Intel Ivy-Bridge: Schneller und sparsamer

Intel bezeichnet sein Entwicklungsmodell bei Prozessoren gern als Tick-Tock-Taktik: Auf eine neue Prozessorarchitektur (Tock) folgt immer ein Die-Shrink, also der Umstieg auf eine neue Fertigungstechnik mit kleineren Transistoren (Tick). Das ist bei Ivy Bridge, also den neuen Core-Prozessoren der dritten Generation, der Fall. Sie werden in einem 22-Nanometer-Prozess gefertigt und bestehen zudem aus Tri-Gate-Transistoren. Bei diesen Tri-Gate-Transistoren werden die Gates über dreidimensionale Finnen aus Siliziumsubstrat gelegt, die Elektronen fließen über alle drei Seiten dieser Finnen statt wie bisher plan durch das Gate (Planar-Transistor). Das erleichtert erst einmal den Bau kleinerer Transistoren, bringt aber auch Vorteile bei Performance und Leistungsaufnahme.

Zudem können auf einem Transistor mehrere Finnen nebeneinander angeordnet werden, um die Performance zu verbessern. Dabei ist es möglich, je nach Anwendungszweck Transistoren mit unterschiedlich vielen Finnen einzusetzen. Zudem sollen die Leckströme bei den 22-Nanometer-Tri-Gate-Transistoren gegenüber den 32-Nanometer-Planar-Transistoren um 50 Prozent reduziert sein, was die Leistungsaufnahme der aus diesen Transistoren aufgebauten Prozessoren drastisch verringert. Tri-Gate erhöht durch höhere Ströme die Schaltgeschwindigkeit bei niedriger Spannung um 37 Prozent gegenüber den bisherigem 32-Nanometer-Transistoren, was gerade bei Low-Volatage-CPUs eine dramatische Leistungsverbesserung bringen soll. Die Herstellungskosten pro Wafer sollen sich durch die Tri-Gate-Transistoren nur um 2 bis 3 Prozent erhöhen.  Sandy Bridge wird in einem 32-Nanometer-Verfahren mit herkömmlichen Planar-Transistoren hergestellt.

Schnellere Grafik bei Ivy Bridge

Da Intel durch die feineren Strukturen nun 1,4 statt 1,16 Milliarden Transistoren auf dem Die unterbringen kann, haben die Entwickler auch einige Verbesserungen an der Architektur vorgenommen, vor allem bei der integrierten Grafikeinheit. Sie verfügt über mehr Fixed-Function-Units als die im Sandy Bridge,  unterstützt nun DirectX 11 sowie OpenGL 3.1.Wie schon beim Vorgänger gibt es auch bei der Ivy-Bridge-Familie zwei unterschiedliche GPUs. In den Core-i3- und Core-i5-Desktop-CPUs steckt die HD 2500 mit wie bisher sechs Ausführungseinheiten, in den Core-5-K- und den Core-i7-CPUs sowie in allem Mobilprozessoren ist die HD4000 mit nun 16 statt 12 Ausführungseinheiten integriert. Für die HD 2500 gibt Intel 10 bis 20 Prozent mehr 3D-Performance als beim HD 2000 an, die HD 4000 soll bis zu doppelt so schnell sein. Zudem gibt es bei den neuen GPUs  auch eine OpenCL-1.1-Unterstützung durch die Grafikeinheit.

Kaufberatung: Die fünf besten Komplett-PCs im Test Weiteres Feintuning haben die Intel-Entwickler bei Quick-Sync-Video investiert, die in der GPU integrierte Video-Encoding und Decoding-Funktion für H.264/MPEG-4 AVC, VC-1 und MPEG-2. Sie soll in Ivy Bridge bis zu doppelt so schnell transcodieren, wie bei Sandy Bridge. Die später erscheinenden Pentium-Typen auf Ivy-Bridge-Basis müssen weiterhin mit einer eingeschränkten HD-Grafikeinheit auskommen, der unter anderem Quick Sync Video fehlt.

