Ende 2008 gab es mit der Core i7-900 Serie mit 45-nm-Nehalem-Architektur erstmals von Intel Desktop-CPUs mit integrierten Speicher-Controllern. Anfang 2010 erfolgte die Reduzierung der Strukturbreite von 45 auf 32 nm mit der sogenannten Westmere-Architektur. Die entsprechenden CPUs Core i3-500 und Core i5-600 erhielten im Prozessorgehäuse auf einem separaten Siliziumplättchen gleich noch eine Grafik-Engine spendiert. Ohne Grafik, aber mit sechs Kernen und 32-nm-Westmere, kam noch der Core i7-980X Extreme hinzu.
Jetzt gibt es mit "Sandy Bridge" wieder eine neue Prozessorarchitektur, die Strukturbreite verharrt aber auf 32 nm. Intel spricht bei Sandy Bridge von der zweiten Generation der Intel Core CPUs. Verdeutlichen will Intel seine neue Prozessor-Generation durch eine "2" in der Modellnummer. Entsprechend heißen die jetzt vorgestellten Sandy-Bridge-Desktop-CPUs Core i5-2500K sowie Core i7-2600K. Die Unterschiede sowie die komplette neue Modellpalette erläutern wir detailliert auf den nächsten Seiten.
Die auffälligste Neuerung von Sandy Bridge ist die Integration der CPU-Kerne und der Grafik-Engine auf einem gemeinsamen Siliziumplättchen. So warten die neuen Prozessoren mit einer sogenannten Ring-Architektur auf, bei der die einzelnen Cores und die Grafik-Engine an den gemeinsamen Last-Level-Cache (LLC) angebunden sind. In einem unidirektionalen Ringbus im LLC lassen sich die Daten transportieren und gemeinsam nutzen.
Doch was wäre bei Intel eine neue CPU-Architektur ohne neuen Befehlssatz… Hier wartet Sandy Bridge mit den "Advanced Vector Extensions" AVX auf. Außerdem soll Turbo 2.0 für noch mehr Performance sorgen - nicht nur bei den CPU-Kernen, auch bei der Grafik-Engine. Viel zusätzlicher Architekturfeinschliff rundet die Neuerungen von Intels zweiter Core-CPU-Generation ab.
Die beiden getesteten Quad-Core-CPUs Core i5-2500K und Core i7-2600K sind für zirka 210 beziehungsweise 310 Euro erhältlich. Selbst deutlich teurere Prozessoren wie der sechskernige Core i7-980X Extreme verlieren meist den Anschluss.
Sandy Bridge: Neue Features im Detail
Intels Desktop-Prozessoren auf Basis der Sandy-Bridge-Architektur gibt es zum Start mit zwei (Core i3-2xxx) und vier Kernen (Core i5-2xxx und Core i7-2xxx). Bis auf die Serie Core i5-2xxx beherrschen die Prozessoren zusätzlich noch Hyper-Threading. Alle neuen Prozessoren besitzen dabei stets die auf dem gleichen 32-nm-Siliziumplättchen integrierte Grafik-Engine.
Der evolutionäre Schritt von Westmere auf Sandy Bridge lässt neben vielen Architektur-Features auch die Größen der ersten beiden Cache-Stufen unverändert. Jedem Kern steht somit 64 KByte L1-Cache, aufgesplittet in je 32 KByte für Daten und Befehle, sowie ein 256 KByte fassender L2-Cache zur Verfügung. Der von den zwei oder vier Prozessorkernen sowie der Grafik-Engine gemeinsam genutzt L3-Cache (Last Level Cache) besitzt eine Größe von 3, 6 oder 8 MByte - je nach Modell.
Der Speicher-Controller ist wie schon bei den Nehalem- und Westmere-Prozessoren ebenfalls wieder auf dem Prozessor integriert. Allerdings setzt die Desktop-Variante von Sandy Bridge auf den neuen Sockel 1155. Dabei werden aber wieder zwei DDR3-Channels unterstützt. Die zum Start vorgestellten CPUs steuern die DIMMs mit maximal 1333 MHz an. Allerdings sind bereits 1600 MHz in Planung.
