Intel Kaby Lake: 14nm+ und optimiertes Speed Shift steigern Performance
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Nun sind sie da! Mit den neuen „Kaby Lake“ i3/i5/i7 CPUs erweitert Intel erstmals den bisherigen Tick/Tock Entwicklungsprozess um einen neuen dritten Schritt: der Optimierung der aktuellen Mikroarchitektur. Wie üblich startet Intel auch bei Kaby Lake die Einführung von neuen Prozessoren mit den Desktop-CPUs.
Dank des verbesserten „14nm+“ Fertigungsprozesses arbeiten die neuen Desktop Prozessoren noch effizienter – bei gleicher TDP (Thermal Design Power) liefern sie rund 200 MHz mehr an Taktfrequenz. So bringt ein Core i3-7100 Prozessor nun 3,9 GHz statt der 3,7 GHz, die sein Vorgänger Core i3-6100 lieferte. Die TDP bleibt mit 51 Watt jedoch gleich, wie der Vergleich auf ark.intel.com zeigt.
Kaby Lake bringt auch verbesserte Speed Shift Funktionen. Die neuen CPUs schalten damit noch schneller auf die maximale Turbo Frequenz wie Ian Cutress in seinem Beitrag auf AnandTech berichtet. Warum ist das relevant? Um den Stromverbrauch zu reduzieren, senken Prozessoren im Idle-Betrieb ihre Taktfrequenz. Steigt die CPU-Last später an, muss die Taktfrequenz des Prozessors erhöht werden. Ohne Speed Shift dauert dies ca. 100ms – die Steuerung der Frequenz erfolgt dabei durch das Betriebssystem. Bei aktiviertem Speed Shift wird diese Steuerung direkt von der CPU selbst durchgeführt. Skylake-CPUs brauchen damit nur rund 30ms um die Taktfrequenz zu erhöhen. Für Kaby Lake optimierten die Intel Ingenieure nun die Hardwaresteuerung für Speed Shift. Dadurch erreichen die neuen CPUs die maximale Taktfrequenz bereits nach 10 bis 15ms.
Patch für Speed Shift Modus bis Kernel 4.10-rc7
Speed Shift erfordert entsprechende Treiber im Betriebssystem, die Windows 10 beispielsweise schon mitbringt. Linux liefert ebenfalls einen Treiber – den Intel P-State Treiber. Dieser kümmert sich generell um die Steuerung der Taktfrequenz von Intel CPUs. Bei älteren CPUs übernimmt der Treiber die Steuerung selbst, bei neueren CPUs wie Skylake oder Kaby Lake übergibt er die Steuerung an die CPU. Technisch wird dieser Speed Shift Modus von den Entwicklern als Hardware P-States (HWP) bezeichnet. Details zu HWP zeigte der Intel Entwickler Kristen Accardi in seinem Vortrag auf der LinuxCon Europe in Dublin. Damit HWP für Kaby Lake CPUs optimal funktioniert ist Linux Kernel 4.10 oder neuer erforderlich. Aufgrund eines Parameters, der vom Mainboard-Hersteller im BIOS fix gesetzt wird, kann es bis Kernel 4.10-rc7 zu Performance-Einschränkungen bei aktiviertem HWP kommen. Ein Patch des Intel Entwicklers Srinivas Pandruvada behebt dieses Problem.
Weitere Details mit ausführlichen Benchmarks zu Speed Shift hat Brett Howse bereits Ende 2015 auf AnandTech veröffentlicht. Die dort angeführten Tests basieren zwar noch auf den Skylake CPUs. Die Messergebnisse zeigen aber schön, wie die Latenz (zum Beispiel beim Abrufen von dynamischen Webseiten) durch aktives Speed Shift sinkt und Bildschirminhalte damit noch rascher dargestellt werden können. Bei Kaby Lake wird der Effekt noch stärker spürbar.
