Richtiger Vergleich von CPU-Geschwindigkeiten

Die CPU (Central Processing Unit) ist die Recheneinheit eines PCs und hat einen entscheidenden Einfluss auf die Rechenleistung eines PCs. Die Performance eines Prozessors hängt dabei von einer Vielzahl an Faktoren ab. Im Wesentlichen wird die Performance einer CPU durch deren Anzahl an Kernen und Threads, der Taktfrequenz und dem Cache bestimmt. Je nach Art der Anwendung können diese Faktoren einen mehr oder weniger starken Einfluss auf die Performance der CPU haben. Um die Geschwindigkeit einer CPU richtig bewerten zu können, ist ein grundsätzliches Verständnis über die jeweiligen Faktoren notwendig.

Taktfrequenz:

Die Taktfrequenz ist die Geschwindigkeit, mit der ein Mikrochip oder eine CPU arbeitet. Sie wird in der Regel in Gigahertz (GHz) gemessen – also in Milliarden Zyklen pro Sekunde. Eine CPU mit 2.4 GHz arbeitet dementsprechend mit 2.4 Milliarden Zyklen pro Sekunde.
Moderne CPUs sind im Gegensatz zu ihren Vorgängern in der Lage, ihre Taktfrequenz entsprechend der gestellten Aufgabe intelligent zu steuern, so dass ihre Taktfrequenz auf minimaler und maximaler Ebene angegeben werden kann. Applikationen, bei denen eine große Menge an Daten linear (also nacheinander) verarbeitet werden muss, profitieren deshalb besonders von einer hohen Taktfrequenz.

Kerne (Cores):

Die Anzahl an Kernen beschreibt die Menge an eigenständigen Recheneinheiten einer CPU, die in der Lage sind, Aufgaben unabhängig voneinander und gleichzeitig zu bearbeiten. Diese Architektur wird unter dem Begriff Multi-Threading beschrieben. Während die ersten Prozessoren nur über einen Kern verfügten, sind moderne Server CPUs in ihrer höchsten Ausbaustufe mit bis zu 28 Kernen ausgestattet. Solche Prozessoren eignen sich besonders dann, wenn viele kleinere Rechenaufgaben parallel bearbeitet werden sollen.

Hyper-Threading:

Zusätzlich zum Multi-Threading können beim Hyper-Threading zwei parallele Befehlssätze pro Prozessorkern abgearbeitet werden. So verfügt beispielsweise ein leistungsstarker Intel Core-Prozessor der 8. Generation über sechs Kerne und 12 Threads und ist somit in der Lage, insgesamt 12 Befehlssätze parallel zu verarbeiten.

Cache:

Der CPU-Cache ist ein kleiner Speicher, der an der Recheneinheit angesiedelt ist. Im Cache werden häufig im Arbeitsspeicher nachgefragte Daten und Befehle zwischenspeichert und schnell zur Verfügung stellt. Ein größerer Cache sorgt dafür, dass ein Prozessor mehr Befehle ohne Wartezeit aus dem schnellen Cache laden kann, ohne auf den langsameren Arbeitsspeicher zuzugreifen. Prozessoren mit mehreren Kernen verfügen in der Regel über einen L1, L2 und L3 Cache.

• L1 Cache / First Level Cache
  Im kleinen L1 Cache werden die am häufigsten benötigten Befehle und Daten zwischengespeichert, um Zugriffe auf den langsameren Arbeitsspeicher zu reduzieren.
• L2 Cache / Second Level Cache
  Im größeren, aber langsameren L2 Cache werden die Daten aus dem Arbeitsspeicher (RAM) zwischengespeichert.
• L3 Cache / Third Level Cache
  Der L3 Cache hat die primäre Funktion, das Cache-Kohärenz-Protokoll (Datenabgleich der einzelnen Caches) und den Datenaustausch zwischen einzelnen Cores zu beschleunigen.

Verlustleistung:

Die Verlustleistung einer CPU wird international mit TDP (Thermal Design Profile) beschrieben und in Watt berechnet. Vereinfacht gesagt drückt sie die Hitze aus, die von einer CPU unter Last erzeugt wird. Je höher die TDP eines Prozessors, desto mehr Hitze wird im Inneren eines Rechners erzeugt und desto stärker muss das System gekühlt werden, um nicht zu überhitzen. Eine hohe Taktfrequenz, viele Kerne und Hyper-Threading je Kern sind allesamt Faktoren, die auf die Verlustleistung der CPU Einfluss haben.

Vergleich durch Benchmarking-Tools:

CPU Benchmarking-Tools eignen sich dazu, die Performance einer CPU anhand der oben genannten Faktoren auf eine einzelne Leistungskennzahl zu reduzieren und somit eine bessere Vergleichbarkeit zwischen unterschiedlichen CPU-Typen herzustellen. Dabei ist jedoch zu beachten, dass der angegebene Wert keine absolute Aussagekraft hat, denn die Performance eines Prozessors ist immer im Kontext der jeweiligen Anwendung zu betrachten. Wie oben beschrieben, kann eine CPU mit weniger Kernen und Threads, dafür aber einer hohen Taktfrequenz, in bestimmten Anwendungen eine bessere Performance als eine teure Server CPU mit vielen Kernen aber einer niedrigeren Taktfrequenz erzielen.