Wer braucht 64 Bit? Diese Frage wird im Enterprise-Computing gerne mit dem großen adressierbaren Speicherbereich beantwortet. Mit 32 Bit breiten Adressregistern ist ohne komplexes Segment-Offset-Management bei maximal vier GByte Arbeitsspeicher Schluss. Die Desktop-Version und die kleinen Server-Versionen von Windows XP arbeiten im vereinfachten Flat-Memory-Modell. Sie teilen die damit maximal möglichen 4 GByte auch noch in maximal 2 GByte für Anwendungen und den Rest für den Betriebssystem-Kernel auf.
Doch derzeit benötigt in seinem Desktop-Computer wohl niemand mehr als 2 GByte Arbeitsspeicher. Welchen Vorteil hat der "normale PC-User" aber dann von einem 64-Bit-Betriebssystem?
Neben dem größeren Adressbereich stehen im 64-Bit-Betrieb breitere Datenregister zur Verfügung. Pro Taktzyklus lässt sich somit die doppelte Datenmenge verarbeiten. Das Ganze hat aber einen Haken, der die Leistung auch nach unten drücken kann: Adresszeiger und native Datentypen wie Integer sind nun 64 Bit breit statt 32 Bit. Sie belegen somit doppelt so viel Speicher - effektiv finden dadurch nur noch halb so viele Daten im schnellen Prozessor-Cache Platz. Dafür erhöht sich bei CPUs wie Athlon 64, Opteron, Pentium 4 6xx sowie Xeon im 64-Bit-Betrieb die Anzahl der allgemeinen Register von 8 auf 16. Zumindest dies steigert bei angepassten Programmen aber auf jeden Fall die Geschwindigkeit.
Von Microsoft gibt es seit Ende April 2005 die finale Version von Windows XP x64 Edition. Die Anzahl von 64-Bit-Programmen für die x64-Edition ist zwar noch "überschaubar", steigt aber stetig. Entscheidend beim Einsatz eines neuen Betriebssystems ist auch die Performance bestehender 32-Bit-Anwendungen. Windows XP x64 Edition verwendet hierbei die WOW64-Technologie. Kostet dieses "Windows on Windows 64" Performance?
tecCHANNEL hat die finale Version von Windows XP x64 Edition ausführlich mit 32- und 64-Bit-Applikationen getestet. Wir zeigen in diesem Test, mit welchen Vor- und Nachteilen Sie rechnen können.
Benchmark-Vorbetrachtung
Microsofts Windows XP Professional x64 Edition stand uns als finale Build 3790.srv03_sp1_rtm.050324-1447 mit installiertem Service Pack 1 zur Verfügung. Zum Vergleich für die Performance-Tests dient die 32-Bit-Version Windows XP Professional SP2.
Alle Windows-Benchmarks haben wir mit einem Intel Pentium 4 660 und 1 GByte DDR2-533-SDRAM durchgeführt. Die CPU nahm in einem Intel Desktop-Board D925XECV2 mit 925XE-Chipsatz Platz. Der Grafikkarte MSI GeForce 6800 GT in der PCI-Express-x16-Variante stand der ForceWare-Treiber 71.84 als 32- und 64-Bit-Version zur Seite. DirectX 9c war in der 32- und 64-Bit-Version von Windows XP installiert.
Für die Performance-Analyse von 32-Bit-Applikationen unter Windows XP Professional x64 Edition nutzen wir die aus unseren CPU-Tests bekannten 32-Bit-Benchmarks. Die Tests führten wir mit beiden Windows-Versionen durch.
Applikationen, die uns sowohl in der 32- als 64-Bit-Version vorlagen, testeten wir unter Windows XP Professional x64 Edition. Die 32-Bit-Programme mussten ihr Leistungvermögen zusätzlich mit dem herkömmlichen Windows XP Professional unter Beweis stellen. Bei den einigen 64-Bit-Applikationen muss der Beta-Status beachtet werden. Die ermittelten Ergebnisse dürfen somit nur als Einschätzung der 64-Bit-Performance gelten. Finale Aussagen lassen sich nur mit den Serienversionen treffen. Zur Verifikation "ungewöhnlich guter oder schlechter" 64-Bit-Ergebnisse führten wir die Tests zusätzlich mit einem Athlon 64 4000+ auf einem nForce4-SLI-Mainboard durch.
32 Bit: 3DMark03
Wie schnell 32-Bit-Direct3D-Anwendungen unter Windows XP x64 laufen, ermitteln wir unter anderem mit 3DMark03 von Futuremark. Durch die umfangreichen 3D-Tests bietet der Benchmark einen guten Anhaltspunkt für die Leistungsfähigkeit der DirectX-Implementierungen.
