Der Prozessor ist die entscheidende Komponente beim Kauf oder Selbstbau eines Rechners. Daher werben PC- und Notebook-Hersteller gerne mit den Vorteilen der verbauten CPU. Diesen Angaben sollten Sie mit Skepsis begegnen, denn die Anbieter erwähnen meist nur die Maximalwerte des Prozessors für Taktrate und Leistungsaufnahme, die sie in der Praxis aber nur selten oder nie erreichen.
Deshalb ist die scheinbar kundenfreundliche Einteilung der Prozessoren in verschiedene Leistungsklassen eine Falle: Zwar suggeriert ein Modellname wie Core i7 oder Ryzen 7, dass dieser Prozessor leistungsfähiger ist als ein Core i5 oder Ryzen 5. Tatsächlich kann es aber auch umgekehrt sein.
Deshalb sollten Sie Bescheid wissen, was für ein Tempo die CPU unter welchen Bedingungen erreichen kann. So finden Sie vor dem Kauf heraus, welchen Prozessor Sie wirklich brauchen, damit Sie nicht zu wenig Leistung kaufen, aber auch keinen zu hohen Preis zahlen für Tempo, das Sie gar nicht abrufen können. Wenn Sie die CPU in Ihrem Rechner mit diesem Wissen und den vorgestellten Tools prüfen, lassen sich Tempobremsen schnell identifizieren.
CPU-Leistung hängt vom PC ab
Die Leistung eines Prozessors beruht auf der Anzahl der Kerne, seiner Taktrate und der Leistungsaufnahme. Teurere CPUs bieten mehr davon als günstigere, was sich an der Modellbezeichnung erkennen lässt - zum Beispiel hat ein Core i9-13900F mehr Kerne, eine höhere Taktrate und Leistungsaufnahme als ein Core i5-13400F. Allerdings funktioniert dieser Vergleich nur innerhalb einer Produktkategorie, also etwa nur zwischen Desktop-CPUs.
Diese Angaben, die Sie zum Beispiel vom Rechnerhersteller bekommen oder auf den Webseiten von AMD und Intel lesen, gelten aber nur theoretisch. Ob der Prozessor seine Fähigkeiten abrufen kann, hängt vom Rechner ab, in den er eingebaut ist. Die CPU-Leistung in der Praxis beeinflussen vor allem die Kühlung, die grundlegenden Einstellungen des Rechnerherstellers sowie Optionen im Uefi-Bios.
AMD und Intel machen Vorgaben, unter denen der Prozessor optimal arbeitet: Die PC-Hersteller können diese aber verändern. So passen zum Beispiel viele Notebook-Anbieter die Leistungsaufnahme an die Laptop-Kühlung an, damit der Lüfter nicht so oft läuft oder das Notebook gar keinen braucht. Dadurch bietet der Prozessor aber auch weniger Rechenleistung. Ein Beispiel aus der Test-Praxis: Ein Core i7-12700H arbeitet in einem flachen Multimedia-Notebook rund ein Drittel langsamer als in einem großen Gaming-Laptop.
Bei Desktop-PCs ist es häufig umgekehrt: Während sich die Hersteller von Komplett-Systemen meist an die offiziellen CPU-Vorgaben halten, legen einige Mainboard-Hersteller sie flexibel aus oder ignorieren sie sogar. Wenn Sie in einem Eigenbau-PC eine entsprechenden Hautplatine einsetzen, kann die CPU permanent mit maximaler Leistungsaufnahme arbeiten, sofern sie ausreichend gekühlt wird.
Um herauszufinden, welcher Prozessor in Ihrem Rechner arbeitet, genügt ein Blick in die Windows-Einstellungen: Unter "System -› Info" steht bei "Prozessor" die Modellbezeichnung der eingebauten CPU.
So viele Kerne braucht die CPU
Ein wichtiges Unterscheidungsmerkmal von CPUs ist die Anzahl der Kerne. Wie viele Kerne für die gewünschte Leistung ausreichen, hängt von den Programmen und den Funktionen ab, die der Prozessor bearbeiten soll. Eine allgemeine Aussage ist schwierig: Zum Beispiel benötigen viele Aufgaben in Word und Excel nur zwei Kerne. Einige Programmfunktionen, wie das Berechnen umfangreicher Tabellen, profitieren aber von vier Kernen oder mehr.