Feinschliff erhielt Sandy Bridge auch bei den Registern und Buffer. Beispielsweise fasst Sandy Bridge nun 64 statt 48 Load Buffer Entries. Außerdem kann die neue Architektur im Vergleich zum Vorgänger nun 16 statt 8 Fließkomma-Operation (einfache Genauigkeit) gleichzeitig bearbeiten.
SSE4-Nachfolger: Befehlssatz AVX
Sandy-Bridge-Prozessoren erhalten erstmals auch den neuen Befehlssatz "Advanced Vector Extensions" AVX. AVX ist für Intel der nächste großen Schritt seiner Befehlssatzerweiterungen. AVX-Prozessoren sollen Floating-Point-Anwendungen sowie Multimedia-Applikationen in der Peak-Performance um den Faktor zwei beschleunigen können. Dabei bleiben AVX-CPUs kompatibel zu den bisherigen Befehlssätzen wie beispielsweise SSE4.
Ein Hauptmerkmal von AVX ist die Verdoppelung der Vector-Registerbreite von 128 auf 256 Bit. Ein erweitertes Daten-Re-Arrangement organisiert zudem nur benötigte Daten und greift auf diese schneller und effizienter zu. Außerdem gibt es mit AVX einen 3- und 4-Operanden-Syntax. Normale 128-Bit-SSE-Befehle könnten wegen der notwendigen Maskierung in der AVX-Unit allerdings etwas langsamer ausgeführt werden.
Die AVX-Funktionalität lässt sich unter Windows 7 und Windows Server 2008 R2 bisher nicht nutzen. Wie Intel angibt, sind die kommenden Service Pack 1 zwingende Vorraussetzung für die Verwendung der AVX-Befehle. Inzwischen gibt es bei Microsoft die Realease Candidates von SP1. Bei Linux wird der Kernel 2.6.30 als Vorraussetzung für die AVX-Nutzung genannt. Produktive AVX-Software ist zum Start der Sandy-Bridge-CPUs allerdings weder für Windows noch Linux verfügbar.
Laut Intels Angaben arbeitet Sandy Bridge durch AVX zirka 86 Prozent schneller als ein Core-Prozessor mit Nehalem-Architektur. Dieser Wert gilt für eine mit Intels Math Kernel Library MKL V10.3 hoch optimierten Linpack-Version. Bei einer Rendering-Demo von Intel arbeitet Sandy Bridge durch AVX ebenfalls zirka 87 Prozent schneller als ein vergleichbarer Westmere-Prozessor.
Turbo Boost Technologie 2.0
Intels Turbo Boost Technologie gibt es seit Ende 2008 mit den ersten Nehalem-basierenden CPUs der Core-i7-900-Serie. Turbo erhöht die Taktfrequenz einzelner Kerne, wenn nicht alle Cores voll ausgelastet sind. Dabei wird stets die spezifizierte TDP-Grenze der Prozessoren eingehalten. Besonders Single-Thread-Anwendungen profitieren deutlich von der Turbo-Technologie.
Sandy Bridge portiert nun die Turbo Technologie zum Erhöhen der Taktfrequenz einzelner CPU-Kerne auch auf die Grafikkerne. Die erweiterte Turbo Technologie 2.0 wählt automatisch und abhängig vom Workload, ob die Prozessorkerne oder die Grafik beschleunigt werden soll.
Turbo 2.0 von Sandy Bridge geht nun auch kurzzeitig auch über das TDP-Limit hinaus, um noch schneller auf Workloads reagieren zu können. Laut Intel kann bis zu 25 Sekunden über der TDP-Grenze gearbeitet werden, bevor der Prozessor aufgrund der erhöhten Temperatur die Taktfrequenz wieder reduziert. Bis der zusätzliche Turbo-Boost wieder voll genutzt werden kann, verstreicht sicherheitshalber zirka eine Minute - zum Reduzieren der Temperatur.
Je nach Modell erhöht Turbo 2.0 bei einem Single-Thread die Taktfrequenz für einen Kern zwischen 300 und 1000 MHz gegenüber dem Grundtakt. Selbst bei vier aktiven Kernen beim Quad-Core-Modell erhöht Turbo meist noch leicht die Taktfrequenz.
