Leistung und Taktfrequenz

Leistung und Taktfrequenz eines Prozessor stehen in einem direkt proportionalen Verhältnis zueinander. Verdoppelt man die Taktfrequenz, verdoppelt sich auch die Leistung des Prozessors. Dies gilt natürlich nur für die CPU, nicht für das Komplettsystem. Das System selbst läuft mit der Geschwindigkeit des Front-Side-Bus. Dieser Takt steuert z.B. die Anzahl der Zugriffe auf den RAM oder auf andere, periphere Geräte. Die Taktfrequenz des Front-Side-Bus ist jedoch wiederum vom eingesetzten Prozessor abhängig.
Die ersten CPUs liefen mit wenigen Kilohertz, heute ist man in Bereichen über 3500 Megahertz angelangt und in Labors versucht man sich an der 5 Gigahertz-Grenze.

Einige Entwicklungsstufen von Intel-kompatiblen Mikroprozessoren:

CPU	Jahr	Taktfrequenz	Transistoren	ansprechbarer RAM
8086	1978	4,77 MHz	5000	1 MB
286	1982	10 MHz	150 000	16 MB
386	1986	25 MHz	500 000	4096 MB
486	1989	66 MHz	2 Mio.	4096 MB
Pentium	1993	133 MHz	3,8 Mio.	4096 MB
Pentium III	1998	800 MHz	7,5 Mio.	65536 MB
AMD Athlon XP	1999	1000 MHz	22 Mio.	65536 MB
Pentium IV	2001	1500 MHz	32 Mio	65536 MB

 

Auch die Anzahl der Transistoren und das gesamte Prozessordesign beeinflusst selbstverständlich die Leistung. Größerer L1- und L2-Cache können einen Prozessor ebenfalls beschleunigen. Neu Technologien führen zu immer effizienteren Prozessoren. So führen Technologien wie die Intel® NetBurst™ Mikroarchitektur zu einer verbesserten Performace des Prozessors, ohne den Takt zu erhöhen.
Natürlich ist es nicht möglich, den Prozessortakt beliebig zu erhöhen. Je größer der Takt, desto höher die Abwärme des Prozessors. Diese Abwärme entsteht durch die Verlustleistung, verusacht durch Leckströme im Prozessorkern(Die). Deshalb versuchen die Ingenieure die Gatelänge der Transistoren immer weiter zu verkleinern, das Die zu "shrinken". Man definiert anhand der Gatelänge die Fertigungstechnik des Prozessors, man spricht z.B. von der Herstellung des Prozessors in 0,18µm oder 0,13µm Technologie. Zur Zeit wird in der Industrie der Schritt zur 0,08µm-Technologie vollzogen, die Fertigungstechniken wandern damit erstmals in den Nanometerbereich. Generell kann gesagt werden: Je kleiner die Gatelänge der Transistoren, desto geringer die Verlusleistung, desto höhere Taktfrequenzen sind möglich.

Intel ist allerdings mit den Spitzenmodellen seiner Pentium 4 Serie inzwischen an eine Grenze gestoßen, wo eine weitere Erhöhung der Taktfrequenz nur noch unter sehr großen (und damit sehr teuren) Anstrengungen möglich ist. Es werden neue Wege gesucht. Ein Ansatz ist das Design der Prozessoren der neuen Pentium 4 M Serie. Zwar hat man bei diesen Prozessoren beim Wechsel vom Banias - zum Dothan- Kern den Kern weiter geshrinkt, versucht aber gleichzeitig durch Optimierung des Prozessordesigns eine höhere Rechenleistung bei niedrigeren Taktfrequenzen zu erzielen. Die angesprochenen Prozessoren laufen bei Taktfrequenzen zwischen 600 und 2000MHz, sind in ihrer Leistung aber mit den Spitzenmodellen der Pentium 4 Serie mit etwa 3400MHz vergleichbar.

 

 

Dieser Artikel:

Einleitung
RISC und CISC
Der Prozessorcache
Leistung und Taktfrequenz
Erweiterungen des Prozessorbefehlssatzes
Hyperthreading
Leistung und Kühlung
Sockeltypen
Desktop-, Server und Mobil-Prozessoren

Intel-Prozessoren
AMD-Prozessoren

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