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CPU Merkmale, Features und Techniken was tatsächlich dahintersteckt 06.10.2014 12:48

gebrauchte CPU und refurbished ProzessorWer auf der Suche nach einem gebrauchten Prozessor ist, stolpert schnell über Begriffe und Bezeichnungen wie MMX, SSE oder Advanced Smart Cache. Was diese genau bedeuten, welche Funktionen dahinter stecken und ob sie überhaupt sinnvoll für die eigenen Einsatzzwecke sind, beschreiben wir in folgendem Beitrag. Dabei wird jede Technik, die auch bei unseren refurbished CPUs zum Einsatz kommt kurz erläutert und, sofern möglich, für bestimmte Anwendungen empfohlen. Allerdings gilt es zu beachten, dass einige Funktionen nur mit bestimmter Hardware funktionieren. Somit kommt es dann beim Kauf nicht nur auf den Prozessor an, sondern z.B. auch auf das Mainboard bzw. dessen Chipsatz oder den Arbeitsspeicher. Bei Fragen hierzu können Sie sich natürlich gerne direkt an uns wenden. Der Übersicht halber wurden alle Merkmale nach Herstellern bzw. Allgemeingültigkeit sortiert.

Allgemein

Advanced Bit Manipulation

AMD implementiert bei einigen Prozessoren (z.B. Bulldozer, Piledrive und Jaguar) den Befehlssatz Advanced Bit Manipulation (ABM). Dieser enthält den sogenannten „Population Count“ (bei Intel in SSE4.2 enthalten) und den „Leading zeros count“ (bei Intel ein Teil des BMI 1). Ob Sie diese Erweiterung benötigen lässt sich schwer verallgemeinern, da es sich hier um sehr spezielle Befehle handelt die ein Anwender im Normalfall nie zu Gesicht bekommt.

Advanced Vector Extensions (AVX)

AVX bezeichnet eine Erweiterung des x86-Befehlssatzes für Prozessoren der Hersteller AMD und Intel. Diese bringt vor allem nützliche Funktionen für gleitkommaintensive Berechnungen, wie z.B. im Multimediabereich, mit sich und erhöht auch die Parallelität von Gleitkomma-SIMD-Berechnungen. Die Drei-Operanden-Form verringert zudem die Registerlast, da das Ergebnis einer Berechnung nicht mehr zwangsweise einen der Operanden neu belegt.

Advanced Encryption Standard (AES) Befehlssatzerweiterung

Diese x-86 Befehlssatzerweiterung für AMD und Intel Prozessoren beschleunigt Anwendungen die AES-Verschlüsselungen und –Entschlüsselungen durchführen. Hierzu zählen z.B. 7-Zip, BitLocker oder auch TrueCrypt. Sofern solche Anwendungen genutzt werden, lohnt es sich also durchaus auf diese Funktion beim Kauf eines Prozessors zu achten. Oft findet sich diese Technik auch unter dem Namen AES New Instructions (AES-NI).

Idle States

Viele Prozessoren verfügen zur Energieeinsparung über einen Ruhezustand (englisch Idle State). Dieser wird zum Beispiel durch einen Halte-Befehl des Betriebssystems ausgelöst, wenn gegenwärtig keine Berechnungen anstehen. Aktuelle Prozessoren können auch mehrere verschiedene Ruhezustände besitzen, sodass eine bessere Skalierung der Rechenleistung und Energieeffizienz möglich ist.

integrierter Speicher-Controller

Der Speichercontroller regelt den Datenfluss zwischen CPU und Arbeitsspeicher. Dieser befindet sich entweder auf dem Mainboard (meist auf der Northbridge) oder direkt im Prozessor. AMD platziert ihn bereits seit der K8-Architektur im Prozessor, Intel führte dies erst seit dem Intel Core-i7 ein. Durch die Unterbringung in der CPU entstehen kürzere Wege, die Performance steigt also, dafür ist die unterstütze Speicherart von der CPU abhängig.

MMX instructions

Die Multi Media Extension (MMX) wurde 1997 von Intel eingeführt. Hierdurch werden größere Datenmengen parallel bearbeitet, da die Befehle stets auf mehrere Daten gleichzeitig angewendet werden. Dies sorgt besonders bei der Audio- und Videobearbeitung für einen Leistungsschub. Implementiert wurde diese Technik bspw. von Adobe in der Photoshop Anwendung.