Die 3D-Tests von 3DMark03 setzen sich aus vier Szenen zusammen: "Wings of Fury" setzt auf DirectX 7 und repräsentiert Lowend-Grafikanwendungen. Die beiden Tests "Alpha Squadron" und "Troll's Lair" nutzen DirectX-8-Features und sind auf Mainstream-Grafikkarten zugeschnitten. Der Test "Nature II" setzt DirectX 9 voraus und soll Highend-Grafikkarten ausreizen. Der AGP- und der Speicherbus werden beim 3DMark03 durch große Mengen an Texturen stark belastet.
32 Bit: 3DMark05
Mit dem 3DMark05 präsentiert Futuremark den Nachfolger der 3DMark03-Benchmark-Suite. Die neue 32-Bit-Version benötigt DirectX-9.0-kompatible Grafikkarten mit Support von Pixel Shader 2.0 oder höher. Der Test zeigt, ob grafisch sehr komplexen Direct3D-Anwendungen sich unter Windows XP x64 Edition anders verhalten.
32 Bit: SPECviewperf 8.01
Die Leistungsfähigkeit von 32-Bit-OpenGL-Anwendungen unter Windows XP x64 Edition verifizieren wir mit dem SPECviewperf 8.0.1 der SPECopc. Das CAD-Paket beinhaltet sechs verschiedene Tests. Besonders die Anwendung Lightscape Viewset (light-07) nutzt die OpenGL-Beschleunigung der Grafikkarte voll aus. Das Lightscape Visualization System von Discreet Logic kombiniert proprietäre Radiosity-Algorithmen mit einem physikalisch basierenden Beleuchtungssystem.
Alle Einzelergebnisse des SPECviewperf 8.0.1 finden Sie in der Tabelle:
3dsmax -03 | catia -01 | ensight -01 | light -07 | maya -01 | proe -03 | sw -01 | ugs -04 | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Höhere Werte sind besser. | ||||||||
Windows XP | 23,3 | 13,9 | 13,6 | 11,7 | 28,6 | 19,0 | 16,3 | 4,9 |
Windows XP x64 | 22,7 | 13,3 | 13,5 | 11,1 | 28,5 | 18,7 | 16,3 | 4,9 |
32 Bit: Lightwave 3D 8.2
Das 3D-Programm Lightwave 3D in der 32-Bit-Version 8.2 von NewTek ist für den Pentium 4 optimiert. Laut NewTek betrifft das speziell den SSE2-Befehlssatz. Wir führen mit Lightwave jeweils einen "multi-threaded" Raytracing-Vorgang unter der 32- und 64-Bit-Windows-Version durch.
Die Grafikkartenleistung spielt in diesem Test keine Rolle, die Speicher-Performance eine verschwindende. Das Gros der Daten wird in den ersten beiden Cache-Stufen gehalten
32 Bit: SPECapc 3ds max 6
Discreet/Autodesk bietet die 3D-Modelling-, Animations- und Rendering-Software 3ds max als Version 6 an. Seit Juni 2004 gibt es von SPEC mit SPECapc for 3ds max 6 ein Tool zum Ermitteln der Leistungsfähigkeit dieser Software auf verschiedenen Hardware-Plattformen. SPECapc for 3dsmax 6 ermittelt die Performance anhand typischer und praxisrelevanter Workloads. Hierzu zählen Funktionen wie wireframe modeling, shading, texturing, lighting, blending, inverse kinematics, object creation, scene creation, particle tracing, animation und rendering.
Bei den Render-Vorgängen nutzt 3ds max 6 Multiprocessing und somit Intels Hyper-Threading-Technologie voll aus. Windows XP und Windows XP x64 Edition unterstützen Multiprocessing und nutzen das gleiche Thread-Handling.
32 Bit: CINEBENCH 2003
Mit dem CINEBENCH 2003 stellt Maxon die aktuelle Version des bekannten 32-Bit-Benchmark-Tools für Windows bereit. CINEBENCH 2003 basiert auf Cinema 4D Release 8 und führt wieder Shading- und Raytracing-Tests durch.
Der Raytracing-Test von CINEBENCH 2003 überprüft die Render-Leistung des Prozessors. Eine Szene "Daylight" wird mit Hilfe des Cinema-4D-Raytracers berechnet. Sie enthält 35 Lichtquellen, wovon 16 mit Shadowmaps behaftet sind und so genannte weiche Schatten werfen. Bei dem FPU-lastigen Test spielt die Leistungsfähigkeit der Grafikkarte eine untergeordnete Rolle.
Der Leistungstest OpenGL-HW von CINEBENCH 2003 führt zwei Animationen mit Hilfe der OpenGL-Beschleunigung der Grafikkarte aus. Die Animation "Pump Action" besteht aus 37.000 Polygonen in 1046 Objekten, in der zweiten Szene "Citygen" sind zwei Objekte mit insgesamt 70.000 Polygonen enthalten.
