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Lübeck/Berlin: Krieg der Kerne: Auf dem Weg von Single- zu Multicore-Prozessoren

Lübeck/Berlin : Krieg der Kerne: Auf dem Weg von Single- zu Multicore-Prozessoren

Auf der Jagd nach Geschwindigkeit haben sich die Prozessor-Hersteller längst von Taktfrequenz-Rekorden verabschiedet. Die Leistung sollen nun Prozessoren mit mehreren Rechenkernen je Chip bringen. Während sich die Dualcore-Prozessoren langsam etablieren, sind bereits Rechner mit vier Rechenkernen (Quadcore) auf dem Prozessorchip zu haben.

Für Server und Workstations gibt es sogar schon Chips mit bis zu acht Kernen.

Wie viel Kerne es im Alltag sein dürfen, hängt von der individuellen Nutzung des Rechners ab. Noch vor einigen Jahren mussten für geballte Rechenkraft viele Computer zu so genannten Clustern zusammengeschaltet werden.

In einem nächsten Schritt wanderten mehrere Platinen mit je einem Prozessor in ein Computergehäuse. Und schließlich kamen Multicore-Prozessoren - Chips mit mehreren Rechenkernen, die jeweils als eigenständiger Prozessor fungieren.

Ein großer, stromfressender und komplexer Aufbau sei kleinen und stromsparenden Einheiten gewichen, erklärt Carsten Albrecht, Informatiker am Institut für Technische Informatik der Universität Lübeck. „Die neue Währung ist die Rechenleistung pro Watt.”

Die ersten Chips mit zwei Kernen für den Consumer-Markt brachten AMD und Intel zu Ostern 2005 auf den Markt. Die fortschreitende Integration und der stromsparende Aufbau waren nur ein Grund für die Entwicklung von Mehrkernprozessoren. Ein anderer lag darin begründet, dass immer höhere Taktfrequenzen zwar Geschwindigkeit lieferten, aber die dabei entstehende Hitze nicht mehr zu handhaben war.

Im Labor erreichten die Hersteller Taktfrequenzen von bis zu sieben Gigahertz. „In der Geschwindigkeit können Daten aber gar nicht herangeführt werden, weil der sich nur langsam entwickelnde Speicher bremst”, erklärt Albrecht. Quadcore-Prozessoren für Unternehmen gibt es bereits seit Ende 2005 beispielsweise von IBM oder Sun.

„Die werden da eingesetzt, wo große Rechenleistungen erforderlich sind, beispielsweise um Simulationen im Schiffs- oder Automobilbau zu realisieren”, sagt Albrecht. Seit Anfang 2007 hat Intel auch Quadcore-Prozessoren für den Massenmarkt im Angebot. „Muss ich hochperformant und schnell arbeiten, ist das sicher die richtige Wahl”, sagt Albrecht.

Aber so lange Quadcore-Systeme noch deutlich über 2000 Euro kosten, wird der Käuferkreis zunächst noch eingeschränkt bleiben. Bewegung in den Markt bringen und Quadcore auch für Spieler preislich interessant machen könnte AMDs noch für 2007 angekündigte neue Prozessorgeneration mit Zwei- und Vierkernchips.

Eine „wesentlich höhere Performance” der neuen Prozessoren „innerhalb derselben Grenzwerte für Leistungsaufnahme und Wärmeabgabe wie seine Dual-Core-Vorgänger”, verspricht der Hersteller. Otto Normalverbraucher muss sich am Krieg der Kerne nicht beteiligen. „Brauche ich nur Word und Internet, schaue ich, dass es möglichst günstig ist und nicht, ob es zwei oder mehr Kerne gibt”, sagt Albrecht.

Wer aber intensiver am Rechner arbeitet, wird schnell die Vorteile eines weiteren Kerns schätzen lernen. Rechenintensive Hintergrundprogramme wie Virenscanner, Firewall oder Desktop-Suchmaschine wirken sich beispielsweise nicht mehr so merklich auf die Gesamtleistung aus. Außerdem verringert sich das Risiko von Totalabstürzen des Systems.

„Wenn ein Prozessorkern Probleme hat, bleibt noch der andere für das Troubleshooting.” Kerne sind aber nicht alles. „Wichtig ist außer der Leistung des Prozessorkerns vor allem auch der so genannte Second-Level-Cache, in dem Zwischenergebnisse gespeichert und für die Weitergabe an den Hauptspeicher und den Grafikprozessor bereit gehalten werden”, heißt es bei der Stiftung Warentest in Berlin.

Für datenintensive Anwendungen sollte der Cache möglichst groß ausfallen. Die logisch anmutende Annahme, dass sich bei zwei Kernen die Rechenleistung verdoppelt oder bei vier Kernen vervierfacht, trifft indes nicht zu. Zwar können die Betriebssysteme Windows, Mac OS oder Linux Aufgaben gezielt an die verschiedenen Kerne verteilen.

Der Geschwindigkeitsgewinn dieser so genannten Parallelisierung hängt aber auch maßgeblich davon ab, ob das jeweilige Programm mit Blick auf die Nutzung mehrerer Kerne geschrieben worden ist. Schnell genug werden Rechner vermutlich nie sein können.

Für mehr Geschwindigkeit schrumpfen deshalb die Leiterbahnen der Chips weiter im Nanometer-Bereich, die Anzahl der Transistoren eines Prozessors wird sich dem Moorschen Gesetz folgend weiter alle zwei Jahre verdoppeln und die Forscher werden immer ausgefeiltere Befehlssätze in das Silizium schreiben.

Prozessoren mit acht Kernen sind bereits auf dem Markt - und ein Ende des Core-Zuwachses ist nicht abzusehen. Intel arbeitet nach eigenen Angaben bereits an einer Multicore-Architektur, die möglicherweise eines Tages Dutzende oder Hunderte von Prozessorkernen auf einem einzigen Halbleiterchip ermöglichen kann.