Was tut die CPU?

Die CPU ist die Komponente im Rechner, deren Aufgabe die Ausführung von Programmen ist. Ein Programm ist eine Folge von Anweisungen, die auf bestimmte Daten angewendet werden sollen. Dazu gibt es enorm (wirklich enorm) viele Grundlagen und äußerst unterschiedliche Ansätze. Über die Zeit hat sich ein Ansatz im Desktop-Markt durchgesetzt (x86). Diesen Ansatz verfolgen die großen CPU-Hersteller nun seit bald 40 Jahren. Dabei sind die modernen CPUs mittlerweile so komplex, dass eine detaillierte Erklärung hier weder möglich noch sinnvoll wäre. Ein allerdings wahnsinnig wichtiger Fakt ist, dass eine CPU viel mehr ausmacht, als für den Laien erkennbar ist.

Typische Angaben zu CPUs sind Kernzahl und Takt. Der einzige Grund, warum diese Angaben allerdings überhaupt wenigstens ein Bisschen Aussagekraft besitzen, ist, dass diese vom Käufer praktisch immer im Vergleich zu anderen, recht ähnlichen CPUs betrachtet und eingeschätzt werden. Innerhalb einer Architekturgeneration eines Herstellers, bedeuten mehr Takt und mehr Kerne tatsächlich mehr Leistung. Betrachtet man zusätzlich das Angebot eines anderen Herstellers, kann es allerdings schon falsch sein, die Leistung nur anhand dieser zwei Zahlen zu beurteilen. Der Takt gibt stark vereinfacht nur an, wie viele Schaltzyklen (Takte) ein CPU-Kern pro Sekunde schafft. Um daran die Leistungsfähigkeit der CPU einschätzen zu können, fehlt das Wissen darüber, wie viel denn ein solcher Takt für meine Anweisungen und dadurch mein Programm bringt, also grob wie viele Anweisungen pro Takt verarbeitet werden können. Dies ist leider keine Information, die man allgemein mit einer schicken Zahl auf die Verpackung drucken kann. Allein die Tatsache, dass ein moderner Prozessor große Mengen unterschiedlicher Anweisungen beherrscht, die unterschiedlich komplex sind und daher unterschiedlich lange brauchen, macht dies sehr schwierig. Eine gute Möglichkeit wäre also, eine sinnvolle gleichbleibende Folge von Anweisungen auf unterschiedlichen Prozessoren auszuführen und darauf basierend zu vergleichen. Eine Folge von Anweisungen wiederum ist ein Programm. Genau solche Programme gibt es dementsprechend auch. Sie nennen sich Benchmarks und sind darauf ausgelegt, die Leistung der Hardware zu ermitteln. Das Problem an Benchmarks ist, dass auch sie nicht alle Szenarien abdecken können und insbesondere, dass sie auch nicht zu weit verbreitet sein dürfen. Das klingt verwunderlich, allerdings hätte ein Benchmark, der so verbreitet ist, dass selbst Laien mit ihm CPUs vergleichen zur Folge, dass die Hersteller ihre Produkte auf diesen Benchmark optimieren würden. Das Ergebnis wären dann unsinnig optimierte CPUs, die wieder mit einer Angabe verkauft werden, die für reale Anwendungen wenig aussagt. Daher werden Benchmarks oft mit realen Programmen durchgeführt und nicht mit speziell entwickelten Tools. Es gibt zahlreiche Online-Redaktionen, die genau solche Tests durchführen und anhand einer Vielzahl dieser Tests werden auch die auf dieser Seite gemachten Empfehlungen ausgesprochen.