Streaming SIMD Extensions / SSE

Die Streaming SIMD Extensions wurden bereits 1999 von Intel vorgestellt. Sie erweitern den Befehlssatz, um Programme durch Parallelisierung zu beschleunigen. Heute ist SSE bereits in der Version 5 verfügbar, jedoch existieren seit der Version 3 Inkompatibilitäten zwischen der Implementierung von Intel und AMD.

Streaming SIMD Extensions 2 / SSE2

Hierbei handelt es sich um eine Erweiterung des x86-Befehlssatzes. Diese ermöglicht eine bessere Verarbeitung von Gleitkommazahlen und Ganzzahloperationen. Dadurch sind grundlegende Verbesserung bei der Video- und Bildbearbeitung möglich. Genutzt wird diese Erweiterung sowohl von Intel, wie auch von AMD.

Streaming SIMD Extensions 3 / SSE3

Als Erweiterung zu SSE2 bietet diese Version insgesamt 13 neue Instruktionen. Hauptsächlich vereinfachen die Neuerungen jedoch die Programmierung von 3D-Funktionen. Bekannt wurde diese Erweiterung auch unter dem Namen Prescott New Instructions (PNI), wobei es sich um den von Intel verwendeten Codenamen handelt.

Streaming SIMD Extensions 4 / SSE4

Die Erweiterung des Befehlssatzes SSE4 ist zwischen Intel und AMD leicht verschieden. Zudem existieren noch die Unterversionen 4.1, 4.2 und 4.a. Letztere kommt z.B. nur bei AMD vor. Insgesamt bringt diese Erweiterung Verbesserungen für die Bildverarbeitung, Multimediaanwendungen und Spiele mit sich. Bei Version 4.2 sind auch Leistungssteigerungen bei Virenscannern, Datenbankanwendungen und Textverarbeitungsprogrammen möglich.

Virtualization Technology

Virtualisierung bezeichnet eine Technology, die es ermöglicht mehrere Betriebssysteme parallel auf einem sogenannten Host auszuführen und die verfügbaren Ressourcen aufzuteilen. Der Prozessor kann die Virtualisierung weiter unterstützen, indem spezielle Funktionen eingesetzt werden, die bspw. eine bessere Vergabe von Berechtigungen mit sich bringen. Bei AMD heißt diese Technik AMD Virtualization oder kurz AMD-V, Intel nutzt hingegen einfach den Namen Intel Virtualization Technology, kurz VT-x.

WiMAX Wireless Technology

WiMAX bezeichnet eine Hochgeschwindigkeitsübertragung im Frequenzbereich von 2 GHz bis 66 GHz. Diese Technik wird in zahlreichen Ländern verwendet und auch der neueste WLAN-Standard IEEE 802.11n nutzt diese Technologie. Aufgrund des mangelnden Markterfolges wurden jedoch einige kompatible Geräte, wie Smartphones von HTC, nicht mehr veröffentlicht und größere Netze z.B. in den USA abgeschaltet.

Intel

Intel 64 Technology

Die Intel 64 Technology kennzeichnet Prozessoren die direkt mehr als 4 GB Arbeitsspeicher adressieren können. Zudem können diese CPUs auch die AMD64 Befehle ausführen, da AMD hier zuvor einen großen Markterfolg erlangen konnte und man Inkompatibilitäten vermeiden wollte. Die eigene 64-Bit Architektur IA-64 wurde anschließend nicht mehr weiterentwickelt. Sofern man ein 64-Bit Betriebssystem nutzen möchte, sollte diese Technik also unbedingt enthalten sein.

Advanced Digital Media Boost

Dieses Funktion bewirkt eine deutliche Leistungssteigerung bei der Ausführung von SSE Befehlen. Zuvor waren lediglich 64-bit lange Befehle möglich, durch Intel Advanced Digital Media Boost können jedoch auch 128-bit lange Befehle in einem Taktzyklus bearbeitet werden. Im Vergleich bewirkt dies eine effektive Verdopplung der Performance. Dies betrifft zudem sehr viele Anwendungen, wie im Bereich der Bild- und Videobearbeitung, Verschlüsselung oder auch Wissenschaft.

Advanced Smart Cache

Prozessoren mit Advanced Smart Cache besitzen nicht für jeden Prozessorkern einen eigenen L2-Cache, sondern einen gemeinsamen für alle Kerne. Dadurch verbessert sich die Auslastung, da bspw. ein Kern den gesamten Cache alleine nutzen kann, sofern die anderen inaktiv sind. Des Weiteren könnte ein Kern Daten nutzen, die bereits durch einen anderen Kern in den Zwischenspeicher geholt wurden, was sich wiederum positiv im Hinblick auf die Gesamtauslastung bemerkbar macht.

