Intel Skylake

Bei Skylake handelt es sich um eine Mikroarchitektur, die Intel wieder schrittweise für seine Prozessoren der Serien Celeron, Pentium, Core und Xeon zum Einsatz bringen wird. Die Fertigung von CPUs mit Skylake-Architektur erfolgt unverändert mit 14 nm Strukturbreite. Intel spricht bei Skylake auch von der sechsten Generation seiner Core-Prozessoren.

CPUs schon vor der Architektur vorgestellt

Intel fährt bei Enthüllung seiner neuen Mikroprozessorarchitektur allerdings einen ungewöhnlichen Weg. Normalerweise gibt es zuerst die Details zur neuen Architektur, also was hat Intel am Prozessor geändert, damit Befehle noch schneller und effektiver abgearbeitet werden. Wochen oder Monate später landen dann die ersten CPUs mit dieser Architektur im Handel. Bei Skylake ist es umgekehrt: Schon vor dem Intel Developer Forum - hier werden traditionell neue Architekturen enthüllt - präsentiert der Hersteller mit dem Core i5-6600K und Core i7-6700K sowie dem mobilen Xeon E3-1500M v5 erste Prozessoren mit Skylake-Architektur. Damit sind die relativ unveränderten Cache-Größen und Befehlssätze ebenso bekannt wie die Anzahl der Kerne oder die Taktfrequenzen bei diesen Modellen.

Jetzt hat Intel auf seinem Entwicklerforum enthüllt was sich hinter der Skylake-Architektur verbirgt. Doch auch auf dem IDF hebt sich Intel noch Details zur Architektur sowie die zu erwartenden Modellserien für Tablets, Notebooks oder Desktops auf. Vermutlich will der Hersteller für die IFA in Berlin Anfang September noch Neuigkeiten bezüglich Skylake im Gepäck haben.

Skylake setzt auf Optimierung in allen Bereichen

Zunächst einmal bleibt bei Skylake die Ring-Architektur der Vorgänger unverändert; sprich alle Kerne, der Cache sowie die interne neue Grafik-Engine (Gen9; neunte Generation) kommunizieren bidirektional über 32 Bit Datenbreite untereinander. Allerdings hat Intel die Transfergeschwindigkeit über den Ring erhöht. Ebenfalls am Interconnect Ring hängt die Logik für den Speicher-Controller sowie der PCI-Express-Anbindung. Durch die Ringarchitektur können Prozessoren sehr modular mit unterschiedlicher Kernanzahl, Cache-Größen und interner oder ohne Grafik-Engine produziert werden. Intel unterstützt mit Skylake auch die direkte Anbindung von Embedded DRAM über die Ringarchitektur. Speziell für Skylake-Prozessoren mit integrierter Grafik-Engine ist diese Option interessant.

Höhere Performance erreicht Skylake durch schon dadurch, dass der Prozessorkern "breiter" ist. Pro Taktzyklus kann Skylake mehr Instruktionen laden und dekodieren. Die Architektur handelt dabei weiterhin nach dem Prinzip "Out of Order" (OoO-Architektur), sprich die eingelesenen Befehle werden für eine optimierte Abarbeitung im Prozessor und je nach Auslastung der einzelnen Recheneinheiten im Kern umsortiert. Hierdurch lassen sich alle Recheneinheiten der Kerne optimiert auslasten. Im Vergleich zum Vorgänger Broadwell besitzt Skylake auch ein größeres OoO-Fenster von 224 statt 192, damit mehr anstehende Befehle für die Optimierung im Prozessor vorrätig sind. Die Erhöhung der gleichzeitig zu verarbeitenden Instruktionen macht die Skylake-Architektur zwar komplexer, aber laut Intel auch effizienter. Mit Skylake bringt Intel erstmals innerhalb der Core-Generationen auch jeweils eigene Kernanpassungen für Client- und Server-Prozessoren - und damit sind nicht die üblichen Cache-Größen gemeint.