Schon weit weniger verbreitet ist die Angabe von sogenannten Hardware-Threads. Sehr grob vereinfacht ist ein Hardware-Thread so etwas wie ein theoretischer Kern, dem ein Programm oder ein Programmteil, ein sogenannter Software-Thread, zugewiesen werden kann. Bei vielen CPUs steht pro Kern ein Hardware-Thread zur Verfügung, sodass jeweils ein Kern einen Software-Thread bearbeitet. Es gibt jedoch auch CPUs, die mehr als einen Thread pro Kern verarbeiten können. Hier kann also ein Kern zwei oder mehr Software-Threads "fast" gleichzeitig abarbeiten. Dadurch kann in einigen Fällen ein Leistungszuwachs erreicht werden. Dieses Feature wird als Multithreading bezeichnet. Auch hier gibt es wieder verschiedene Ansätze, um diese Abarbeitung mehrerer Software-Threads zu ermöglichen. Allgemein gilt aber meist, dass ein zusätzlicher Hardware-Thread weniger Leistungszuwachs ermöglicht als ein zusätzlicher Kern. So sind z.B. in der Regel 4 Kerne schneller als 2 Kerne, die jeweils 2 Hardware-Threads bieten.

Eine Angabe, die zumindest in Online-Shops noch häufig zu finden ist, ist die Größe des Caches. Der Cache, bzw. die Caches, da moderne CPUs davon meist mehrere haben, sind Zwischenspeicher, auf die wesentlich schneller zugegriffen werden kann als auf den RAM, weshalb die CPU dort die benötigten Daten zwischenlagert. Mehr Cache ist prinzipiell gut, allerdings ist Cache auch teuer und nimmt Platz auf der CPU in Anspruch. Cache-Design ist kaum weniger komplex als die CPU-Architektur an sich. Die Cache-Größe zu vergleichen ist also wieder nur bei praktisch identischen Architekturen sinnvoll. Insgesamt kann die Cache-Angabe zur Zeit ohnehin ignoriert werden, da die aktuellen CPU-Designs innerhalb der Produktlinien kaum Unterschiede beim Cache aufweisen und selbst die wenigen Varianten mit reduziertem Cache dabei kaum nennenswerte Leistungseinbußen aufweisen.

Welche CPUs gibt es aktuell?

Aktuell gibt es im Desktop-Bereich für den Heimanwender nur zwei große Hersteller, die sich den Markt teilen. Diese sind Intel und AMD. Nachdem AMD sich lange auf die wenig erfolgreiche Bulldozer-Architektur festgelegt hatte, konnte man hier nun nach einigen Jahren des Stillstandes wieder eine neue, konkurrenzfähige Architektur auf den Markt bringen. Die neuen Modelle mit dieser Architektur hören auf den Namen Ryzen 5 bzw. Ryzen 7. Kleinere Ryzen 3 sollen genauso wie noch stärkere Modelle, bisher ist hier nur der Codename "Threadripper" bekannt, bald folgen.

Mit diesen Modellen leitet AMD eine neue Ära im Bereich der Consumer-CPUs ein. Nachdem hier lange 4 Kerne mit Multithreading den Mainstream-Standard bildeten und bis zu 8/10 Kerne mit Multithreading die Leistungsspitze im teuren Enthusiasten-Segment darstellten, bringt AMD nun mit Ryzen 5/7 6-8 Kerne mit Multithreading in Preisregionen, in denen vorher nur Intels i5 und i7 ihre 4 Kerne mit oder ohne Multi-Threading angeboten haben. AMDs Ankündigung mit "Threadripper" bis zu 16 Kerne für den Desktop anzubieten, setzt außerdem nun Intels Enthusiasten-Lineup stark unter Druck.

Intel, nun unter Zugzwang, reagiert darauf mit einer zeitlichen Vorverlegung der Skylake-X-Reihe und wird statt wie vorher geplant nur bis zu 12 Kerne, bis zu 18 Kerne anbieten. Außerdem deuten die aktuellen Gerüchte darauf hin, dass mit Intels nächster Generation, 6 Kerne auch im Mainstream-Segment zu kaufen sein werden. Bei Intel unterscheidet sich der Mainstream-Markt vom Enthusiasten-Markt durch den verwendeten Sockel. Zu den CPUs passende Mainboards mit dem Enthusiasten-Sockel bieten mehr Funktionen, sind aber auch teurer, während es für den Mainstream-Sockel auch deutlich günstigere Mainboards gibt.