Üblicherweise verbessert sich vor allem bei Software für Videobearbeitung, Formatumwandlung und Rendering die Leistung, je mehr Kerne die CPU besitzt. Aktuelle Spiele nutzen meist sechs bis acht Kerne. Viele Kerne sind auch dann vorteilhaft, wenn auf Ihrem Rechner mehrere aufwendige Programme gleichzeitig laufen.
So viele Kerne braucht die CPU
Ein wichtiges Unterscheidungsmerkmal von CPUs ist die Anzahl der Kerne. Wie viele Kerne für die gewünschte Leistung ausreichen, hängt von den Programmen und den Funktionen ab, die der Prozessor bearbeiten soll. Eine allgemeine Aussage ist schwierig: Zum Beispiel benötigen viele Aufgaben in Word und Excel nur zwei Kerne. Einige Programmfunktionen, wie das Berechnen umfangreicher Tabellen, profitieren aber von vier Kernen oder mehr.
Üblicherweise verbessert sich vor allem bei Software für Videobearbeitung, Formatumwandlung und Rendering die Leistung, je mehr Kerne die CPU besitzt. Aktuelle Spiele nutzen meist sechs bis acht Kerne. Viele Kerne sind auch dann vorteilhaft, wenn auf Ihrem Rechner mehrere aufwendige Programme gleichzeitig laufen.
Windows verteilt dabei die Arbeit für gleichzeitig laufende Programme (Multitasking) beziehungsweise für parallele Rechenaufgaben eines Programms (Multithreading) möglichst gleichmäßig auf alle Kerne für eine optimale Auslastung des Prozessors – zum Beispiel sind bei einer Software, die zwei Threads nutzt, nicht permanent die zwei gleichen Kerne beschäftigt, sondern alle Kerne zu unterschiedlichen Zeiten.
Je mehr Kerne eine CPU hat, desto größer ist sie und desto höher ist ihre Leistungsaufnahme. Um dies zu begrenzen und trotzdem eine große Kernzahl zu ermöglichen, nutzen Prozessoren Techniken wie Hyperthreading (Intel) und Simultaneous Multithreading (AMD). Ein echter CPU-Kern stellt damit für Windows zwei logische Kerne bereit, auf die das Betriebssystem Aufgaben verteilt. Da sich die logischen Kerne nur einmal vorhandene Hardware-Ressourcen wie Cache-Speicher und Schnittstellen teilen, verdoppelt sich die Leistung damit aber nicht, sondern erhöht sich meist um den Faktor 1,4 bis 1,6.
Bei aktuellen Intel-CPUs seit der 12. Core-Generation lässt sich die Leistungsfähigkeit anhand der Kernanzahl nur noch schwer mit AMD-CPUs vergleichen, weil die Kerne nicht gleichwertig sind: Ein Alder-Lake- oder Raptor- Lake-Prozessor besitzt P-Cores (Performance-Cores) und E-Cores (Efficient-Cores); von den Letzteren meist mehr, da diese kleiner sind. Die leistungsfähigen P-Cores arbeiten mit einem höheren Maximaltakt und sollen die Hauptlast beim Bearbeiten von Programmbefehlen übernehmen. Sie unterstützen außerdem Hyperthreading im Gegensatz zu den sparsameren E-Cores für weniger rechenintensive Aufgaben.
Wie viele Kerne Ihre CPU hat, lässt sich mit Windows-Bordmitteln feststellen; für detailliertere Angaben benötigen Sie ein Systemtool wie Hwinfo 64. Der Windows-Geräte-Manager zeigt unter "Prozessor" mehrfach einen Eintrag mit der Modellbezeichnung der CPU - jede Zeile entspricht dabei einem Prozessorkern. Im Task-Manager sehen Sie im Reiter "Leistung" rechts unten zusätzlich zur Kernanzahl auch, wie viele logische Prozessoren die CPU dem Betriebssystem anbietet.
Hwinfo 64 zeigt die CPU-Ausstattung nach dem Programmstart in der Systemzusammenfassung links unter "CPU": Dort sehen Sie die Anzahl der Kerne und nach dem Schrägstrich die Threads, was den logischen Prozessoren entspricht, beziehungsweise bei neueren Intel-Prozessoren die P- und E-Cores. Diese Infos bekommen Sie auch in der Komponentenübersicht unter "Hauptprozessor" bei "Anzahl der CPU-Kerne" und "Anzahl logischer CPUs".