HD Graphics 2000/3000
Bei der integrierten Grafik von Sandy Bridge handelt es sich um die sechste Generation von Intels Engine. Beim Vorgänger, den Westmere-CPUs Core i3-500 und Core i5-600, ist die Grafik-Engine noch zusammen mit dem Speicher-Controller auf einem separaten Siliziumplättchen untergebracht. Sandy Bridge vereint die Grafik nun zusammen mit den CPU-Cores auf einem Die. Entscheidender für eine höhere Performance ist aber der direkte Zugriff der Grafik-Engine auf den gemeinsamen Last Level Cache. Somit fängt der Cache langsamere Speicherzugriffe sowohl von den CPU-Kernen als auch von der Grafik-Engine ab. Der Zugriff auf den Cache ergibt für die Grafik laut Intel einen 64-fach höheren Durchsatz als beim traditionellen Speicherzugriff.
Für die integrierte Grafik bei den Sandy-Bridge-Desktop-Prozessoren verwendet Intel die Bezeichnung HD Graphics 2000 und HD Graphics 3000. Die 2000er Version verfügt dabei über sechs Execution Units, der 3000er Variante stehen zwölf Ausführungseinheiten zur Verfügung. Bei seinen neuen Core-Prozessoren der zweiten Generation verbaut Intel je nach Modell sowohl die HD Graphics 2000 als auch die HD Graphics 3000.
Eine weitere wesentliche Neuerung der neuen Grafik-Engine der Sandy-Bridge CPUs ist Intels Quick Sync Technologie. Dabei wird das Video Processing nun Hardware-basierend von der Grafik-Engine erledigt. Beim Core i3-500 und Core i5-600 musste das Preprocessing und Encoding noch die Software erledigen.
Die Grafik-Engine der Sandy-Bridge-CPUs kann die Taktfrequenz durch Turbo 2.0 von 850 auf bis zu 1350 MHz erhöhen. Bei den Westmere-CPUs war die Taktfrequenz auf maximal 900 MHz festgelegt (keine Turbo-Funktion). Intels neue HD Graphics 2000/3000 beherrscht DirectX 10.1, OpenGL 3.0 sowie das Shader Model 4.1. Neu gegenüber der Vorgängergrafik ist auch die Unterstützung von HDMI v1.4 inklusive 3D.
Modellüberblick: Alle Core i3-2xxx, i5-2xxx, i7-2xxx
Zum Start der Sandy-Bridge-Architektur stellt Intel insgesamt 14 neue Desktop-Prozessoren vor. Die zusätzliche "2" in der vierstelligen Modellnummer kennzeichnet die neuen Modelle. Zusätzlich gibt es noch sogenannte "K", "S" und "T" Modelle. Bei den beiden K-Varianten Core i5-2500K und Core i7-2600K handelt es ich um Prozessoren mit frei wählbaren Multipliern, die besonders für experimentierfreudige Anwender interessant sind.
Die S-Modelle ähneln sehr den normalen Varianten, besitzen aber eine geringere Grundtaktfrequenz sowie einen niedrigeren TDP-Wert. Beispielsweise ist der Core i7-2600S mit einer Grundtaktfrequenz von 2,8 GHz und 3,8 GHz maximaler Turbo-Frequenz spezifiziert - bei einem TDP-Wert von 65 Watt. Der "normale" Core i7-2600 schafft im Turbo-Mode ebenfalls 3,8 GHz, hat aber 3,3 GHz Grundtaktfrequenz und 95 Watt TDP. Bei den T-Modellen handelt es sich um spezielle Low-Power-Varianten, die mit 35 und 45 Watt TDP spezifiziert sind.
Während alle Modelle der Serien Core i5-2xxx und Core i7-2xxx Quad-Core-CPUs sind (Ausnahme: Core i5-2390T), begnügt sich der Core i3-2xxx mit zwei Kernen. Über Hyper-Threading verfügen nur die Serien Core i3-2xxx und Core i7-2xxx. Weitere Unterschiede gibt es bei der Größe des L3-Cache: Der Core i3-2xxx besitzt 3 MByte, beim Core i5-2xxx sind es 6 MByte und die Serie Core i7-2xxx darf auf 8 MByte zurückgreifen.