Beim Leistungstest OpenGL-SW übernimmt Cinema 4D zusätzlich die Berechnung der Beleuchtung.
64 Bit: Linpack 2.12
Der Linpack-Benchmark wurde in den 70er Jahren ursprünglich für Supercomputer entwickelt. Bis heute dient Linpack aber als verbreitetes Tool zum Ermitteln der Floating-Point-Performance von Highend-Computern. Das Ergebnis wird in Flops (Fließkomma-Operationen pro Sekunde) angegeben.
Linpack löst komplexe lineare Gleichungssysteme. Die Anzahl der Gleichungen lässt sich dabei stark erhöhen, um auch massiv parallel operierende Systeme unter Last zu setzen. Der Bedarf an Arbeitsspeicher wächst entsprechend mit. Die Speicherzuweisung erfolgt über eine Matrix-Berechnung. Size x LDA x 8 (Anzahl der Gleichungen x Input x 8 bit) ergibt den zu allokierenden Speicher.
Bei unseren Test löst Linpack 10.000 Gleichungssysteme. Damit benötigt der Benchmark zirka 760 MByte Arbeitsspeicher.
64 Bit: SciMark 2.0a
SciMark ist ein Floating-Point-Benchmark des National Institute of Standards and Technology. Der Benchmark ist ein verbreitetes Instrument zum Ermitteln der Prozessor-Performance. SciMark führt fünf verschiedene Berechnungen aus rechenintensiven wissenschaftlichen Bereichen durch: Fast Fourier Transformation, Laplace Transformation, Monte Carlo Integration, Matrix Multiplikation und LU-Faktorisierung. Bei jeder Berechnung gibt SciMark als Ergebnis die erreichten MFlops aus. Zusätzlich bildet der Benchmark einen Durchschnittswert.
SciMark 2.0a steht als Source-Code für ANSI C und Java zur Verfügung. Bei unseren Tests verwenden wir die Java-Version. Sun bietet seine Java 2 Platform Standard Edition 5.0 als Runtime Environment für Windows XP zum freien Download an. Für Windows XP x64 Edition gibt es die Version 5.0 bereits als Release Candidate.
Alle Einzelergebnisse von SciMark 2.0a finden Sie in der Tabelle:
FFT [MFlops] | Laplace [MFlops] | Monte Carlo [MFlops] | Matrix Mul. [MFlops] | LU [MFlops] | |
|---|---|---|---|---|---|
Höhere Werte sind besser | |||||
SciMark 32 Bit / WinXP | 33,2 | 442 | 23,1 | 183 | 381 |
SciMark 32 Bit / WinXP x64 | 34,4 | 440 | 23,1 | 181 | 381 |
SciMark 64 Bit / WinXP x64 | 40,7 | 766 | 28,4 | 405 | 197 |
Bis auf die LU-Faktorisierung sind im 64-Bit-Betrieb alle Berechnungen deutlich schneller. Bei der Multiplikation der 1000 x 1000 Matrix der LU-Faktorisierung bricht die Performance mit der 64-Bit-Java-Runtime-Engine fast auf die Hälfte ein. Im 32-Bit-Betrieb gibt es unter Windows XP und Windows XP x64 Edition kaum Unterschiede in der Performance.
64 Bit: Primordia-Simulation
Die Primordia-Simulation (Lateinisch: Uranfang, Atom) aus der Science-Mark-Benchmark-Suite berechnet die atomaren Umlaufbahnen jedes Elektrons für beliebige Elemente des Periodensystems. Für die Kalkulation verwendet Science Mark eine eingeschränkte Hartree-Fock-Methode. Als Ergebnis wird die Gesamtenergie der Elektronen eines Atoms ausgegeben.
Um die Leistungsfähigkeit der Prozessoren bei den komplexen Berechnungen einzuordnen, gibt Science Mark die benötigte Simulationszeit an. Die Benchmark-Suite gibt es in der Version 2.0 als 32- und 64-Bit-Variante.
64 Bit: Panorama Factory V3
Panorama Factory von Smoky City Design fügt überlappende digitale Bilder in ein großformatiges Panoramabild zusammen. Das Programm verwendet hierfür eine Vielzahl rechenintensiver Verfahren.
Die Version 3.3 von Panorama Factory ist als 32- und 64-Bit-Version verfügbar. In unserem Test fügt Panorama Factory 50 JPG-Bilder mit einer Auflösung von 1600 mal 1200 Bildpunkten zu einem Panorambild zusammen. Dabei benötigt das Programm einen Arbeitsspeicherbedarf von zirka 700 MByte.
64 Bit: POV-Ray 3.6.1
Das Raytracing-Programm POV-Ray ist ein frei erhältliches Open-Source-Tool zum kreieren von 3D-Grafiken. Den "Persistence of Vision Raytracer" gibt es in der Version 3.6.1 als 32- und 64-Bit-Variante.