Je nach den Programmen, die Sie einsetzen, sollten Sie nicht nur auf die Multithreading-Leistung achten, wenn alle CPU-Kerne zusammenarbeiten, sondern auch die Singlethreading-Performance berücksichtigen, bei der nur ein CPU-Kern aktiv ist. Denn für Ihren Rechner ist eventuell eine günstige CPU mit wenigen Kernen, aber hoher Singlethread-Leistung optimaler als ein teurer Multicore-Prozessor.
Wie gut Ihre CPU dabei abschneidet, testen Sie mit dem Cinebench R23: Mit der Einstellung "CPU (Multi Core)" prüft er die Leistung beim Einsatz aller Kerne, mit dem Test "CPU (Single Core)" die Singlethread-Performance. Ein praxisnahes Ergebnis erhalten Sie, wenn Sie bei "File" die Option "Advanced benchmark" aktivieren und bei "Minimum Test Duration" die Einstellung "10 minutes (Test Throttling)" wählen: Dann belastet der Benchmark die CPU vor Beginn des Testlaufs für zehn Minuten, um zu prüfen, ob sie ausreichend gekühlt wird.
Der Rendering-Test von Cinebench zeigt, wie die CPU bei voller Auslastung arbeitet. Wie hoch die Last bei den Programmen ausfällt, die Sie täglich benutzen, sehen Sie in Windows zum Beispiel beim Task-Manager: Klicken Sie dafür auf "Leistung". In der Grafik rechts sehen Sie die aktuelle Auslastung der CPU. Führen Sie einen Rechtsklick in die Grafik aus, und wählen Sie im Kontextmenü "Graph ändern in: Logische Prozessoren". Nun zeigt der Task-Manager, wie stark die einzelnen Kerne ausgelastet sind.
Diese Taktraten erreicht die CPU
Vor der Angabe der Taktrate einer CPU in PC oder Notebook steht meist die Angabe "bis zu". Dabei handelt es sich um den Turbo- oder Boost-Takt: Diesen Maximalwert schafft der Prozessor lediglich für eine kurze Zeitspanne, und er gilt nur für einen CPU-Kern. Außerdem muss die CPU dafür festgelegte Limits für Temperatur und Leistungsaufnahme einhalten. AMD nennt dieses Verfahren Precision Boost 2, bei Intel heißt es Turbo Boost 2.0.
Moderne Prozessoren wechseln ihre Taktfrequenz innerhalb eines festgelegten Bereichs permanent, abhängig von der aktuellen Arbeitslast: Ein Core i5-9600K zum Beispiel taktet von 800 MHz bis 4,6 GHz. Neben diesem Turbotakt steht in den technischen CPU-Daten manchmal auch der- Standardtakt: Nur diesen schafft der Prozessor bei ausreichender Kühlung garantiert auf allen Kernen.
Wie häufig der Prozessor die Taktrate ändert, lässt sich im Task-Manager beobachten, wenn Sie das Menü "Leistung" aufrufen: Dort sehen Sie, dass der Wert bei "Geschwindigkeit" im normalen PC-Betrieb ständig wechselt. Den Taktbereich Ihres Prozessors zeigt Hwinfo 64 an: Gehen Sie dort zu "Hauptprozessor" und klicken Sie auf den Modellnamen der CPU.
Unter "Betriebspunkte" sehen Sie Angaben für CPU-LFM (Low Frequency Mode), CPU-HFM (High Frequency Mode) und CPU-Turbomax. LFM ist die geringste mögliche Taktrate, die die CPU nutzt, wenn sie nichts zu tun hat oder die Leistungsaufnahme reduzieren muss. HFM entspricht dem Standardtakt und Turbomax dem maximalen Turbo- oder Boost-Takt.
Die CPU verändert die Taktrate, indem sie den sogenannten Multiplikator anpasst: Dieser Wert mal dem Grundtakt von 100 MHz ergibt den aktuellen Prozessortakt. In der Zeile "Turbo-Verhältnis-Limits" zeigt Hwinfo 64 den höchsten Multiplikator und damit die maximale Taktrate, wenn unterschiedlich viele Kerne ausgelastet sind: Der Bestwert ist normalerweise nur für einen Kern möglich (1c); je mehr Kerne unter Last arbeiten, desto niedriger wird der Multiplikator. Der erwähnte Core i5-9600K schafft den Maximaltakt von 4,6 GHz nur mit einem Kern, sind alle sechs Kerne ausgelastet, sind nur bis zu 4,3 GHz möglich.
