CPUs - 17 Fragen und Antworten

Was ist eine Multicore-CPU?

von - 05.12.2011
Ein einfacher Prozessor hat nur einen Prozessorkern, bestehend aus Rechenwerk, Steuerwerk und Register. Ein Multicore-Prozessor hat zwei, drei, vier oder mehr Prozessorkerne . Rechenwerk, Steuerwerk und Register sind also mehrfach vorhanden. So kann ein Multicore-Prozessor mehrere Befehle simultan abarbeiten.
Quad-Core-CPU: In dieser Fotomontage sind die vier Prozessorkerne violett eingefärbt (Bild 4).
Quad-Core-CPU: In dieser Fotomontage sind die vier Prozessorkerne violett eingefärbt
Ein Quad-Core-Prozessor beispielsweise ist in der Lage, vier Additionen gleichzeitig zu lösen. Ein Prozessor mit nur einem Kern und gleicher Taktfrequenz braucht dafür etwa viermal so lange, da er die vier Additionen nacheinander abarbeitet.

Je mehr Kerne, desto schneller also der Prozessor?

Nein. Wie schnell ein Rechner mit Multicore-Prozessor ist, hängt von vielen Faktoren ab. Dazu zählen die Taktfrequenz der einzelnen Kerne, die Taktfrequenz des Arbeitsspeichers, die Art der ausgeführten Anwendung und auch, ob die Anwendung Multi-Threading beherrscht.

Was ist Multi-Threading?

Programme sind intern so strukturiert, dass sie alle Aufgaben immer in der gleichen Reihenfolge abarbeiten — Schritt für Schritt. Sie folgen quasi einem roten Faden, den die Programmierer festgelegt haben. Das Problem: Der Faden lässt sich nur an einem Ende aufnehmen und bis zum anderen Ende durcharbeiten. Er lässt sich also nur von einem einzigen Prozessorkern bearbeiten. Eventuell weitere vorhandene Prozessorkerne wären dann untätig und der Vorteil eines Multicore-Prozessors damit also hinfällig.
Die Lösung lautet Multi-Threading, was so viel bedeutet wie mehrfädig. Die Programmierer teilen also alle Programmschritte so auf, dass sich mehrere rote Fäden ergeben. Jeder verfügbare Prozessorkern kann dann jeweils einen Faden aufnehmen und abarbeiten. Im Idealfall sind so alle Prozessorkerne gleichmäßig ausgelastet. In einer Multicore-Umgebung arbeitet also ein für Multicore-Systeme optimiertes Programm schneller. Ein nicht optimiertes Programm profitiert hingegen nicht.

Hat Hyper-Threading etwas mit Multi-Threading zu tun?

Pentium 4: Die mittlerweile veralteten Pentium-4-CPUs von Intel sind mit dem Kürzel HT (Hyper-Threading) gekennzeichnet (Bild 5).
Pentium 4: Die mittlerweile veralteten Pentium-4-CPUs von Intel sind mit dem Kürzel HT (Hyper-Threading) gekennzeichnet
Nein. Hyper-Threading kommt nur in CPUs von Intel zum Einsatz, etwa der Pentium-4-, Atom- oder Core-i-Serie. Sowohl Single- als auch Multicore-CPUs beherrschen Hyper-Threading .
Hyper-Threading nutzt den Prozessor besser aus: Es verwendet Pausen, die bei der Abarbeitung eines Fadens entstehen, und zieht kurzzeitig einen anderen Faden vor. Ein Programm, das für Hyper-Threading optimiert ist, arbeitet bis zu 30 Prozent schneller.

Was passiert, wenn ein Kern gerade nichts zu tun hat?

Je mehr Kerne ein Prozessor hat, desto häufiger bleiben manche Kerne untätig. Denn nicht alle Programme sind konsequent auf Multi-Threading ausgerichtet. Ein untätiger Prozessorkern muss aber mit Strom versorgt werden und produziert weiterhin Abwärme. Das ist ineffektiv.
Durch Core Parking kann das Betriebssystem nicht benötigte Prozessorkerne abschalten. Der Akku eines Notebooks hält dann länger und das System bleibt kühler und leiser, da die Lüfter nicht so schnell drehen. Die dann zur Verfügung stehenden Ressourcen nutzen Intel und AMD für ihren Turbo-Modus.

Was ist der Turbo-Modus?

Intels Turbo Boost und AMDs Turbo Core bauen auf dem Core Parking auf. Wenn einer oder mehrere Kerne abgeschaltet sind, dann sind Ressourcen frei. Diese freien Ressourcen verwenden die Prozessoren von Intel und AMD dazu, um die aktiven Prozessorkerne zu beschleunigen. Dazu wird die Taktfrequenz der noch aktiven Prozessorkerne erhöht. Dieser Übertaktung sind aber enge Grenzen gesetzt. Ein übertakteter Prozessorkern erzeugt nämlich deutlich mehr Abwärme.
Nur neuere Prozessoren beherrschen Turbo Boost, etwa CPUs der Core-i5- und Core-i7-Serien. Core-2-Duo- oder Core-2-Quad-Prozessoren unterstützen noch kein Turbo Boost. Prozessoren von AMD, deren Bezeichnungen am Ende ein „T“ enthalten, können Turbo Core, etwa der Phenom II X6 1055T. Noch im Sommer 2011 sollen auch Fusion-Prozessoren mit Turbo-Core-Technik auf den Markt kommen.
Verwandte Themen