Der Prozessor ist das Kernstück eines jeden Rechners. Ein kostengünstiges Upgrade Ihres vorhandenen Prozessors in Ihrer Workstation oder Server erhöht die Systemleistung und die Effizienz Ihres Systems. Durch höhere Leistungsfähigkeit und schnellere Speicherfunktionen, profitieren Sie bei der Konzipierung und Verwaltung Ihrer Projekte. Zwei Hersteller dominieren den Markt: Intel und AMD. Über die Performance einer modernen CPU entscheiden maßgeblich die Anzahl der Prozessorkerne und die Taktfrequenz.
Prozessoren
Hauptprozessor, CPU und Prozessorkern
Ein Prozessor besteht primär aus dem Steuer-/Leit- und dem Rechenwerk (ALU). Es gibt jedoch weitere Recheneinheiten, die zwar kein Steuer- bzw. Leitwerk enthalten, aber dennoch oft ebenfalls als Prozessor bezeichnet werden. Diese im Allgemeinen Koprozessor genannten Einheiten stellen in der Regel spezialisierte Funktionen zur Verfügung. Beispiele sind die Gleitkommaeinheit sowie Grafik- und Soundprozessoren. Zur Abgrenzung dieser Koprozessoren zu einem „echten“ Prozessor mit Steuer- und Rechenwerk wird der Begriff CPU (Central Processing Unit) oder zu deutsch Hauptprozessor genutzt.
Moderne Mikroprozessoren sind häufig als sogenannte Mehrkernprozessoren (Multi-Core-Prozessoren) ausgelegt. Sie erlauben zusammen mit entsprechender Software eine weitere Steigerung der Gesamtrechenleistung ohne eine merkliche Erhöhung der Taktfrequenz. Mehrkernprozessoren bestehen aus mehreren voneinander unabhängigen Einheiten mit einem Rechen- und Steuerwerk, um die herum weitere Komponenten wie Cache und Memory Management Unit (MMU) angeordnet sind. Diese Einheiten werden als Prozessorkern (Core) bezeichnet. Im Sprachgebrauch sind die Begriffe Single-Core-Prozessor (Einzelkernprozessor), Dual-Core-, Triple-Core-, Quad-Core-, Hexa-Core-Prozessor (Sechskernprozessor) und Octa-Core-Prozessor (Achtkernprozessor) gebräuchlich. Da die Kerne eigenständige Prozessoren sind, werden die einzelnen Kerne häufig auch als CPU bezeichnet. Diese Bezeichnung „CPU“ wird synonym zu „Core“ genutzt, beispielsweise um in Mehrkernprozessoren oder System-on-a-Chip (SoC) mit weiteren integrierten Einheiten, z. B. einem Grafikprozessor (GPU), die Kerne mit Steuer- und Rechenwerk von den anderen Einheiten zu unterscheiden, siehe u. a. Accelerated Processing Unit (APU).
Prozessor-Cache
Bei CPUs kann der Cache direkt im Prozessor integriert oder extern auf der Hauptplatine platziert sein. Oftmals gibt es mehrere Ebenen (Level), die aufeinander aufbauen. Kleinere Level sind dabei typischerweise schneller, haben aber aus Kostengründen eine kleinere Größe. Je nach Ort des Caches arbeitet dieser mit unterschiedlichen Taktfrequenzen: Der L1 (Level 1, am nächsten an der CPU) ist fast immer direkt im Prozessor integriert und arbeitet daher mit dem vollen Prozessortakt - also u. U. mehrere Gigahertz. Ein externer Cache hingegen wird oftmals nur mit einigen hundert Megahertz getaktet. Aktuelle Prozessoren (z. B. AMD Phenom II, Intel-Core-i-Serie, IBM Power 7) besitzen überwiegend drei Cache-Level: L1, L2 und L3. Gängige Größen für L1-Caches sind 4 bis 256 KiB pro Prozessorkern, der L2-Cache ist 64 KiB bis 1024 KiB (meist ebenfalls pro Kern), der L3-Cache 2 bis 32 MiB (für alle Kerne gemeinsam). Bei kostengünstigeren Versionen wird mitunter der L3-Cache weggelassen oder abgeschaltet, dafür ist der L2-Cache teilweise etwas vergrößert. Prozessorcache als Extra-Chip auf dem Mainboard wird heute nicht mehr gebaut, als Extra-Die im selben Chip-Gehäuse (siehe Multi Chip Package) nur noch selten.