Anti-Theft Technology

Die Anti-Theft Technologie von Intel war dazu gedacht die Sicherheit des damit ausgestatteten Notebooks zu verbessern. Mittlerweile hat Intel jedoch bekannt gegeben, dass die Unterstützung für die Technologie beendet wird und keine neuen kostenpflichtigen Abonnements mehr akzeptiert werden.

Demand Based Switching

Hinter Demand Based Switching (DBS) verbirgt sich eine Technik von Intel, die für eine bessere Energieeffizienz sorgt. Bei geringer Last laufen die Kerne nicht mehr mit dem Maximaltakt und auch die Kernspannung wird etwas gesenkt. Wird die Rechenleistung jedoch benötigt, so werden die Werte wieder automatisch angepasst. Ein weiterer Name für diese Funktion ist auch Intel Enhanced Speedstep Technology (IEST).

Enhanced Halt State (C1E)

Durch einen Halt-Befehl kann das Betriebssystem die Recheneinheiten des Prozessors abschalten. Der erweiterte Halte-Befehl (Enhanced Halt State) bewirkt, dass auch der Takt und die Spannung reduziert werden, natürlich nur sofern aktuell keine Auslastung besteht. Dies geschieht innerhalb des laufenden Betriebs und muss nicht vom Anwender konfiguriert werden.

Enhanced SpeedStep technology

Die Intel Enhanced SpeedStep Technology (IEST) sorgt für eine dynamische Anpassung der Prozessorleistung. Wird wenig Rechenleistung benötigt, werden die Kerne mit einem geringeren Takt betrieben, um Energie zu sparen. Sollte hingegen mehr Last entstehen, wird die Leistung wieder gesteigert.

Execute Disable Bit

Bei Intel auch als XD-Bit (Execute Disable) bezeichnet, ist diese Funktion als Sicherheitserweiterung anzusehen. Dabei besteht die Hauptaufgabe darin zu verhindern, dass ein Programm beliebige Daten als weiteres Programm starten kann, um so bspw. Schadcode in das System einzuschleusen.

Extended Page Tables (EPT)

Die Extended Page Tables sind eine Implementierung von Intel, um Second Level Address Translation (SLAT) zu nutzen. Hierbei wird die Verwaltung der Speicheradressen virtueller Maschinen von der Hardware im Prozessor (genauer der Memory Management Unit) übernommen. Dadurch verringert sich die CPU-Auslastung und die einzelnen Speicherbereiche werden stärker voneinander abgeschottet als bei einer Softwarelösung.

Fast Memory Access

Intel Fast Memory Access sorgt für eine effizientere Verteilung der Zugriffe auf den Arbeitsspeicher. Genauer gesagt wird die Auslastung des Datenbuses zwischen Memory Control Hub und Arbeitsspeicher besser koordiniert und damit optimiert. Insgesamt verbessert sich mit der Technik die Reaktionszeit des Systems, da die verschiedenen Komponenten, wie bspw. die Grafikkarte, sehr schnelle Zugriffe durchführen können.

Flex Memory Access

Mit Intel Flex Memory Access ist es möglich zwei Arbeitsspeichermodule unterschiedlicher Größe im Dual-Channel Modus zu betreiben, was ansonsten nur mit zwei gleichgroßen Modulen funktioniert. Der Trick dabei ist, dass das kleinere Modul den Bereich für den Dual-Channel Betrieb angibt. Der übrige Bereich des größeren Moduls läuft, wie gewohnt im Single-Channel Modus. Man sollte aber hier ebenfalls ganz genau darauf achten welche und wie viele Module eingesetzt werden sollen und welche Steckreihenfolge am sinnvollsten ist.

Hyper-Threading-Technologie

Hyper-Threading (kurz HTT) bezeichnet Intels Implementierung, von hardwareseitigem Multithreading in Prozessoren. Der Zweck dieser Technik ist, das Rechenwerk der CPU besser auszulasten. So werden Lücken die durch Wartezeiten entstehen, da z.B. Daten erst aus dem Arbeitsspeicher geholt werden müssen, durch einen anderen Prozess oder Thread (Aufgabe) belegt. Diese beiden Prozesse laufen dann parallel.

