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AMD Zen - Was wir über AMDs neue Prozessorgeneration wissen

Für AMD ist 2016 ein Schicksalsjahr – mit Zen soll eine komplett neue Prozessorgeneration auf den Markt kommen, die endlich wieder Augenhöhe zur Intel-Konkurrenz erreichen soll. Wir haben alle bisher bekannten Informationen zu AMDs Zen-CPUs zusammengetragen.

von Dennis Ziesecke,
28.03.2016 10:00 Uhr

Zen soll die AMD-Prozessoren wieder konkurrenzfähig machen. Und nebenbei das Unternehmen retten. Zen soll die AMD-Prozessoren wieder konkurrenzfähig machen. Und nebenbei das Unternehmen retten.

Mit den 2011 vorgestellten Bulldozer-Prozessoren der FX-Serie hat sich AMD keinen Gefallen getan. Nach zahlreichen Verspätungen waren zum Release selbst hartgesottene AMD-Fans enttäuscht von der durchwachsenen Performance vor allem in Spielen und dem dafür vergleichsweise hohen Energiebedarf. Spieler kehrten AMD vor allem aufgrund der niedrigen Pro-Takt-Performance den Rücken - selbst heute setzen die meisten Spiele weniger auf die parallele Nutzung von mehr als vier Rechenkernen, sondern profitieren eher von einzelnen starken Recheneinheiten wie sie Intel spätestens seit der fast schon legendären Sandy-Bridge-Generation liefert.

Mit Chipentwickler Jim Keller erschuf AMD den K7-Athlon, für Zen gibt Keller ein weiteres Gastspiel bei AMD. Mit Chipentwickler Jim Keller erschuf AMD den K7-Athlon, für Zen gibt Keller ein weiteres Gastspiel bei AMD.

Verantwortlich für die Entwicklung der Zen-Mikroarchitektur ist Chefentwickler Jim Keller, der 2012 mit der Arbeit an Zen begann und mittlerweile, offenbar nach Abschluss des Chipdesigns, das Unternehmen wieder verlassen hat. Keller zeichnete sich 1998 maßgeblich für die Entwicklung der K7-Architektur verantwortlich, aus der AMDs legendärer »Pentium-Killer« Athlon und später (auf K7 aufbauend) der Athlon64 entstanden ist.

Wann genau AMD seine Zen getaufte neue Prozessorgeneration auf den Markt bringen wird ist noch unklar. Geplant ist grob Ende 2016, welche Versionen der Zen-Prozessoren in diesem Jahr erscheinen werden, ist aber nicht bekannt und hängt wohl auch maßgeblich davon ab, wie gut die 14-nm-Produktion anläuft. Wahrscheinlich ist die Produktion kleiner Chipmengen in diesem Jahr und der Beginn der Massenfertigung im Jahr 2017. Erste AM4-APUs werden jedenfalls noch auf Excavator-Kerne setzen und nicht auf Zen. AMD wird Zen sowohl für Server als auch für Desktop-PCs und Notebooks herausbringen. Nichtsdestotrotz gelten zahlreiche Details zu Zen als sicher, beispielsweise durch Vorträge zur Architektur und an Hersteller von Supercomputern herausgegebene Informationen. Wir haben die Informationslage geprüft sowie interessante Fakten und Gerüchte zusammengetragen.

Mehr Leistung pro Kern

Ein großer Vorwurf gegenüber der Bulldozer-Architektur war und ist die geringe Pro-Megahertz-Leistung. Die Instructions per Cycle (IPC), also die pro Taktzyklus ausführbaren Befehle sind bei Spielen eine wichtige Einheit, Titel wie beispielsweise Starcraft II profitieren enorm von einer hohen IPC. Bulldozer bietet hier sogar ein leicht schlechteres Verhältnis als die Phenom-II-Vorgänger. Im Vergleich zu Intel liegt AMD in diesem Bereich weit abgeschlagen, auch wenn die aktuelle Ausbaustufe namens Excavator ein wenig aufholen konnte.

Auch wenn AMDs Zen Intels kommende Kaby-Lake-Prozessoren in Sachen IPC nicht schlagen dürfte, sollte Zen zumindest nah an die aktuellen Intel-Platzhirsche herankommen. Auch wenn AMDs Zen Intels kommende Kaby-Lake-Prozessoren in Sachen IPC nicht schlagen dürfte, sollte Zen zumindest nah an die aktuellen Intel-Platzhirsche herankommen.

Mit Zen soll alles besser werden: AMD verspricht eine um mindestens 40 Prozent bessere IPC im Vergleich zur Bulldozer-Architektur. Mit dieser Steigerung würde AMD zumindest in die IPC-Bereiche von Intels Haswell- und Skylake-Prozessoren vorstoßen und zumindest in dieser Hinsicht konkurrenzfähig werden. Allerdings weiß auch Intel von AMDs kommender Prozessorarchitektur und legt eventuell bei den eigenen zukünftigen CPUs noch eine Schippe bei den IPC drauf - beim den ebenfalls Ende 2016 erwarteten Skylake-Nachfolgern namens Kaby Lake ist das aber sehr unwahrscheinlich.