Neu bei Ivy Bridge ist, dass nun die GPU ebenfalls auf den L3-Cache zugreifen kann.  Dessen Größe ist allerdings gleich geblieben:  Sechs MByte beim Core i5 mit vier Kernen, acht MByte beim Core i7. Die Turbo-Boost-Funktion erstreckt sich nun auch über die GPU. Der im Prozessor integrierte PCI-Erpress-Controller unterstützt bei Ivy Bridge nun auch PCI-E 3.0, bei den bisherigen Grafikkarten mit der schnelleren Schnittstelle bringt das allerdings nur einen minimalen Leistungsgewinn. Die Anzahl der PCI-Express-Lanes ist bei 16 geblieben. Allerdings können nun im Zusammenspiel mit dem Z77-Chipsatz auch drei Grafikkarten eingesetzt werden, die Kommunikation erfolgt dann über acht, vier und vier Lanes. Ein Umschalten zwischen interner und externer Grafik beziehungsweise die Nutzung von Quick Sync Video trotz separater Grafikkarte ist prinzipiell mit der VIRTU-Software von Lucid Logix möglich www.lucidlogix.com. Spannend ist dabei vor allem Quick Sync Video, mit dem CyberLink Media Espresso die Umwandlung einer 720p-MKV-Datei  in der halben Zeit erledigt, wie mit Hilfe CUDA auf einer GeForce GTX 580. Allerdings zeigte sich VIRTU in unserem Test noch als instabil.   

Ivy Bridge: Quad-Core-Modelle kommen zuerst

Als ersten Schritt bringt Intel nur die Ivy-Bridge-Modelle mit vier Kernen auf den Markt. Das Einstiegsmodell unter den Desktop-CPUs ist der Core i5-3450S mit 2,8 GHz Basis- und 3,5 GHz Turbo-Frequenz, das Spitzenmodell der Core i7-3770K mit 3,5 bis 3,9 GHz. Bei den Mobilprozessoren gibt es derzeit nur Core-i7-Modelle beginnend mit dem i7-3612QM (2,1-3,1 GHz) bis hinaus zum Extreme-Edition-Prozessor i7-3920XM (2,9-3,8 GHz). Die Dual-Core-Modelle folgen später, einen genauen Zeitpunkt hat Intel noch nicht genannt.

Kompatibel zu Sandy Bridge

Intel hat zwar für Ivy Bridge neue Chipsätze der Serie 7x entwickelt, die nun endlich auch ohne Zusatzchips USB 3.0 unterstützen. Prinzipiell laufen die neuen CPUs aber auch auf  den Hauptplatinen für die bisherigen Sandy-Bridge-Core-Prozessoren. Bei Desktop-Boards der 6x-Familie mit Sockel 1155 ist aber auf jeden Fall ein BIOS-Upgrade notwendig.

Ivy Bridge ist es nun erstmals möglich, mit einer integrierten Grafikeinheit drei voneinander unabhängige Displays anzusteuern. Das integrierte primäre Display nun über einen Embedded Display Port angebunden, für externe Displays ist der Platform Controller Hub zuständig. Für drei Displays ist ein Chipsatz der Serie 7 Voraussetzung.

Die Performance im Vergleich zu Sandy Bridge

Für die Performance-Messungen stand uns ein Core i7-3770K zur Verfügung. Der Ivy-Bridge-Prozessor arbeitet mit 3,5 GHz Basis-Taktfrequenz und taktet im Turbo-Boost-Modus auf 3,9 GHz. Für die Vergleichsmessungen mit Sandy Bridge diente ein Core i7-2600K mit 3,4 bzw. 3,8 GHz. Beide CPUs verfügen über vier Kerne mit Hyperthreading und acht MByte L3-Cache. Als Basis für die Tests setzen wir das Intel DZ77GA-70K (Gasper) mit Intel-Z77-Chipsatz ein, bestückt mit vier GByte DDR3-1333-Speicher von PNY. Als Festplatte diente eine VelociRaptor von Western Digital. Die Systemperformance, gemessen mit einer GeForce GTX 580, war beim i7-3770K mit 12617 Punkten nur minimal besser als beim i7-2600K, die Differenz ergibt sich primär aus der um 100 MHz höheren Taktfrequenz der Ivy-Bridge-CPU. Ein ähnliches Bild beim 3DMark 11 mit der GeForce GTX 580. Das System mit i7-3770K kam auf 6481 Punkte im Performance-Test,  das i7-2600K-System auf 6460 Punkte.  Beim Rendering-Test des Cinebench R11.5 auf allen Kernen war die Differenz mit 7,51 zu 7,27 Punkten etwas größer. Wer eine deutlich höhere Prozessorleistung benötigt, der muss weiterhin zu einem der kostspieligen Sandy-Bridge-Extreme-Prozessoren für den Sockel 2011 greifen, dem Ivy Bridge wohl nicht zu nahe kommen durfte.

