Intel vs. AMD, Akt 2

Skylake-X und Kaby-Lake-X im Test gegen Ryzen - Modellübersicht: Skylake-X und Kaby-Lake-X

Im Januar hatten wir in unserem Kaby-Lake-Testbericht zum Core i7-7700K bereits über die Kaby-Lake-Architektur vermerkt: "Ein paar Veränderungen hier, ein wenig da...", denn letztendlich hat Intel das letzte große Architektur-Update mit dem Switch von Haswell auf Skylake vollzogen. Kaby Lake war - gemäß der nicht mehr existierenden Intel Nomenklatur - noch nicht einmal ein "Tick", also ein Fertigungstechnologie-Shrink, sondern man setzte nur auf einen neuen, verbesserten Fertigungsprozess in der existierenden 14-nm-Technik, um ein paar mehr MHz aus den Chips herauszuholen. Die Skylake-Prozessoren aus der 6. Core-Generation sind den Kaby-Lake-Prozessoren aus der 7. Core-Generation also von der Architektur her sehr ähnlich.

Skylake-X besitzt dabei im Vergleich zum Vorgänger Broadwell-E die größeren Unterschiede: Beispielsweise werden jetzt die AVX-512-Instruktionen vollständig unterstützt, zudem hat Skylake natürlich auch eine höhere Pro-Core-Performance aufgrund der Architekturveränderungen und letztendlich unterstützen die neuen Skylake-X-Prozessoren auch offiziell Quad-Channel-DDR4-2667 MHz. Zudem kommen die Skylake-X-Modelle mit bis zu 44 PCIe-Lanes, statt bislang bis zu 40 PCIe-Lanes.

Die größten Unterschiede bestehen in der Cache-Architektur, denn hier hat Intel im Vergleich zu Broadwell-E die Zuordnung zu jedem Prozessorkern geändert und weiterhin auch die Größe des L3-Caches angepasst. Statt nur 256 kb L2-Cache pro Prozessorkern bei Broadwell-E besitzt der Skylake-X nun 1 MB pro Core. Ein 10-Kern-Prozessor hatte bei Broadwell-E also 10x 256 kb L2-Cache, bei Skylake-X sind es 10 MB L2-Cache.

Dafür "schrumpft" im Vergleich der L3-Cache, der bei Broadwell-E noch 2,5 MB pro Core groß war, bei Skylake-X nur noch 1,375 MB / Core. Bei einem 10-Kern-Modell sind es also 25 MB L3-Cache bei Broadwell-E, verglichen zu 13,75 MB bei Skylake-X. Zudem wird der L3-Cache non-inclusive, sodass die Inhalte des L2-Caches nicht im L3-Cache gespiegelt werden. Damit beibt die insgesamt verfügbare Menge an Cache nahezu identisch, L2-Cache-Treffer werden aber deutlich wahrscheinlicher. Gleichzeitig geht die Veränderung aber auf Kosten der Komplexität und der Latenzzeit, da eventuell im L2-Cache verfügbare Daten eines Cores von einem anderen Core erst angefragt werden müssen und nicht bereits im L3-Cache vorhanden sind. Intel meint aber, dass durch eine höhere Cache-Trefferrate (L2-Daten sind im Cache bereits vorhanden) größere Geschwindigkeitsvorteile entstehen.

Letztendlich musste sich Intel bei Prozessoren mit so einer hohen Anzahl Kerne auch Gedanken über den Ring-Bus machen. Werden zu viele Daten von den Kernen ausgetauscht, entsteht hier ein Bottleneck. Insofern hat man statt eines Ring-Busses bei den Skylake-X-Prozessoren auf ein Mesh-Interface gesetzt. Ein Core hat so mehrere Verbindungen zum jeweiligen Nachbarkern und tauscht die Daten nicht mehr über den bei Kaby-Lake üblichen Ring-Bus aus. Intels Server-Prozessoren verwenden diese Architektur bereits - und Skylake-X natürlich ebenso, da er eigentlich ein Xeon ist.

Die Architektur-Unterschiede der einzelnen Cores haben wir in der folgenden Tabelle zusammengestellt:

In der Architektur-Tabelle sieht man die weiteren Unterschiede zwischen Kaby-Lake-X und Skylake-X. Der Turbo-Boost von Kaby-Lake unterscheidet sich dabei nicht von Kaby-Lake-X (Version 2.0), die Modelle mit mehr Kernen unterstützen zusätzlich noch die Funktion, die effizientesten und schnellsten Kerne über Software (nativ in Windows 10 vorhanden) zu identifizieren und diese noch einmal ein paar hundert MHz schneller takten zu können, um die IPC-Performance in Single- und Dual-Core-Anwendungen zu beschleunigen.

Weiterhin wird Kaby-Lake-X natürlich massiv an den PCIe-Schnittstellen beschnitten und unterstützt auch nur Dual-Channel-Speicher. Das führt letztendlich zu interessantem Verhalten beim Einsatz von Kaby-Lake-X auf X299-Chipsätzen: Bei einem Board mit acht DDR4-Steckplätzen sind beim Einsatz von Kaby-Lake-X die Channels C1/C2 und D1/D2 abgeschaltet und können nicht verwendet werden. Auch wenn acht Speichersteckplätze vorhanden sind, lassen sich so nur vier nutzen. Weiterhin können auch PCIe-Komponenten komplett deaktiviert sein: Logisch ist dies bei PCIe-Schnittstellen, die mit der geringeren PCIe-Port-Anzahl nicht bedient werden, aber auch bei an die CPU direkt angebundenen Controllern. So blieb ein USB-3.1-Controller auf einem ASRock Taichi X299-Board nach dem Wechsel auf den Core i7-7740X plötzlich tot, während er mit dem Core i9-7900X zu verwenden war.

Interessanter sind die Unterschiede zwischen Broadwell-E und Skylake-X, da hier eine neue Architektur zum Einsatz kommt. Effektiv können wir hier in vielen Bereichen auf unseren Artikel vom Core i7-6700K sowie den IDF-Artikel zu Skylake aus dem Jahr 2015 verweisen, da wir hier die Skylake-Architektur erstmals vorgestellt haben. So konnte Intel erstmals einen schnelleren Speed-Shift imlementieren, hat Veränderungen an den Registern und Puffern vollzogen und diverse weitere Veränderungen implementiert, sodass der Schritt von Broadwell-E auf Skylake-X nicht nur aufgrund der höheren Taktfrequenzen interessant ist, sondern auch aufgrund einer schnelleren Architektur.

Insgesamt bringt Intel folgende CPU-Modelle auf den Markt:

Hinzu sollen im August noch die Skylake-X-Varianten mit 12, 14, 16 und 18-Kernen kommen (z.B. Core i9-7980XE) mit bis zu 1999 USD Kaufpreis. Diese sind natürlich als Reaktion auf AMDs "Threadripper" Prozessors gedacht.