AMD
Im Desktopsegment bietet AMD aktuell (2015) den AMD FX, den Phenom II, den Athlon II, den Sempron und die AMD-Fusion-APUs an. Diese gibt es in Ausführungen mit zwei bis acht Kernen. Der Athlon II muss dabei auf einen L3-Cache verzichten und AMD Fusion integriert die CPU, GPU sowie Video- und andere Hardwarebeschleuniger auf einem Die. Bei den Phenom II bilden dabei die 1100er-Modelle mit sechs Kernen die Leistungsspitze. Die 1000er-Modelle haben auch sechs Kerne, aber eine geringere Taktfrequenz. Die 900er-Modelle verfügen demgegenüber nur über vier Kerne, die 800er-Reihe besitzt zudem einen kleineren Cache, die 700er-Reihe nur noch drei Kerne und die 500er-Reihe nur noch zwei, da ein, zwei bzw. drei Kerne deaktiviert wurden. Nicht alle Phenom-II-, Athlon-II- und Sempron-Modelle sind für den Sockel AM3 ausgelegt, wobei Prozessoren, welche für Sockel AM3 ausgelegt sind, auf AM2-(+)-Boards laufen, sofern der Mainboard-Hersteller ein BIOS-Update zur Verfügung stellt. Einzig einige Phenom-II-Modelle laufen ausschließlich auf AM2-(+)-Boards, was darauf beruht, dass der in der CPU integrierte Speichercontroller lediglich mit DDRII-Arbeitsspeicher umgehen kann. Diese CPUs sind mittlerweile aber EOL und werden nicht mehr produziert. Der andere Teil der AMD CPUs besitzt einen Speichercontroller, welcher sowohl DDRII als auch DDRIII adressieren kann. Bei den AMD-FX-Prozessoren bilden die 9000-Reihe die Leistungsspitze mit vier Modulen zu je zwei Kernen, darauf folgt die 8000 Serie mit ebenfalls 4 Modulen und 8 Kernen, die 6000-Reihe mit drei Modulen und die 4000-Serie mit zweien. Ende Februar 2012 wurde offiziell, dass AMD den ersten handelsüblichen Desktop-PC-Prozessor entwickelt hat, der eine Nominaltaktfrequenz von über 4 GHz erreicht (4,2 GHz). Der Prozessor mit dem Namen FX-4170 arbeitet mit vier Kernen. Mittlerweile kann AMD den ersten x86-Prozessor, der per Turbo die 5-GHz-Marke schafft, zum eigenen Portfolio zählen. Der Prozessor mit dem Namen FX-9590 arbeitet mit 4 Piledriver-Modulen bzw. 8 Threads.
Im Server- und Workstation-Bereich bietet AMD seine Opteron-Prozessoren an, die auf den entsprechenden Desktop-Prozessoren basieren, jedoch über zusätzliche HyperTransport-Links für die Kommunikation bei Mehrprozessorsystemen verfügen.
