für Smartphones oder Realtek für Smart TV und NAS verfügen über solche Kerne. Wir nennen diesen Prozessortyp APU (Accelerated Processor Unit).

Der Grund ist einfach, diese harte Arbeit von den übrigen typischen Aufgaben eines Programms zu trennen, da sie viel schwerer und langsamer sind, wenn ein Bus mit höherer Kapazität, beispielsweise 128 Bit, in den APUs nicht verwendet wird. Wie normale Kerne können sie in Menge und Häufigkeit gemessen werden, mit der sie arbeiten. Sie haben aber auch eine andere Komponente wie die Schattierungseinheiten. Und andere Maßnahmen wie TMUs (Texturierungseinheiten) und ROPs (Rendering-Einheiten). Alle helfen uns dabei, die grafische Leistung des Sets zu ermitteln.

Die derzeit von Intel und AMD verwendeten IGPs lauten wie folgt:

• AMD Radeon RX Vega 11: Es ist die leistungsstärkste und am häufigsten verwendete Spezifikation in den Ryzen 5 2400- und 3400-Prozessoren der 1. und 2. Generation. Es handelt sich um insgesamt 11 Raven Ridge-Kerne mit GNC 5.0-Architektur, die mit maximal 1400 MHz arbeiten. Sie verfügen über maximal 704 Shader-Einheiten, 44 TMUs und 8 ROPs. AMD Radeon Vega 8: Es ist die niedrigere Spezifikation als die vorherigen, mit 8 Kernen und einer Frequenz von 1100 MHz mit 512 Schattierungseinheiten, 32 TMUs und 8 ROPs. Sie montieren sie auf Ryzen 3 2200 und 3200. Intel Iris Plus 655: Diese integrierten Grafiken sind in Intel Core-Prozessoren der 8. Generation der U-Reihe (geringer Verbrauch) für Laptops implementiert und können mit 384 1150 MHz erreichen Beschattungseinheiten, 48 TMUs und 6 ROPs. Die Leistung ist ähnlich wie bei den vorherigen. Intel UHD Graphic 630/620 - Dies sind die Grafiken, die in alle Desktop-CPUs der 8. und 9. Generation integriert sind, die nicht das F in ihrem Namen tragen. Sie sind niedrigere Grafiken als die Vega 11, die mit 1200 MHz rendern, mit 192 Schattierungseinheiten, 24 TMUs und 3 ROPs.

Der Sockel eines Prozessors

Jetzt verlassen wir die Komponenten einer CPU, um zu sehen, wo wir sie anschließen sollen. Offensichtlich ist es der Sockel, ein großer Anschluss auf der Hauptplatine, der mit Hunderten von Pins versehen ist, die Kontakt mit der CPU aufnehmen, um Strom und Daten zum Prozess zu übertragen.

Wie üblich hat jeder Hersteller seine eigenen Steckdosen, und es gibt auch verschiedene Arten von Steckdosen:

• LGA: Land Grid Array, bei dem die Pins direkt im Sockel der Platine installiert sind und die CPU nur die flachen Kontakte hat. Es ermöglicht eine höhere Verbindungsdichte und wird von Intel verwendet. Die aktuellen Sockel sind der LGA 1151 für Desktop-CPUs und der LGA 2066 für Workstation-orientierte CPUs. Es wird auch von AMD für seine auf TR4 lautenden Threadripper verwendet. PGA: Pin Grid Array, genau das Gegenteil, jetzt befinden sich die Pins auf der CPU selbst und der Sockel hat Löcher. Es wird immer noch von AMD für alle seine Desktop-Ryzen mit dem Namen BGA: Ball Grid Array verwendet. Im Grunde ist es ein Sockel, in den der Prozessor direkt eingelötet ist. Es wird in Laptops der neuen Generation von AMD und Intel verwendet.

Kühlkörper und IHS

Der IHS (Integrated Heat Spreader) ist das Paket mit einem Prozessor an der Spitze. Grundsätzlich handelt es sich um eine quadratische Platte aus Aluminium, die auf das Substrat oder die Leiterplatte der CPU und damit auf die Matrize oder das interne Silizium geklebt wird. Seine Funktion besteht darin, Wärme von diesen auf den Kühlkörper zu übertragen und auch als Schutzabdeckung zu fungieren. Sie können direkt mit dem DIE verschweißt oder mit Wärmeleitpaste verklebt werden.