Im Gegensatz zu einigen früheren Generationen, sind für den privaten Gebrauch aktuell beinahe ausschließlich die CPUs interessant, die von den Herstellern auch dafür vorgesehen sind. Geheimtips bei den Server- und Workstation-CPUs wie z.B. Intels Xeon-Prozessoren gibt es praktisch nicht mehr, da Intel die Benutzung dieser CPUs auf normalen Consumer-Mainboards deaktiviert hat und AMD solche CPUs aktuell noch nicht anbietet.

Bei Intel gibt es für den Desktop die Modellreihen Celeron, Pentium, i3, i5 und i7. Mit Skylake-X werden bald i9 folgen. Dabei stellen die Celeron-Modelle die schwächsten und günstigsten Modelle dar, während die i7 (bzw. bald die i9) die leistungsstärksten Spitzenmodelle der Desktop-CPUs darstellen. Prinzipiell sind die CPU-Kerne aber identisch, sodass die Unterschiede innerhalb der Intel-Produktlinie im Takt, der Kernzahl, sowie einigen wenigen weiteren Features liegen. Eines dieser Features ist Hyperthreading, was Intels Ansatz für Multithreading ist. Dabei wird durch eine bessere Ausnutzung der in der CPU vorhandenen Rechen- und Speichereinheiten sozusagen ein zweiter Software-Thread mit hinein gequetscht. Je nach dem, wie gut die Anwendung mit mehreren Hardware-Threads skaliert, kann bei einem 4-Kerner ein Leistungsplus von gut 20-50% erzielt werden. Das Leistungsplus kann aber auch komplett ausbleiben, wenn die Anwendung mit den zusätzlichen Hardware-Threads wenig oder gar nichts anfangen kann.

Intel Desktop-CPUs:

Dabei stellt der Eintrag "i7 (X)" Intels High-End-i7 dar, die auf einem anderen (teureren) Sockel betrieben werden. Sie sind von der Bezeichnung her bisher leider nicht so offensichtlich gekennzeichnet. Man erkennt sie an ihrer Modellnummer. Dabei ist die erste Ziffer, also eigentlich die Nummer der Generation, um eins höher als bei den kleineren Prozessoren der selben Generation. Von den kleineren Prozessoren der nächsten Generation kann man sie unterscheiden, da die letzten Ziffern 800 oder höher sind und die Mainstream-Prozessoren des kleineren Sockels dort alle unter 800 liegen. In der Broadwell-Generation ist der stärkste i7 für den Sockel 1150 z.B. der 5775C, während die High-End-Broadwell auf Sockel 2011-3 mit dem 6800K beginnen. Die Skylake-Generation heißt im Mainstream entsprechend 6XXX und wird im High-End-Bereich dann 7XXX heißen. Hier werden die High-End-Modelle dann jedoch erstmals in i7 und i9 unterteilt. Außerdem wird es aus dem 7XXXer-Mainstream mit Namen Kaby-Lake einen i5 und einen kleinen i7 für den Enthusiasten-Sockel geben.

Aktuelle Intel Generationen: Kaby-Lake (allgemein Sockel 1151, i5-7640K und i7-7740K Sockel 2066), Skylake (ab 7800K Sockel 2066, noch nicht verfügbar), Broadwell (ab 6800K Sockel 2011-3, wird bald abgelöst).

In Intels Serverbereich gibt es wie bereits erwähnt beinahe keine für den Privatanwender empfehlenswerten CPUs mehr. Im Folgenden werden daher nur der Vollständigkeit halber die Bezeichnungen der Xeon-CPUs erklärt.