Während der neue Befehlssatz AVX bei allen Sandy-Bridge-CPUs vorhanden ist, deaktiviert Intel beim Core i3-2xxx die AES-Instruktionen. AES wurde mit der 32-nm-Westmere-Architektur eingeführt. Die Instruktionen beschleunigen Applikationen, die die AES-Verschlüsselung verwenden.
In der folgenden Tabelle haben wir die Merkmale aller Core i3, i5 und i7-Desktop-Prozessoren der zweiten Generation zusammengefasst:
Modell |
Grundtaktfrequenz |
Turbo Mode CPU |
Turbo Mode Grafik |
Anzahl Kerne |
Hyper-Threading |
L2-Cache |
Last Level Cache |
TDP |
Speicher |
Grafik-Typ |
AES / AVX |
Strukturbreite |
Preis in US-Dollar |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Core i3-2100 |
3,1 GHz |
Nein |
1100 MHz |
2 |
ja |
2 x 256 KByte |
3 MByte |
65 Watt |
2Ch DDR3-1333 |
HD 2000 |
nein / ja |
32 nm |
117 |
Core i3-2100T |
2,5 GHz |
Nein |
1100 MHz |
2 |
ja |
2 x 256 KByte |
3 MByte |
35 Watt |
2Ch DDR3-1333 |
HD 2000 |
nein / ja |
32 nm |
k.A. |
Core i3-2120 |
3,3 GHz |
Nein |
1100 MHz |
2 |
ja |
2 x 256 KByte |
3 MByte |
65 Watt |
2Ch DDR3-1333 |
HD 2000 |
nein / ja |
32 nm |
138 |
Core i5-2300 |
2,8 GHz |
3,1 GHz |
1100 MHz |
4 |
nein |
4 x 256 KByte |
6 MByte |
95 Watt |
2Ch DDR3-1333 |
HD 2000 |
ja / ja |
32 nm |
177 |
Core i5-2390T |
2,7 GHz |
3,5 GHz |
1100 MHz |
2 |
ja |
2 x 256 KByte |
3 MByte |
35 Watt |
2Ch DDR3-1333 |
HD 2000 |
ja / ja |
32 nm |
k.A. |
Core i5-2400 |
3,1 GHz |
3,4 GHz |
1100 MHz |
4 |
nein |
4 x 256 KByte |
6 MByte |
95 Watt |
2Ch DDR3-1333 |
HD 2000 |
ja / ja |
32 nm |
184 |
Core i5-2400S |
2,5 GHz |
3,3 GHz |
1100 MHz |
4 |
nein |
4 x 256 KByte |
6 MByte |
65 Watt |
2Ch DDR3-1333 |
HD 2000 |
ja / ja |
32 nm |
k.A. |
Core i5-2500 |
3,3 GHz |
3,7 GHz |
1100 MHz |
4 |
nein |
4 x 256 KByte |
6 MByte |
95 Watt |
2Ch DDR3-1333 |
HD 2000 |
ja / ja |
32 nm |
205 |
Core i5-2500K |
3,3 GHz |
3,7 GHz |
1100 MHz |
4 |
nein |
4 x 256 KByte |
6 MByte |
95 Watt |
2Ch DDR3-1333 |
HD 3000 |
ja / ja |
32 nm |
216 |
Core i5-2500S |
2,7 GHz |
3,7 GHz |
1100 MHz |
4 |
nein |
4 x 256 KByte |
6 MByte |
65 Watt |
2Ch DDR3-1333 |
HD 2000 |
ja / ja |
32 nm |
k.A. |
Core i5-2500T |
2,3 GHz |
3,3 GHz |
1250 MHz |
4 |
nein |
4 x 256 KByte |
6 MByte |
45 Watt |
2Ch DDR3-1333 |
HD 2000 |
ja / ja |
32 nm |
k.A. |
Core i7-2600 |
3,4 GHz |
3,8 GHz |
1350 MHz |
4 |
ja |
4 x 256 KByte |
8 MByte |
95 Watt |
2Ch DDR3-1333 |
HD 2000 |
ja / ja |
32 nm |
294 |
Core i7-2600K |
3,4 GHz |
3,8 GHz |
1350 MHz |
4 |
ja |
4 x 256 KByte |
8 MByte |
95 Watt |
2Ch DDR3-1333 |
HD 3000 |
ja / ja |
32 nm |
317 |
Core i7-2600S |
2,8 GHz |
3,8 GHz |
1350 GHz |
4 |
ja |
4 x 256 KByte |
8 MByte |
65 Watt |
2Ch DDR3-1333 |
HD 2000 |
ja / ja |
32 nm |
k.A. |
Neue Plattform mit 6 Series Chipsatz
Die Sandy-Bridge-Desktop-Prozessoren nehmen im neuen Sockel LGA1155 Platz. Zusammen mit den CPUs bringt Intel auch die für Sandy Bridge notwendigen neuen Chipsätze der 6 Series auf den Markt.