I/O Acceleration Technology

Diese Technologie bringt eine Beschleunigung der Ein- und Ausgaben mit sich. Die Hardwarearchitektur wurde geändert, damit Teile der Verarbeitung des Netzwerkverkehrs vom Netzwerkcontroller und Chipsatz übernommen werden, um so die Auslastung des Hauptprozessors zu verringern. Diese Technologie ist in einigen Xeon Prozessoren für Server enthalten und soll die Leistungsfähigkeit deutlich verbessern.

My WiFi Technology

Durch die My WiFi Technologie von Intel ist es jederzeit möglich aus seinem Notebook einen WLANAccesspoint zu machen. Andere Geräte wie Smartphones können sich dann einfach am WLAN anmelden und wie gewohnt im Internet surfen. Praktisch ist dies vor allem dann, wenn sie keinen Router mit WLAN-Funktion besitzen oder für kurze Zeit die Reichweite erhöhen wollen.

Smart Memory Access

Intel bezeichnet mit Smart Memory Access die Fähigkeit eines Prozessors, Daten nicht nur im vorraus in den Cache zu holen (Prefetching), sondern diese auch direkt zu verarbeiten. Es findet also eine quasi spekulative Berechnung statt. Sollte diese falsch sein, wird sie einfach verworfen und neu begonnen. Dieses Verfahren kommt oft im Zusammenspiel mit dem Intel Advanced Smart Cache zum Einsatz.

Thermal Monitoring Technologies

Hiermit werden verschiedene Techniken bezeichnet, die dafür sorgen, dass der Prozessor nicht überhitzt. Sobald eine bestimmte Temperatur überschritten ist, wird im Grunde die Rechenleistung verringert. Nachdem die Temperatur gesunken ist, wird die Leistung dynamisch wieder an den Normalwert angepasst.

Trusted Execution Technology

Die Intel TXT (Trusted Execution Technology) nutzt ein sogenanntes TPM (Trusted Platform Module) und kryptographische Verfahren, um festzustellen, dass ein authentisches Betriebssystem gestartet wird. Hierdurch soll verhindert werden, dass softwarebasierte Angriffe auf einem System durchgeführt werden, wie z.B. die Manipulation des BIOS oder das Ausführen eines Live-Betriebssystems von CD.

Turbo Boost Technology

Die Turbo Boost-Technology kommt dann zum Einsatz, wenn das System eine höhere Taktfrequenz anfordert. Der Zeitpunkt der Aktivierung und die jeweilige Dauer hängen immer von der Auslastung des Systems ab, die Funktion selbst wird vom Betriebssystem gesteuert. Wie hoch genau die größtmögliche Taktfrequenz ist wird durch die Turbo-Frequenz angegeben. Durch verschiedene Algorithmen wird immer versucht die beste Leistung und Energieeffizienz zu erreichen.

vPro Technology

Die vPro Technologie ist eine Plattform von Intel für Desktop-PCs im Unternehmensumfeld. Durch die enthaltene Active Managment Technology (AMT) wird bspw. die Inventarisierung, Diagnose und Reparatur von PCs vereinfacht, auch wenn diese abgeschaltet oder abgestürzt sind. Des Weiteren ist die Virtualisierungstechnik VT ein Bestandteil der vPro Technologie.

Wide Dynamic Execution

Hinter Wide Dynamic Execution verbirgt sich ein Zusammenschluss verschiedener Techniken der Core-Architektur von Intel. Diese bewirken, dass die CPU Befehle in einer optimierten Reihenfolge abarbeitet. Die entsprechenden Befehle werden also vor der Bearbeitung durch eine CPU interne Analyse sortiert. Anschließend erfolgt die Bearbeitung, wobei auch spekulative Berechnungen durchgeführt werden, bei denen nicht vollständig klar ist, dass sie später benötigt werden. Insgesamt können so vier, statt zuvor drei, Befehle zur selben Zeit ausgeführt werden, was die Performance um rund 33% erhöht.

AMD

3DNow! Technology

Bei der 3DNow! Technologie handelt es sich um eine Multimedia-Befehlssatzerweiterung der Unternehmen AMD, Centaur und Cyrix. Sie steht in direkter Konkurrenz zu Intels SSE Entwicklung und bietet unter anderem den Vorteil, dass in einem Register zwei 32-Bit Gleitkommazahlen gespeichert und verarbeitet werden konnten. Wirkung zeigt diese Technik jedoch nur, wenn sie auch von den eingesetzten Anwendungen genutzt wird.