Prozessoren sind Elemente, die mit sehr hoher Frequenz arbeiten. Daher benötigen sie einen Kühlkörper, der diese Wärme aufnimmt und mithilfe eines oder zweier Lüfter an die Umgebung abgibt. Die meisten CPUs haben eine mehr oder weniger schlechte Bestandssenke, obwohl die besten von AMD stammen. Tatsächlich haben wir Modelle, die auf der CPU-Leistung basieren:

• Wrait Stealth: Das kleinste, obwohl immer noch größer als Intel, für Ryzen 3 und 5 ohne Bezeichnung X Intel: Es hat keinen Namen und es ist ein kleiner Aluminiumkühlkörper mit einem sehr lauten Lüfter, der in fast allen Prozessoren außer enthalten ist der i9. Dieser Kühlkörper ist seit dem Core 2 Duo unverändert geblieben. Wraith Spire - Mittel, mit einem höheren Aluminiumblock und einem 85-mm-Lüfter. Für Ryzen 5 und 7 mit X-Bezeichnung. Wickelprisma: Das überlegene Modell, das einen zweistufigen Block und Kupfer-Heatpipes enthält, um die Leistung zu steigern. Es wird von den Ryzen 7 2700X und 9 3900X und 3950X gebracht. Wraith Ripper: Es ist eine Turmspüle von Cooler Master für Threadripper.

Prozessorkühlkörper: Was sind sie? Tipps und Empfehlungen

Darüber hinaus gibt es viele Hersteller, die ihre eigenen Modelle haben, die mit den Sockeln kompatibel sind, die wir gesehen haben. In ähnlicher Weise verfügen wir über Flüssigkeitskühlsysteme, die Turmkühlkörpern eine überlegene Leistung bieten. Für High-End-Prozessoren empfehlen wir die Verwendung eines dieser 240-mm- (zwei Lüfter) oder 360-mm- (drei Lüfter) Systeme.

Wichtigste Konzepte einer CPU

Lassen Sie uns nun andere Konzepte sehen, die sich auch auf den Prozessor beziehen und für den Benutzer wichtig sind. Es geht nicht um interne Strukturen, sondern um Technologien oder Verfahren, die in ihnen ausgeführt werden, um ihre Leistung zu messen oder zu verbessern.

So messen Sie die Leistung: Was ist ein Benchmark?

Wenn wir einen neuen Prozessor kaufen, möchten wir immer sehen, wie weit er gehen kann, und können ihn mit anderen Prozessoren oder sogar mit anderen Benutzern kaufen. Diese Tests werden als Benchmarks bezeichnet und sind Stresstests, denen ein Prozessor unterzogen wird, um basierend auf seiner Leistung eine bestimmte Bewertung abzugeben.

Es gibt Programme wie Cinebench (Rendering-Score), wPrime (Zeit zum Ausführen einer Aufgabe), das Blender-Designprogramm (Rendering-Zeit), 3DMark (Spieleleistung) usw., die für die Durchführung dieser Tests verantwortlich sind, damit wir sie vergleichen können andere Prozessoren über eine im Netzwerk veröffentlichte Liste. Fast alle von ihnen geben ihre eigene Punktzahl an, die anhand von Faktoren berechnet wird, die nur dieses Programm hat. Daher konnten wir keine Cinebench-Punktzahl mit einer 3DMark-Punktzahl kaufen.

Die Temperaturen sind immer unter Kontrolle, um eine thermische Drosselung zu vermeiden

Es gibt auch Konzepte in Bezug auf Temperaturen, die jeder Benutzer kennen sollte, insbesondere wenn er über einen teuren und leistungsstarken Prozessor verfügt. Im Internet gibt es viele Programme, mit denen die Temperatur nicht nur der CPU, sondern auch vieler anderer Komponenten gemessen werden kann, die mit Sensoren ausgestattet sind. Ein sehr empfehlenswertes wird HWiNFO sein.

Bezogen auf die Temperatur ist die thermische Drosselung. Es ist ein automatisches Schutzsystem, bei dem CPUs die zugeführte Spannung und Leistung verringern müssen, wenn die Temperaturen ihr maximal zulässiges Maß erreichen. Auf diese Weise senken wir die Arbeitsfrequenz und auch die Temperatur und stabilisieren den Chip so, dass er nicht verbrennt.

Aber auch die Hersteller selbst bieten Daten über die Temperaturen ihrer Prozessoren an, sodass wir einige davon finden können:

• TjMax: Dieser Begriff bezieht sich auf die maximale Temperatur, die ein Prozessor in seiner Matrix, dh in seinen Prozessorkernen, aushalten kann. Wenn sich eine CPU diesen Temperaturen nähert, umgeht sie automatisch den oben genannten Schutz, wodurch die CPU-Spannung und -Leistung verringert werden. Tdie-, Tjunction- oder Junction-Temperatur: Diese Temperatur wird in Echtzeit von Sensoren gemessen, die sich in den Kernen befinden. Es wird TjMax niemals überschreiten, da das Schutzsystem früher wirkt. TCase: Es ist die Temperatur, die im IHS des Prozessors gemessen wird, dh in seiner Kapselung, die sich immer von der unterscheidet, die in einem CPU- Kernpaket angegeben ist: Es ist ein Durchschnitt der Tunion-Temperatur aller Kerne von die CPU

