Intel Core i7-6700k und Core i5-6600k Prozessoren im Test

Skylake: Der wahre Haswell Nachfolger?

Seite 1: Was bringt Skylake? Überblick über Architektur und Plattform

Etwa einen Monat sind Intels Skylake Prozessoren nun auf dem Markt. Mit dem Core i7-6700k und dem Core i5-6600k machte man im August den Anfang, im September folgten die kleineren Modelle. Nachdem vom Vorgänger Broadwell lediglich Nischen-Modelle auf den Markt kamen, präsentiert sich die Skylake Architektur als der echte Haswell Nachfolger auf dem Desktop und den ersten breit verfügbaren in 14nm gefertigten Modellen.

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Im Intel Jargon stellt sich die Skylake Architektur eigentlich als ein „Tock“ dar, allerdings debütierte die Vorgänger Architektur Broadwell erst in diesem Sommer und war für Desktop PCs nur in Form einiger Nischen-Modellen verfügbar. Somit kann man im Desktop-Segment die Skylake Architektur sicherlich als den Nachfolger der Haswell Prozessoren sehen. So verwundert es auch kaum, dass Intel den Core i7-4790k als Vorgänger des Core i7-6700k sieht und in der offiziellen Kommunikation auch mit diesem vergleicht.

Architektur

Die Skylake Prozessoren werden, wie auch die Broadwell Modelle, in einem 14nm Verfahren gefertigt und versprechen somit schon eine gesteigerte Effizienz gegenüber den Vorgängern Core i7-4770k und Co. Bei der Entwicklung von Skylake stand insbesondere der Einsatz in einem breiten Spektrum im von Formfaktoren im Fokus und muss damit einhergehend mit sehr unterschiedlichen Power-Budgets zurecht kommen. So besitzt der für Tablets konzipierte Core M eine TDP von 4,5 Watt, ausgewachsene Modelle wie die Core i7 und Core i5 dürfen dagegen mit bis zu 91 Watt deutlich mehr Leistung aus dem Stecker ziehen. Ein geringerer Stromverbrauch und eine höhere Effizienz ist somit ein Fokus bei der Entwicklung von Skylake gewesen.

Die verschiedenen Einsatzbereiche und Power-Budgets äußern sich auch in der Versorgung der CPU mit entsprechenden Spannungen. Sah man die in der CPU integrierten Spannungsregler (FVIR, Fully Integrated Voltage Regulator) als wichtigen Baustein, ist dieser mit Skylake wieder verschwunden und die Spannungen werden wieder vom Mainboard bereit gestellt.

Auch die Möglichkeiten, einzelne Bereiche des Prozessors bei Nichtnutzung abzuschalten, wurden bei Skylake weiter ausgebaut. Hier kamen die AVX2-Einheiten hinzu, welche sich komplett abschalten lassen. Wie in den letzten Jahren inzwischen üblich geworden, führt Intel mit der neuen Architektur wiedermal neue C-States ein, um den Prozessor noch tiefer schlafen zu legen und damit weniger Strom zu verbrauchen.

Neue Wege möchte Intel auch bei der Taktsteuerung während des Betriebs gehen. Mit der Speed Shift Technologie lässt man den Takt vom Prozessor selbst regeln, anstatt alleine auf das Betriebssystem zu vertrauen. Bei Speed Shift kann das Betriebssystem nach wie vor bestimmte Performance-States (P-States) anfordern, übergibt die Entscheidung ansonsten aber dem Prozessor, welcher dann autonom jederzeit den effizientesten P-State einstellt. Das Stichwort lautet an dieser Stelle „Energy Aware Race to Halt“ (EARtH). Man möchte also mit den Tasks möglichst schnell fertig werden, um die CPU anschließend wieder in den Tiefschlaf versetzen zu können. Das Motto ist also kurz eine höhere Frequenz als durchgehend die niedrigste. Die effizienteste Frequenz wird dabei entsprechend dem aktuellen Zustand ausgewählt. Hierbei fließt zum Beispiel auch der Energiebedarf des Systems mit ein, oder ob etwa durch eine andere Komponente der Tiefschlaf verhindert wird.


Doch auch an den Prozessor-Kernen selbst gab es die ein oder andere Änderung und Optimierung. Intel hat hier in den Bereichen Prefetch, Sprungvorhersage und diversen Buffern den Hebel angesetzt. Auch bei den Caches sind Veränderungen eingeflossen, für Nutzer am sichtbarsten bei der Assoziativität, so ist der L2-Cache nur noch vierfach anstatt achtfach assoziativ und der L3-Cache nur noch 16-fach statt 20-fach.



Auf Seiten der Instruktionen hat sich, bis auf einige Security-Instruktionen, wenig spannendes getan, so sind die mit Haswell eingeführten und anschließend aufgrund eines Bugs wieder deaktivierte TSX Erweiterung für Transactional Memory mit Skylake wieder zurückgekehrt, diesmal auch bei den K-Modellen. Auf breitere Vektor-Instrukionen in Form von AVX512 muss man dagegen noch verzichten.