Das Notebooksegment wird von AMD in hauptsächlich zwei Bereiche geteilt: besonders kompakte „Ultrathin“-Notebooks und „Mainstream“-Notebooks. Der Bereich der ultraleichten Notebooks umfasst weitestgehend alles unter 14 Zoll (es gibt auch Ausnahmen), soll aber nicht als „Netbook“ aufgefasst werden, sondern ähnelt dem Ultrabook von Intel. Der Notebook-Mainstream-Bereich wird vermehrt von der AMD Fusion-A mit bis zu 4 Kernen abgedeckt, der 2011 auf den Markt kam. Deren Vorgänger, die Puma-Plattform, besteht aus einem Athlon oder einem Turion, jeweils mit zwei Kernen. Die Leistungsspitze bildet dabei bei AMD der Turion Ultra. Zur Seite steht den Turions bei der Puma-Plattform eine Grafikkarte (Mobility Radeon) der 3000- bzw. 4000-Generation. Mit der Puma-Plattform stellte AMD auch die XGP-Technologie vor. Diese wurde von Fujitsu (Siemens) umgesetzt, die mit dem Amilo SA 3650 und dem dazugehörigen Amilo-Grafikbooster die erste und einzige leistungsstarke externe Grafikkarte auf den Markt haben. Der Amilo-Grafikbooster basiert dabei auf einer Mobility Radeon HD 3870.
Im „Ultrathin“-Notebook-, Subnotebook- und Netbookbereich mit wenig Platz und wenig Strombedarf traf man auf den Athlon Neo und Athlon II Neo. Er besitzt wie die neue Fusion-E-Serie deutlich mehr Leistung als dessen Hauptkonkurrent Intel Atom und wird durch eine leistungsfähigere Onboard-Grafik als die für den Atom unterstützt. Die neue stromsparende Fusion-E- und C- Serie besitzt eine integrierte Direct-X11-Grafikeinheit, als APU bezeichnet, im Die.
Intel
Die Prozessornummer ist neben der Prozessormarke, bestimmten Systemkonfigurationen und System-Benchmarks einer von mehreren Faktoren, die Sie bei der Auswahl des richtigen Prozessors unterstützen. Innerhalb einer Prozessorreihe steht eine größere Zahl für mehr bzw. bessere Leistungsmerkmale, allerdings kann ein Prozessor bei einem Funktionsmerkmal einen höheren und bei einem anderen einen geringeren Wert haben. Wenn Sie sich für eine Prozessormarke und einen Prozessortyp entschieden haben, sollten Sie anhand der Prozessornummer überprüfen, ob ein bestimmter Prozessor die von Ihnen gesuchten Eigenschaften aufweist.
Es gibt die "Core i" Baureihe für Workstations, Desktop-PCs und Notebooks. Die "Core m" Baureihe für Tablets und Tablet-PCs. Die Modelle "Celeron" und "Pentium" für den Low-Cost-Bereich und den "Xeon" für Server und Hochleistungssysteme. Intel verwendet dieses Kennzeichnungssystem für folgende Marken:
Intel Core Prozessoren
Intel Core i7 Prozessor Extreme Edition
Intel Core i7 Prozessor
Intel Core2 Extreme Prozessor
Intel Core2 Quad Prozessor
Intel Core2 Duo Prozessor
Intel Pentium Prozessoren
Intel Pentium Prozessor
Intel Celeron Prozessoren
Intel Celeron Prozessor
Intel Atom Prozessoren
Intel Atom Prozessoren
Intel Xeon und Itanium Prozessoren
IBM Power Processor
Die IBM Power-Architektur (ein Backronym für Performance optimized with enhanced RISC) ist der Urvater und der Großrechnerzweig der PowerPC-CPU von IBM. Sie kommt (bis POWER4+) in den iSeries, ehemals AS/400, den pSeries, ehemals RS/6000, und inzwischen mit Power5+-Prozessoren in den Systemen IBM eServer p5 und eServer i5 zum Einsatz.