Fertigungsverfahren modernisiert

Noch fertigt AMD seine FX-Prozessoren und auf Bulldozer basierenden APUs im veralteten 32-nm-Verfahren. Erst mit Zen ist der Umstieg auf die von Intel schon seit einigen Generationen genutzte Fertigung in 14nm geplant. Die schmaleren Strukturbreiten sorgen nicht nur für kleinere (und damit potenziell günstigere) Chips, sondern helfen auch, die Leistung bei gleichbleibendem oder sogar sinkendem Energieverbrauch zu erhöhen - ideal ist ein Kompromiss aus kleinerem und kühleren Chip sowie gesteigerter Leistung für den Desktopeinsatz und zusätzlichen Energiespaßmaßnahmen für Notebook-Prozessoren. Gerade der Mobilmarkt ist aktuell AMDs Sorgenkind, sind die Bulldozer-basierten Prozessoren doch nicht für einen kühlen Kopf und Energiesparfunktionen bekannt. AMD wird erstmals auf die umgangssprachlich auch »3D-Transistoren« genannte FinFet-Fertigungen setzen - diese versprechen eine Reduktion der unerfreulichen Leckströme, die bei niedrigeren Strukturbreiten vermehrt auftreten und alle Energiesparbemühungen zunichtemachen können.

Aus einem solchen Silizium-Wafer werden die fertigen Prozessoren geschnitten. Aus einem solchen Silizium-Wafer werden die fertigen Prozessoren geschnitten.

Gefertigt werden dürfte Zen bei Globalfoundries, AMDs ehemals eigener Chipfabrik also. Aber auch Samsung steht als zusätzlicher Fertigungspartner für das 14nm-FinFet-Verfahren in Verdacht, ebenso wie es auch bei den Polaris-Grafikchips gemunkelt wird. Globalfoundries und Samsung nutzen die gleichen Herstellungsverfahren, sodass die Chips ohne große Änderungen in beiden Werken produziert werden können. Für eine Fertigung bei TSMC müsste AMD hingegen Änderungen vornehmen.

SMT statt Modulbauweise

Intel setzt schon seit dem Pentium 4 auf SMT (Simultaneous Multithreading) und nennt es Hyperthreading. Der Hersteller verbessert so die Auslastung einzelner Rechenkerne indem intern doppelt so viele Threads simultan verarbeitet werden können, wie Kerne vorhanden sind. AMDs Ansatz bei Bulldozer ist CMT (Core Multithreading), bei dem pro Prozessormodul zwar zwei Arithmetisch-logische Einheiten (ALUs) aber nur eine Gleitkommaeinheit (FPU) zum Einsatz kommen. Das erwies sich vor allem für Computerspiele als nachteilig, da diese auf hohe Gleitkommaleistung angewiesen sind.

Mit Zen wird auch AMD auf SMT setzen, der Begriff Hyperthreading ist allerdings von Intel geschützt, sodass AMD sich einen eigenen Marketingbegriff ausdenken muss.

Das Forschungsinstitut CERN ist Kunde bei AMD und gab im Vorfeld einige Fakten zu Zen preis. Das Forschungsinstitut CERN ist Kunde bei AMD und gab im Vorfeld einige Fakten zu Zen preis.

Bis zu 32 Kerne

Nicht nur die wichtige Singlecore-Leistung will AMD verbessern, auch die Menge der Recheneinheiten soll im Zuge der Strukturbreitenverkleinerung steigen. So enthüllte ein Mitarbeiter des CERN in einem Vortrag Pläne für einen neuen AMD-Supercomputer, der auf Opteron-Chips mit bis zu 32 Kernen und 64 Threads setzen wird. Dabei handelt es sich allerdings um einen aus zwei 16-Core-Chips zusammengesetzten Prozessor. Wie Intel wird AMD mit Zen DDR4-Speicher einsetzen, ein zusätzlicher Controller für DDR3 wie bei Skylake ist unwahrscheinlich. Die Server-Varianten sollen gleich acht Speicherkanäle ansteuern können.

Bezahlbar oder auch nur sinnvoll für Gaming-Rechner sind die für 2017 geplanten Opteron-Prozessoren indes nicht. Für Spiele wird auch ein Desktop-Zen mit voraussichtlich vier bis acht Kernen ausreichen. Platz findet Zen dann in neuen Mainboards mit dem einheitlichen Sockel FM4. Dieser soll sowohl für kommende APU mit integrierter Grafikeinheit als auch für Prozessoren ohne eigene GPU geeignet sein. Im Gegensatz zu Intel setzt AMD neuesten Informationen zufolge auch weiterhin auf ein PGA-Prozessormodul, die Pins werden also am Prozessor befestigt sein, so dass beim Einbau weiterhin darauf geachtet werden muss, keines der voraussichtlich 1.331 Beinchen umzuknicken. Nur schade, dass AMD nicht noch sechs ansonsten ungenutzte Beinchen zusätzlich vorsieht, und sei es nur um Geeks und Nerds glücklich zu machen.

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