Intel Server/Workstation-CPU:

Auch wenn es einige Modelle, wie z.B. den E5-2687W gibt, die prinzipiell z.B. auch für High-End-Gaming zweckentfremdet werden können, ist ein Kauf von Xeon-Prozessoren für solche Zwecke aktuell nicht zu empfehlen, da sowohl AMD als auch Intel kurz vor der Veröffentlichung von hochtaktenden Prozessoren mit vielen Kernen stehen ("Threadripper" und i9).

AMD bietet an klassischen, für den Desktop bestimmten CPUs aktuell die Ryzen-Reihe an. Darüber hinaus findet man noch häufig die A-Serie. Letztere stellen jedoch keine (bzw. nicht nur) CPUs im klassischen Sinn dar, sondern werden als APU (Accelerated Processing Unit) bezeichnet. "Accelerated", also "beschleunigt", klingt zunächst einmal besser als "central", mehr als eine Marketingverwirrung ist dies jedoch nicht. Es handelt sich viel weniger um bessere oder schnellere CPUs, sondern vielmehr um CPUs, die eine stärkere Grafikeinheit mit an Bord haben. Bei alleiniger Betrachtung der CPU-Leistung, ist diese sogar teils deutlich geringer als bei vergleichbaren CPUs. Wird die Grafikeinheit nicht genutzt oder gebraucht, so ist daher von diesen Modellen prinzipiell abzuraten. Aktuell trifft dies insbesondere auch deshalb zu, weil AMDs neue Ryzen-Architektur bisher noch nicht in die APUs Einzug gehalten hat. Diese setzen bisher noch auf eine Überarbeitung der nicht zu empfehlenden Bulldozer-Architektur.

Da die Ryzen-Modelle bisher noch nicht so zahlreich sind, werden hier alle Modelle aufgelistet.

AMD Desktop-CPUs:

Die Modelle mit einem "X" hinten an der Bezeichnung verfügen über AMDs "XFR". Dies ist eine Art zusätzlicher, situationsabhängiger Turbo, der jedoch effektiv fast immer aktiv ist und eine nur geringe Takterhöhung von 50-100 Mhz mitbringt. Das Feature ist daher praktisch mit einem geringfügig höheren Takt gleichzusetzen. Im Allgemeinen stellt es daher kein Kaufargument dar. Jedoch sind bei den Modellen mit XFR teilweise auch die Basis- und normalen Turbo-Taktraten deutlich höher eingestellt, sodass diese mitunter trotzdem empfehlenswert sein können. Einige Modelle verfügen außerdem über durchaus brauchbare Boxed-Kühler, also Kühler, die der CPU bereits ohne Aufpreis beiligen. Allen Ryzen-CPUs gemeinsam ist außerdem die Übertaktungsmöglichkeit. Verschiedene Tests haben außerdem gezeigt, dass die günstigeren Modelle bei Übertaktung durchaus auch dieselben Taktraten erreichen, wie die teureren Modelle. Außerdem ist der Turbo-Takt des Ryzen 7 1800X schon sehr dicht am Maximum. Nur wenige CPUs kommen nennenswert über die 4 Ghz hinaus.

Empfehlungen

Hier findet ihr ein paar empfohlene Modelle. Was sie leisten und wozu sie sinnvoll sind, findet ihr weiter oben. Wenn ihr wissen wollt, für welches Gesamtbudget und welchen Zweck die einzelnen Modelle im kompletten Rechner sinnvoll sind, dann durchstöbert einfach die Zusammenstellungen.

Gaming:

~60€ Intel Pentium G4560

~170€ AMD Ryzen 5 1500X

~225€ AMD Ryzen 5 1600X 

~285€ AMD Ryzen 7 1700

~340€ AMD Ryzen 7 1700X

Computing (für Anwendungen, die viel Multi-Thread-CPU-Leistung brauchen, mehr oben):

~170€ AMD Ryzen 5 1500X

~225€ AMD Ryzen 5 1600X 

~285€ AMD Ryzen 7 1700

~340€ AMD Ryzen 7 1700X

~4320€ 2x Intel Xeon E5-2687W v4