Die insgesamt vier neuen Chipsätze Q67, B65, H67 und P67 sind für unterschiedliche Einsatzzwecke konzipiert. Die Varianten Q67 und B65 sind für den Business-PC vorgesehen. Im Gegensatz zu den Consumer-PC-Chipsätzen H67 und P67 besitzen der Q67/B65 aus Gründen der Kompatibilität neben PCI Express 2.0 zusätzlich die erste Generation der Schnittstelle. Als einziges Modell unterstützt der P67 nicht die integrierte Grafik der Sandy-Bridge-CPUs. P67-Mainboards verfügen somit auch über keinen Monitoranschluss. Dafür unterstützt der P67 Features für das Performance-Tuning der Core-K-Modelle.
Die Kommunikation zwischen dem Prozessor und dem Chipsatz erfolgt der 6 Series über ein DMI-Interface mit 5 GT/s. Bei der 6 Series unterstützt Intel jeweils sechs SATA-Ports. Zwei Schnittstellen sind dabei als SATA 6 Gbps ausgelegt. Bei der Variante B65 gibt es nur einen 6-Gbps-Port.
Intel bietet bei den neuen Chipsätzen 14 USB-2.0-Ports, verzichtet aber auf USB 3.0. Die Entscheidung ist wenig nachvollziehbar, weil selbst bei den eigenen neuen Mainboards wie dem DP67BG und DH67BL jeweils ein zusätzlicher USB-3.0-Chip von NEC sitzt.
Benchmark-Analyse
Geschwindigkeit: Die neuen Quad-Core-Prozessoren Core i5-2500K und Core i7-2600K setzen sich bei typischen Office-Anwendungen und im Alltagsbetrieb meist deutlich an die Spitze. Bei der Systemleistung, ermittelt mit SYSmark2007 arbeitet der Core i7-2600K nochmals zehn Prozent schneller als der bisherige und dreimal so teure Spitzenreiter Core i7-980X Extreme (Hexa-Core). Auch der nur etwas 200 Euro teure Core i5-2500K liegt nur minimal hinter 2600K. Das fehlende Hyper-Threading und 100 MHz geringer Taktfrequenz wirkt sich bei Szenarios, wo alle Kerne selten voll genutzt werden, kaum negativ aus.
Selbst bei multithread-optimierten Anwendungen ist der Core i7-2600K mit vier Kernen plus Hyper-Threading dem Hexa-Core-Prozessor (ebenfalls mit HT) Core i7-980X oft dicht auf den Fersen. Gegenüber dem Core i5-2500 (Quad-Core, kein HT) nutzt der 2600er sein zusätzliches Hyper-Threading (plus 100 MHz höherer Takt) mit bis zu 27 Prozent höherer Rechenleistung aus.
Vergleicht man den Core i7-2600K (3,4 GHz / Turbo 3,8 GHz / Quad-Core + HT) mit einem ähnlich ausgestatteten Nehalem-Prozessor Core i7-975 Extreme (3,33 GHz / Turbo 3,6 GHz / Quad-Core + HT), so arbeitet die neue Sandy-Bridge-CPU durch sein Architektur-Feintuning und Turbo 2.0 bei Single- und Multithread-Programmen zirka 13 bis 30 Prozent schneller. Dabei werden beim neuen Core i7-2600K weder AVX noch AES-NI genutzt.