Komplizierter wird es bei Intel-Prozessoren ab der 12. Core-Generation Alder Lake: Hier haben P-Core und E-Core verschiedene Taktbereiche und Zielfrequenzen für Standard- und Turbotakt.
Besonders für High-End-CPUs haben AMD und Intel Techniken entwickelt, damit die Taktrate möglichst häufig über dem Standardtakt liegt: Intel Turbo Boost Max 3.0 sorgt zum Beispiel dafür, dass das Betriebssystem Programme, die nur wenige Kerne komplett auslasten, den schnellsten Kernen zuweist. Bei Alder-Lake unterstützen nur die P-Cores diese Funktion. Thermal Velocity Boost und Adaptive Boost ermöglichen Taktraten über dem Standardtakt, wenn die PC-Kühlung die CPU-Temperatur unter festen Schwellenwerten hält.
Leistungsaufnahme der CPU
Wie hoch der CPU-Takt sein kann und wie lange der Prozessor mit maximaler Taktrate laufen kann, hängt von seiner Leistungsaufnahme ab. Grundsätzlich gilt: Je höher die Leistungsaufnahme, desto schneller arbeitet der Prozessor, umso besser muss aber die Kühlung in PC oder Notebook sein.
Für welche Leistungsaufnahme in Watt eine CPU ausgelegt ist, bestimmt der Hersteller mit der Thermal Design Power (TDP). Bei aktuellen Intel-Prozessoren entspricht sie der Processor Base Power (PBP). Das Kühlsystem im Rechner muss auf die bei dieser TDP entstehenden Abwärme ausgelegt sein, damit der Prozessor dauerhaft mit seinem angegebenen Standardtakt arbeiten kann und nicht zu heiß wird.
Den höchsten Takt erreichen die Prozessoren nur bei einer Leistungsaufnahme über der TDP: Intel nennt diesen Wert Maximum Turbo Power (MTP), bei AMD heißt er PPT (Package Power Tracking). Üblicherweise dürfen die CPUs nur für einen kurzen Zeitraum über die TDP hinausgehen - zum Beispiel 28 oder 56 Sekunden -, bevor der Prozessor die Taktrate senkt, um wieder den TDP-Wert zu erreichen. Bei High-End-Modellen erlauben AMD und Intel die hohe Leistungsaufnahme auch unbegrenzt, solange der Prozessor nicht zu heiß wird.
Für jede CPU machen AMD und Intel Vorgaben zur Leistungsaufnahme: Die PC-Anbieter können diese an die Kühlleistung ihrer Rechner anpassen, indem sie zum Beispiel bei Intel-CPUs die Werte für Power Limit 1 (entspricht der TDP), Power Limit 2 (entspricht der maximal zulässigen Leistungsaufnahme) und Tau (Dauer des Zeitfensters) verändern. Die Angaben für Ihre CPU finden Sie in Hwinfo 64 bei "CPU-Leistungsgrenze 1" und "CPU-Leistungsgrenze 2".
So heiß darf Ihr Prozessor werden
Die wichtigste Voraussetzung für hohe Leistung ist, dass der Prozessor nicht überhitzt. Jede CPU hat eine zulässige Höchsttemperatur - üblicherweise bezeichnet als Tj max (T-Junction). Sie ist vom CPU-Hersteller festgelegt, lässt sich nicht ändern und liegt für die meisten Prozessoren zwischen 90 und 100 Grad. Bei Intel-CPUs finden Sie die entsprechende Angabe auf der Produktseite ark.intel.com in der Zeile "TJunction", bei den Spezifikationen von AMD-Prozessoren steht sie bei "Max.-Temperaturen". HWinfo 64 zeigt diesen Wert bei den CPU-Angaben in der Zeile "CPU-Max. Sperrschichttemparatur". Erreicht eine CPU die Schwelle Tj max, senkt sie Taktrate und Betriebsspannung, um sich abzukühlen.
Reicht dies nicht aus, stoppt und startet der Prozessor seinen Taktzyklus, was den Arbeitstakt noch weiter absenkt. Diese Maßnahmen heißen Throttling. Heizt sich die CPU weiter auf - etwa, weil der Lüfter defekt ist -, schaltet sie sich ab: Der Temperatursensor einer Intel-CPU zum Beispiel löst diesen Befehl bei rund 130 Grad aus.
(PC-Welt)