Beim Überprüfen dieses Ergebnisses mit dem Athlon 64 4000+ zeigte sich ein umgekehrtes Bild. Die AMD64-CPU arbeitet mit der 64-Bit-Version zirka 26 Prozent schneller als im 32-Bit-Betrieb.
64 Bit: LAME 3.97a
LAME etablierte sich neben den Fraunhofer-Varianten zu den bekanntesten MP3-Codecs. Der LAME-Open-Source-Codec beherrscht eine variable und konstante Bitrate und erzeugt aus wav-Dateien entsprechende mp3-Files.
Das Israel Institute of Technology Technicon erstellte in einem LAME-Projekt 32- und 64-Bit-Versionen des MP3-Encoders - jeweils mit Microsoft und Intel-Compilern erstellt. Bei unseren Tests verwenden wir die Intel-kompilierten LAME-3.97-Alpha-Versionen.
64 Bit: Chronicles of Riddick
Das 3D-Spiel "The Chronicles of Riddick: Escape from Butcher Bay" von Starbreeze unterstützt bereits den 64-Bit-Betrieb. Nach der Installation lässt sich Riddick durch Wahl der entsprechenden Starbreeze-Engine im 32- oder 64-Bit-Mode starten.
Auch bei den minimalen und maximalen Frameraten sowie bei unterschiedlichen Auflösungen gibt es zwischen der 32- und 64-Bit-Version nur vernachlässigbare Abweichungen. Der 64-Bit-Betrieb soll 3D-Spielen aber auch zum Darstellen detailierterer Texturen dienen und für eine bessere visuelle Qualität sorgen. Subjektiv konnten wir bei Riddick allerdings keinen Unterschied zwischen der 32- und 64-Bit-Version feststellen.
Fazit
Nach umfangreichen Tests und Tüfteleien mit Microsofts Windows XP x64 Edition fällt unsere Empfehlung klar aus: Sparen Sie sich den frühen Umstieg auf die 64-Bit-Version und warten noch einige Quartale.
Doch zunächst zum Positiven: Vorhandene 32-Bit-Applikationen laufen ohne nennenswerte Geschwindigkeitseinbußen unter dem 64-Bit-Betriebssystem. Microsoft leistete mit der WOW64-Technologie gute Arbeit. Die getesteten 64-Bit-Applikationen können dagegen nur bedingt überzeugen. Teilweise erledigen sie ihren Job gleich schnell, manchmal sogar langsamer als die entsprechende 32-Bit-Version. Bei wissenschaftlichen Berechnungen ermöglicht der 64-Bit-Betrieb dafür größtenteils deutliche Performance-Steigerungen von 30 und mehr Prozent.
Bei einigen der getesteten 64-Bit-Programme handelt es sich noch um Beta-Versionen oder Release Candidates. Hier kann es also bis zu den finalen Releases noch Änderungen in der Leistungsfähigkeit geben. Aber endgültige Aussagen über den Vorteil von 64-Bit-Programmen "auf breiter Ebene" lassen sich erst treffen, wenn die großen Software-Häuser ihre Pakete als 64-Bit-Version vorstellen. So benötigt die Migration auf 64 Bit natürlich erst mal seine Zeit.
Ein definitiver Vorteil des 64-Bit-Betriebs ist der große Adressraum. Allerdings wird dieser zurzeit hauptsächlich im Enterprise-Computing und bei aufwendigen Simulationen benötigt. Dem Gros der Desktop-PCs genügt der 32 Bit breite Adressraum mit 4 GByte - beziehungsweise 2 GByte für Anwendungen - wohl noch einige Zeit.
Warum wir aber von einem frühen Umstieg auf Windows XP x64 Edition auch abraten, ist dessen mangelnde Hardware-Unterstützung. Natürlich hat das 64-Bit-Betriebssystem mit modernen "Mainstream-Komponenten" kein Problem. Je seltener und exotischer die Hardware, desto höher ist jedoch die Wahrscheinlichkeit von Fragezeichen im Geräte-Manager. Und besonders bei älterer Hardware werden die Hersteller wohl kaum Ressourcen einsetzen, dafür noch 64-Bit-Treiber zu programmieren.
Wer einen modernen Standard-PC besitzt, muss Hardware-Probleme zwar wenig fürchten. Doch die Probleme können mit der vorhandenen Software weiter gehen. Applikationen wie Virenscanner oder gar alte 16-Bit-Programme verweigern bei Windows XP x64 Edition den Dienst. Beispielsweise lässt sich auch Microsofts Visual Studio .NET 2002 nicht installieren. Neue Versionen sind erforderlich - und verteuern den Umstieg zusätzlich. (cvi)