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.

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.

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.

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. Im Sommer 2011 kamen schließlich auch Fusion-Prozessoren mit Turbo-Core-Technik auf den Markt.

Unter der Bezeichnung Fusion verkauft AMD eine spezielle Art von Multicore-Prozessoren. Diese Prozessoren sind heterogen aufgebaut. Das bedeutet, dass nicht alle Kerne des Prozessors baugleich sind. Zu den klassischen CPU-Kernen gesellen sich Kerne, die für die Berechnung von Grafik optimiert sind, also Graphics Processing Units oder kurz GPUs. AMD nennt diese heterogenen Multicore-Prozessoren schlicht APUs. APU steht für Accelerated Processing Unit, auf Deutsch beschleunigte Verarbeitungseinheit.

Es handelt sich dabei um einen Multicore-Prozessor, der zusätzlich zu den normalen Kernen einen GPU-Kern enthält. Alle Kerne sitzen auf dem gleichen Die und bilden damit einen einzigen Prozessor. Das macht eine Grafikkarte überflüssig, weil diese bereits im Hauptprozessor integriert ist.

APUs wie AMDs Fusion eignen sich für Desktop-Rechner, Notebooks und Tablet-PCs. Auch in Fernsehgeräten oder Mediaplayern könnten sie Anwendung finden. Trotz der Integration eines GPU-Kerns sind einige Fusion-Prozessoren kaum größer als ein 2-Cent-Stück. Durch die Nähe des GPU-Kerns zu den CPU-Kernen entfällt auch der Kommunikationsumweg über das Mainboard. Das führt wiederum zu einer höheren Performance.

AMD schließt nicht aus, dass künftig noch andere als nur auf Grafik spezialisierte Kerne in einen Multicore-Prozessor integriert werden. Die anderen Kerne könnten sich etwa der Tondekodierung oder  Datenverschlüsselung annehmen.

Auch Intel bietet Prozessoren an, in die neben CPU-Kernen auch GPU-Kerne integriert sind. Dazu zählen der Intel Atom N450 und die Prozessoren auf Basis von Intels Sandy Bridge. Anders als AMD verwendet Intel dafür aber nicht die Bezeichnung APU.

Intel bietet zwar schon länger Multicore-Prozessoren mit integrierter Grafik an. Dabei handelt es sich aber um Multi-Chip-Systeme. Diese enthalten zwei Dies: Auf dem einen Die sitzen die Prozessorkerne und auf dem anderen Die sitzt der Grafikprozessor.

Für Nutzer aktueller 3D-Spiele eignen sich Multicore-Prozessoren mit integrierter Grafik nicht. Die Leistung von integrierten Grafikkernen erreicht nämlich nicht das Niveau von aktuellen Grafikkarten. Eine zusätzliche Grafikkarte ist für Spieler also unumgänglich.

Die Darstellung von Windows 7 mit aktiviertem Aero Glass – also transparenter Fensterrahmen, Schatteneffekte und Animationen – sowie die Wiedergabe von Videos in HD-Qualität sind hingegen für die Prozessoren mit Grafikkern kein Problem.