Delidding

Das Delid oder Delidding ist eine Praxis, die durchgeführt wird, um die Temperaturen der CPU zu verbessern. Es besteht darin , das IHS aus dem Prozessor zu entfernen, um das unterschiedliche installierte Silizium freizulegen. Und wenn es nicht möglich ist, es zu entfernen, weil es geschweißt ist, werden wir seine Oberfläche maximal polieren. Dies geschieht , um die Wärmeübertragung so weit wie möglich zu verbessern, indem Flüssigmetall-Wärmeleitpaste direkt auf diese DIEs aufgetragen und der Kühlkörper darauf platziert wird.

Was gewinnen wir dadurch? Nun, wir eliminieren oder nehmen die zusätzliche Dicke, die das IHS uns gibt, auf den minimalen Ausdruck, so dass die Wärme ohne Zwischenschritte direkt auf den Kühlkörper gelangt. Sowohl die Paste als auch das IHS sind Elemente mit Hitzebeständigkeit. Wenn Sie sie entfernen und flüssiges Metall einbringen, können Sie die Temperaturen durch Übertakten auf 20 ° C senken. In einigen Fällen ist dies keine leichte Aufgabe, da das IHS direkt mit dem DIE verschweißt ist. Es gibt also keine andere Möglichkeit, als es zu schleifen, anstatt es abzunehmen.

Die nächste Stufe wäre die Platzierung eines Flüssigstickstoff-Kühlsystems, das nur für Laboreinstellungen reserviert ist. Obwohl wir unser System natürlich immer mit einem Kühlschrankmotor erstellen können, der Helium oder Derivate enthält.

Übertakten und Unterspannen am Prozessor

In engem Zusammenhang mit dem Obigen steht das Übertakten, eine Technik, bei der die CPU-Spannung erhöht und der Multiplikator modifiziert wird, um seine Betriebsfrequenz zu erhöhen. Es handelt sich jedoch nicht um Frequenzen, die in den Spezifikationen wie dem Turbomodus enthalten sind, sondern um Register, die die vom Hersteller festgelegten überschreiten. Es geht niemandem verloren, dass dies ein Risiko für die Stabilität und Integrität des Prozessors darstellt.

Zum Übertakten benötigen wir zuerst eine CPU mit freigeschaltetem Multiplikator und dann ein Chipsatz-Motherboard, das diese Art von Aktion ermöglicht. Alle AMD Ryzen sind anfällig für Übertaktung, ebenso wie Intel-Prozessoren mit K-Namen. Ebenso unterstützen AMD B450-, X470- und X570-Chipsätze diese Vorgehensweise, ebenso wie die Intel X- und Z-Serien.

Das Übertakten kann auch durch Erhöhen der Frequenz des Basistakts oder des BCLK erfolgen. Es ist die Hauptuhr des Motherboards, die praktisch alle Komponenten wie CPU, RAM, PCIe und Chipsatz steuert. Wenn wir diesen Takt erhöhen, erhöhen wir die Frequenz anderer Komponenten, bei denen der Multiplikator sogar gesperrt ist, obwohl er noch mehr Risiken birgt und eine sehr instabile Methode ist.

Das Unterspannen ist dagegen genau das Gegenteil: Es senkt die Spannung, um zu verhindern, dass ein Prozessor thermisch drosselt. Dies wird bei Laptops oder Grafikkarten mit ineffektiven Kühlsystemen angewendet.

Die besten Prozessoren für Desktop, Gaming und Workstation

Ein Verweis auf unseren Leitfaden mit den besten Prozessoren auf dem Markt darf in diesem Artikel nicht fehlen . Darin platzieren wir die Intel- und AMD-Modelle, die wir in den verschiedenen vorhandenen Bereichen als am besten erachten. Nicht nur Spiele, sondern auch Multimedia-Geräte und sogar Workstation. Wir halten es immer auf dem neuesten Stand und mit direkten Kauflinks.

Fazit zum Prozessor

Sie können sich nicht beschweren, dass dieser Artikel nichts lernt, da wir die Geschichte der beiden Haupthersteller und ihrer Architekturen ziemlich vollständig durchgesehen haben. Darüber hinaus haben wir die verschiedenen Teile einer CPU überprüft, die wichtig sind, um sie außen und innen zu kennen, sowie einige wichtige Konzepte, die von der Community häufig verwendet werden.

Wir laden Sie ein, in die Kommentare andere wichtige Konzepte einzutragen, die wir übersehen haben und die Sie für diesen Artikel als wichtig erachten. Wir versuchen immer, diese Artikel von besonderer Bedeutung für die Community, die gerade gestartet wird, so weit wie möglich zu verbessern.