Kaufberatung: All-in-One-PCs Erst bei den 3D-Benchmarks unter Nutzung der integrierten GPU konnte sich der Ivy-Bridge-Prozessor absetzen. Da die HD 3000 im i7-2600K noch kein DX11 unterstützt mussten wir uns für die Vergleichsmessungen auf DX10-Benchmarks beschränken. Im 3DMark Vantage ging der i7-3770K mit 3881 Punkten im Performance-Test  klar in Führung, der i7-2600K kommt hier nur auf 2222 Punkte. Etwas geringer fiel der Performance-Vorteil beim Spielebenchmark Devil May Cry 4  in Full-HD-Auflösung aus: Ivy Bridge erzielte 33 fps eine 40 Prozent höhere Framerate als Sandy Bridge mit 24 fps. Einen deutlichen Vorsprung haben wir beim Video-Transcoding gemessen: Für das Umwandeln eines 720p-MKV-Videos mit 40 Minuten Laufzeit in eine MP4-Datei mit 320 x 180 Pixeln Auflösung mittels Media Espresso benötigte der i7-3770K nur 45 Sekunden, der i7-2600K 72 Sekunden. Unter voller Last benötigt Ivy Bridge etwa 20 Prozent weniger Strom als Sandy Bridge. Im Leerlauf haben wir mit 59 zu 60 Watt allerdings nur eine Differenz von einem Watt für das Gesamtsystem gemessen, da hier bereits Sandy Bridge sehr sparsam arbeitet. Im DX11-Benchmark 3DMark 11 erzielte die HD-4000-Grafik im Ivy Bridge 757 Punkte im Performance-Test. Für anspruchsvollere DX11-Spiele ist sie damit zu langsam, Dirt 3 lief nur mit niedrigen Qualitätssettings einigermaßen flüssig mit 30 fps. Die integrierte Radeon-HD-6550D-Grafik in einem AMD A8-3800 kommt im 3DMark 11 auf 1079 Punkte und schneidet damit immer noch besser als das neuste Intel-Pferd im Stall. Allerdings kann der AMD-Prozessor bei der Rechenleistung dem neuen Intel-Prozessor nicht im Entferntesten das Wasser reichen.

Fazit

Bei der Fertigungstechnologie zeigt Intel wieder einmal, dass die Firma aus Santa Clara die Nase vorn hat. 22-Nanometer-Prozessoren in Massenproduktion kann sonst niemand. Der Vorteil für Intel liegt vor allem in der geringeren Die-Fläche von Ivy Bridge: Er misst nur 160 mm² gegenüber 216 mm² bei Sandy Bridge. Damit kann Intel deutlich mehr Prozessoren aus einem 300-mm-Wafer gewinnen.

Wer sich jetzt einen neuen Desktop-PC kaufen will, der sollte auf jeden Fall zu einem System mit Ivy Bridge greifen. Die neuen CPUs sind sparsamer und sogar etwas günstiger, als ihre Vorgänger. Der Austausch einen Sandy-Bridge-Prozessors gegen einen Ivy Bridge in einem bestehenden Rechner lohnt sich dagegen nicht. Denn der Leistungsgewinn ist minimal, vor allem da Desktop-Rechner ja in der Regel mit einer separaten Grafikkarte ausgestattet sind. Wirklich glänzen wird Ivy Bridge erst in Notebooks und vor allem der nächsten Generation der Ultrabooks. Denn hier kann er seinen niedrigeren Stromverbrauch und die deutlich schnellere integrierte Grafikeinheit voll ausspielen. Denn hier verfügen auch alle Prozessormodelle über die schnelle HD-4000-Grafik. Bei den Desktop-Prozessoren ist die nur in den hochklassigen CPUs eingebaut, bei denen niemand die integrierte Grafik nutzen wird. Ausgerechnet die günstigen Modelle, die man in kompakten Rechnern finden wird, müssen sich dagegen mit der langsameren HD-2500-GPU begnügen. Das ist gut für AMD, denn so bleibt dem Intel-Konkurrenten wenigstens diese Nische im Desktop-Markt erhalten.