Zu guter Letzt hat Intel die Möglichkeiten zum Übertakten bei den K-Modellen weiter ausgebaut. Overclocker können sich hier auf höhere Multiplikatoren bei Taktfrequenz und Speichertakt freuen. Der Base Clock (BCLK) kann bei den neuen Prozessoren zudem in 1 MHz Schritten angepasst werden – bei Haswell war nur die Auswahl aus drei unterschiedlichen Multiplikatoren möglich. Auch der Speichertakt lässt sich in kleinen Schritten anpassen.



ArchitekturFertigungTransistorenDie Fläche
Skylake14nm1,35 Mrd122 mm²
Broadwell??
Haswell22 nm1,4 Mrd177 mm²
Haswell-E2,6 Mrd355 mm²
Ivy Bridge1,4 Mrd160 mm²
Ivy Bridge-E1,86 Mrd257 mm²
Sandy Bridge32 nm1,16 Mrd216 mm²
Sandy Bridge-E2,27 Mrd435 mm²


Skylake Plattform und Intel Z170 Chipsatz

Größere Änderungen gab es hingegen auf Seiten der Plattform. Mit Skylake führt Intel den neuen Sockel LGA 1151 ein, welcher inkompatibel zu den alten Haswell Prozessoren ist. Der neue Sockel ist nötig geworden durch die neue Speichertechnologie DDR4. Skylake unterstützt neben DDR3 auch den aktuellen DDR4 Standard, welcher bisher lediglich bei den High-End Modellen mit vier Speicherkanälen und X99 Chipsatz zum Einsatz gekommen ist. Zwar gibt es vereinzelt Mainboards mit Unterstützung für DDR3 Module, die große Mehrheit setzt aber auf DDR4. Ein Mischbetrieb von DDR3 und DDR4 ist seitens des Prozessors nicht möglich.

Die großen Hersteller wie Corsair, G.Skill oder Klevv haben mit dem Mainstream-Debüt von DDR4 auch neue Speicherkits auf den Markt gebracht. DDR4 setzt läuft mit einem höheren effektiven Takt und stellt vor allem mit steigender Geschwindigkeit einen höheren Durchsatz bereit als der Vorgänger.


Auf Seiten des Chipsatzes hat man mit dem Z170 insbesondere die Möglichkeiten zur Anbindung weiterer Geräte deutlich aufgebohrt. Zwar stellt die CPU ebenso wie der Vorgänger nur 16 PCIe 3.0 Lanes zur Verfügung, wahlweise in den Konfigurationen 16x, 8x/8x oder 8x/4x/4x, dem Chipsatz wurden aber weitere PCIe Lanes spendiert. Der Z170 Chipsatz stellt somit insgesamt 20 PCIe 3.0 Lanes bereit, beim Vorgänger Z97 waren es nur acht PCIe 2.0 Lanes. Auch bei den USB 3.0 Ports gab es eine Erhöhung auf nun zehn Ports. Zu bemerkten gilt an dieser Stelle, dass die USB 2.0 Funktionalität nun auch von Intels USB 3.0 Controller bereit gestellt wird, bei der Installation von Betriebssystemen ohne USB 3.0 Treiber, beispielsweise Windows 7, über einen USB-Stick kann es somit zu Problemen kommen. Einige Hersteller wie ASUS oder ASRock schaffen hier Abhilfe und stellen Programme bereit, die ein Windows 7 Medium mit integrierten USB 3.0 Treibern erstellen.

Um den ausgebauten Anschlussmöglichkeiten Rechnung zu tragen, kommt bei der Verbindung zwischen Chipsatz und Prozessor das schnellere DMI 3.0 Interface zum Einsatz. Aufbauend auf vier PCIe 3.0 Lanes kann so auf eine Bandbreite von 32 GByte/s zurück gegriffen werden.

Die höhere Zahl an PCIe 3.0 Lanes äußert sich bei den neuen Mainboards vor allem in Form weiterer Anschlussmöglichkeiten für schnelle Festspeicher wie SSDs. Hier werden inzwischen öfter mehrere und schnellere M.2 Slots oder auch Sata-Express Ports auf den Hauptplatinen verbaut.


Neben dem Z170 Chipsatz existieren noch weitere Chipsätze wie der H170, welcher die Konfiguration der PCIe 3.0 Lanes des Prozessors einschränkt und selbst weniger PCIe 3.0 Lanes bereitstellt. Zudem sind die Overclocking Funktionen der K-Modelle lediglich mit dem Z170 Chipsatz verfügbar. Für Business-Anwender stehen der Q170 und der Q150 bereit.

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Kategorie: CPU's
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