CoolCore technology

Die CoolCore Technologie von AMD sorgt bei den Opteron Modellen für weitere Energieeinsparungen. Wenn ein oder mehr Kerne nicht genutzt werden, wird die Leistung nicht nur gemindert, vielmehr werden die Kerne komplett abgeschaltet. Sobald die Kerne wieder benötigt werden, stehen diese natürlich zur Verfügung. Von diesem Prozess bekommen Sie als Anwender nichts mit, da dies alles innerhalb eines Takts geschieht.

Cool'n'Quiet Technology

Cool'n'Quiet (zu Deutsch: „kühl und leise“) bezeichnet einen Stromsparmodus für Prozessoren des Herstellers AMD. Er stellt eine Verbesserung der PowerNow! Technologie dar und kommt erstmals auch in Desktop-Computern und Servern zum Einsatz. Im Grunde ermöglicht die Technik dem Prozessor, seine Leistung dynamisch an die aktuellen Bedürfnisse anzupassen. Sind die Anforderungen gering, kann dementsprechend Energie gespart werden, indem die Taktrate und Kernspannung gesenkt wird.

Dual Dynamic Power Management

Das Dual Dynamic Power Managment bewirkt bei AMD Prozessoren, dass die Leistungsaufnahme einzelner CPU-Kerne unabhängig voneinander gesteuert werden kann. Dies geschieht in Abhängigkeit von der jeweiligen Nutzung, weshalb der Anwender hiervon nichts direkt mitbekommt und auch keine Einstellungen dafür vornehmen muss.

Enhanced PowerNow!

Dies ist die Weiterentwicklung der Stromspartechnologie von AMD. Statt nur die Kernspannung und Taktrate des Prozessors an die aktuellen Anforderungen anzupassen, werden hier ganze Kerne komplett abgeschaltet. Zum Einsatz kommt die Technik bspw. bei aktuellen Opteron Modellen mit vier Kernen. Diese vier Kerne lassen sich dann getrennt verwalten und bei Bedarf abschalten.

Enhanced Virus Protection

Bei Intel unter dem Namen XD-Bit (Execute Disable) bekannt, verwendet AMD die Bezeichnung Enhanced Virus Protection oder kurz EVP. Hierbei handelt es sich um eine Technik, die die Sicherheit des Computers verbessert, indem ein Programm nicht beliebige Daten, als weiteres Programm, ausführen darf. Ansonsten könnte auf diese Weise Schadcode, also z.B. Viren, in das System eingeschleust werden.

HyperTransport-Technologie

Bei der HyperTransport-Technologie (kurz HT) handelt es sich um einen offenen Industriestandard. Dieser ging aus einem AMD Projekt namens Lightning Data Transport (LDT) hervor und behandelt eine bidirektionale Hochgeschwindigkeitsverbindung zwischen integrierten Schaltkreisen. Kurz gesagt ist HyperTransport vor allem für eine schnelle Verbindung zwischen CPU und Arbeitsspeicher zuständig, damit der CPU möglichst schnell alle benötigten Daten zur Verfügung stehen.

Independent Dynamic Core Technology

Die Independent Dynamic Core Technologie sorgt für mehr Performance, bei verschiedenen AMD CPUs. Wird ein Kern mehr ausgelastet als ein anderer, so wird dessen Taktrate erhöht und die des anderen verringert. Der einzelne Kern kann also einfach gesagt, den aktuellen Prozess schneller abarbeiten. Besonders bei Anwendungen die nur für einen oder zwei Kerne ausgelegt sind kann dies eine Leistungssteigerung bewirken.

PowerNow! Technology

Diese Stromspartechnik für Notebookprozessoren von AMD ist ähnlich zu Intels SpeedStep Technologie. Grundsätzlich wird hier die Rechenleistung an die aktuellen Anforderungen angepasst. Wird also die CPU nur gering belastet, wird die Taktrate gesenkt und die Spannung verringert, um den Stromverbrauch zu reduzieren und längere Akkulaufzeiten zu ermöglichen. Der Anwender bekommt von diesem Wechsel nichts mit, da er innerhalb von Sekundenbruchteilen stattfindet.

PowerNow! technology with OPM

Hinter der PowerNow! Technology with OPM (Optimized Power Management) verbirgt sich eine Technik die grundsätzlich sehr ähnlich zur Cool'n'Quiet Technolgie ist. Sie ermöglicht der CPU die Leistung dynamisch an die aktuellen Anforderungen anzupassen, um Energie zu sparen. Aus Marketinggründen wird dieser Name für die Technolgie insbesondere bei den Opteron Modellen verwendet.


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