Energieeffizienz: Die neuen Core-Prozessoren der zweiten Generation punkten wie schon die LGA1156-CPUs mit einer sehr geringen Energieaufnahme im Leerlauf. Unter Volllast zeigen sich die getesteten neuen 32-nm-Sandy-Bridge-CPUs mit 95 Watt TDP ähnlich sparsam wie bereits die 32-nm-Westmere-Prozessoren. Gegenüber den 45-nm-Nehalem-CPUs mit 95 Watt TDP (beispielsweise Core i5-760) gleich 20 bis 30 Watt sparsamer. Hervorzuheben ist dabei die zusätzlich deutlich höhere Performance.
3D-Performance: Grafik-Engines
Bei der HD Graphics 2000/3000 der Sandy-Bridge-CPUs handelt es sich um eine weiterentwickelte Version der beim Core i3-500 und Core i5-600 integrierten "HD Graphics". Während die Anzahl der Execution Units von 12 bei der HD Graphics 3000 (2000er besitzt 6 EUs) unverändert blieb, gibt es mehr Taktfrequenz und die direkte Anbindung an den Last Level Cache. Statt mit 900 MHz wie beim Core i5-661 arbeitet die Grafik-Engine beim Core i5-2500K durch Turbo 2.0 mit bis zu 1350 MHz (Basistakt 850 MHz).
Die 3D-Performance der Intel HD Graphics 3000 ist allerdings mit einer PCI-Express-Grafikkarte wie unserer verwendeten GeForce GTX285 schwer vergleichbar. Deshalb stellen wir der Intel HD Graphics 3000 zusätzlich die 3D-Performance der im Core i5-661 integrierten Grafik gegenüber:
Prozessor / Grafik |
Cryis 800x600 Low Quality |
Resident Evil 1280x1024 |
3DMark06 - Overall |
3DMark06 - SM2.0 |
3DMark06 - HDR3.0 |
---|---|---|---|---|---|
Core i5-661 / GeForce GTX285 |
131 fps |
90 fps |
17263 Punkte |
7792 Punkte |
8649 Punkte |
Core i5-661 / HD Graphics |
36 fps |
11 fps |
2025 Punkte |
617 Punkte |
809 Punkte |
Core -i5-2500K / GeForce GTX285 |
179 fps |
140 fps |
21405 Punkte |
9044 Punkte |
9299 Punkte |
Core -i5-2500K / HD Graphics 3000 |
60 fps |
20 fps |
4251 Punkte |
1385 Punkte |
1634 Punkte |
Die Grafik-Performance hat Intel beim Core i5-2500K gegenüber dem Core i5-661 zirka verdoppelt. Moderne 3D-Games erlauben trotzdem bei höheren Auflösungen und Details weiterhin kein vernünftiges Spielerlebnis.
Fazit
Intels neue Prozessoren der zweiten Core-Generation überzeugen auf Anhieb. Bis auf wenige Ausnahmen in optimierten Multithread-Anwendungen bieten die Quad-Core-CPUs Core i5-2500K und Core i7-2600K sogar mehr Performance als der drei- bis vierfach so teure Hexa-Core-Prozessor Core i7-980X Extreme.
Gegenüber einem bisherigen ähnlich teuren Quad-Core-Modell Core i7-870 ermöglicht der neue Core i7-2600K eine 20 Prozent höhere Systemleistung. Rendering und rechenintensive Simulationen erfolgen sogar 30 bis 50 Prozent schneller. Dabei gehen die 32-nm-Sandy-Bridge-CPUs sehr sparsam mit der Energie um.
Der zum neuen Core i5-2500K ähnliche teure Hexa-Core-Prozessor Phenom II X6 1090T bleibt in der überwiegenden Anzahl der Applikationen ebenfalls chancenlos - von AMDs günstigeren Quad-Core-Modellen ganz zu schweigen.
Bei der sehr überzeugenden Vorstellung der neuen Sandy-Bridge-Prozessoren gibt es stets die integrierte Intel HD Graphics 2000/3000 "gratis" dazu. Die 3D-Performance der integrierten Grafik-Engine hat sich zwar gegenüber dem Vorgänger verdoppelt, für moderne DirectX-Anwendungen ist sie allerdings weiterhin ungeeignet. Der Schwerpunkt der HD Graphics 2000/3000 liegt bei problemloser Darstellung und Abspielen von Full-HD-Videos sowie bei der beschleunigten Videobearbeitung. (cvi)