Für mehr Sicherheit sorgen bei Skylake die neuen Software Guard Extensions (SGX). Mit diesen neuen Instruktionen lassen sich zum Schutz vor Malware abgeschottete Speicherbereiche kreieren.

Stromsparen mit Speed Shift

Um die Prozessoren stromsparender zu machen, besitzt Skylake ein von Grund auf optimiertes"Fine Grain Power Gating". So gibt es ein im Vergleich zu den Vorgängern noch granulareres Energiemanagement in den einzelnen Funktionsblöcken der Rechenkerne, der Grafik-Engine und im Chipsatz. Bei Skylake wird durch "Intel Speed Shift" das Ändern von P-States (Betriebszustände mit definierter Taktfrequenz und Core-Spannung je nach Auslastung der CPU) auch komplett von der Hardware übernommen. Ein steuernder Software-Layer im Betriebssystem ist bei Skylake nicht mehr notwendig. Natürlich muss das Betriebssystem diese neue Funktion unterstützen, was derzeit bei Windows 10 der Fall ist. Der Vorteil ist, dass sich beim Ändern der P-States durch Wegfall des Software-Layers die Latenzzeit deutlich reduziert - somit steigt die Effizienz des Prozessors. Intel spricht auch von einer drastischen Reduzierung des Energiebedarfs beim Video-Playback und dem Ruhemodus von Windows.

Intel hat bei Skylake an sehr vielen Stellschrauben gedreht, um die Performance und Energieeffizienz zu erhöhen. Von radikalen Architekturänderungen hat Intel die Finger gelassen; was angesichts der Leistungs- und Skalierfähigkeit der bisherigen Core-Prozessoren auch wenig verständlich ist. Dafür gibt es in Skylake (je nach Modell) zusätzliche Funktionen wie die Unterstützung von Kamerasensoren. Bis zu vier Kameras mit einer Auflösung von 13 Megapixel lassen sich dann direkt mit Skylake steuern. Auch an die Overclocker hat Intel gedacht und bietet vielfältige Übertaktungsmöglichkeiten für die Kerne, Speicher und Grafik.

Architekturvielfalt nimmt zu

Schon im Jahr 2014 ging Intel von 22 nm Strukturbreite auf den 14-nm-Prozess über. Der erste 14-nm-Prozessor war der Core M. Die Architektur der 14-nm-CPUs heißt bei Intel "Broadwell". Im Vergleich zu den Vorgängern im 22-nm-Prozess mit Codenamen Haswell hat sich an der Architektur der CPU nur wenig getan. Seit dem Start vor rund einem Jahr gingen bis jetzt eine Vielzahl von mobilen Core i3, Core i5, Core i7, Pentium und Celeron mit der Broadwell-Architektur an den Start. Aber auch stromsparende Xeons wie Xeon E3-1285L v4 nutzten diese Architektur. Die "großen" Xeons der E5- und E7-Serie verwenden allerdings noch die 22-nm-Haswell-Architektur.

Intel hat mit Skylake bei seinen Mobile-, Desktop- und Server-Prozessoren nun schon die dritte Architektur parallel im Einsatz. Hinzu kommen noch die Atom-Modelle sowie Quark-CPUs mit jeweils wieder eigenem x86-Design. Nicht zu vergessen sind die immer noch produzierten Itanium-Prozessoren, über die es die letzten Jahre aber zunehmend still wurde. Die IA64-CPUs für Mission Critical Computing wurden und werden zunehmend von den hauseigenen Xeon-E7-Modellen in punkto Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit überholt.

Doch gerade bei den mobilen Prozessoren und den Desktop-Varianten nimmt die Unübersichtlichkeit zu. Hier müssen sich Käufer von neuen Systemen genau über die Modellnummer des verbauten Core i3, Core i5 oder Core i7 informieren. Gerade bei vermutlichen Schnäppchenkäufen ist oft nicht die aktuelle Prozessorgeneration verbaut und die Modellnummer wird gut versteckt. Haben Sie die genaue Bezeichnung der CPU, so können Sie sich auf der Intel-Website ark.intel.com sehr gut über dessen Details informieren. (cvi)