IBM Power 5 und 5+ Processor
Power5 130 nm 1,5; 1,65; 1,9 GHz Dual-Core-Prozessor, 389 mm², 276 Mio. Transistoren, mit Simultaneous Multithreading (SMT) und integriertem Speichercontroller. Cache: 64k2w-lru (Instruktionen) und 32k4w-lru (Daten). L2-Cache 1.92m10w-lru. in partitionierbaren pSeries und iSeries SMP-Servern von 1 bis 64 CPUs, 1 GB–2 TB Hauptspeicher und 5 – 240 PCI-X-Slots. Ein Multi-Chip-Module mit vier CPU-Chips (also acht Kernen) und vier 36 MB L3-Cache-Chips besteht aus 89 Metalllagen mit insgesamt 5370 I/O-Pins, von denen 2313 Signalpins sind und 3057 für die Energiezufuhr benötigt werden. Power5 von 2004 ist die Weiterentwicklung von POWER4. Zusätzlich zur POWER4-Architektur befindet sich auf dem Chip das L3-Directory und der Memory-Controller, dazu kommt eine höhere Taktung. Power5 ist bis zu dreimal leistungsfähiger als POWER4. IBM behauptete, dass dieses für die damals beste Skalierbarkeit (linear bis 64 Wege) aller am Markt angebotenen Server sorgte. Als weitere einzigartige Funktionalität bietet die Power5-Architektur mit der Advanced Power Virtualization (APV) unter anderem die Möglichkeit, die physikalischen CPUs in virtuelle CPUs aufzuteilen, die dann wieder zwischen den verschiedenen logischen Partitionen (LPARs) im laufenden Betrieb dynamisch und automatisch verteilt werden. APV wird seit dem 21. Dezember 2008 unter dem Namen PowerVM verkauft.
Am 4. Oktober 2005 kündigte IBM den Power5+ 90 nm Dual-Core-Prozessor mit 1,5 oder 1,9 GHz an. Ab Mitte 2006 gab es Single- und Dual-Core-Power5+-Prozessoren mit bis zu 2,3 GHz.
IBM Power 6 Processor
Der Power6-Prozessor wurde ab 2007 im 65-nm-Verfahren gefertigt und hat eine Die-Fläche von 341 mm². Auf dieser Fläche sind über 790 Millionen Transistoren. Das meiste der Fläche wird vom 8 MiB fassenden L2-Cache belegt, wovon jedem Core die Hälfte, also 4 MiB, zugeteilt werden. Die Größe des L1-Caches ist 128 KiB, aufgeteilt in 64 KiB Daten- und 64 KiB Instruktionscache. Der externe L3-Cache in der Größe von 32 MiB ist mit einer Bandbreite von 80 GiB/s ansprechbar. Die Power6-Prozessoren sind mit 4,2; 4,7 und 5,0 GHz Taktfrequenz erhältlich. IBM sieht diesen Prozessor im Bereich von Unternehmensdatenbanken (z.B. IBM System p und IBM System i) sowie Hochleistungsrechnern, wie sie im Flugzeugbau und bei Unfallsimulationen im Automobilbau benötigt werden.
IBM Power 7 Processor
Der Power7 ist 2010 auf den Markt gekommen und besteht aus bis zu acht Kernen, wovon jeder Kern parallel bis zu vier Threads ausführen kann. Die CPU wird in 45 nm gefertigt und die maximale Taktfrequenz liegt bei 4,1 GHz. Aktuell ist die Power7+-CPU welche in 32 nm gefertigt wird und nun einen Maximaltakt von 4,42 GHz erreicht.
IBM Power 8 Processor
Auf der Hot-Chips-25-Konferenz im Jahr 2013 hat IBM die Power8-CPU mit 12 Kernen vorgestellt. Jeder der 12 Kerne, welche auf je 512 KB L2-Cache und gesamt auf 96 MB L3-Cache und 128 MB L4-Cache zugreifen können, ist in der Lage mittels Simultaneous Multithreading bis zu 8 Threads gleichzeitig auszuführen. Power8 wird im 22-nm-Verfahren hergestellt und hat eine Die-Fläche von 650 mm². Über einen mit 32 Kanälen angebundenen Speicherkontroller können bis zu 1 TByte DDR3-1600-RAM angebunden werden. Die CPU-Takfrequenz reicht, je nach Konfiguration, von 3,02 bis 4,15 GHz.
