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Core i7-870, i7-860 und i5-750 - und Clarkdale - UnCore-Bereich: L3-Cache, Memory Controller

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Seite 6: UnCore-Bereich: L3-Cache, Memory Controller

Der UnCore-Bereich besteht beim Lynnfield-Prozessor aus dem Memory Controller, einem 8 MB großen L3-Cache, dem QPI- und DMI-Controller zur Anbindung des Platform-Controller-Hubs P55, dem PCI-Express-Controller und ein paar Management-Funktionen. Im Vergleich zum Core i7-9xx ist der DMI-Controller und der PCI-Express-Controller in den Uncore-Bereich gewandert, da die Northbridge des Chipsatzes wegrationalisiert wurde. Allerdings gibt es noch weitere Veränderungen, performancerelevant sind vor allen Dingen Änderungen am L3-Cache und am Speicherinterface.

Der 8 MB Shared L3-Cache

Der Cache ist von der Struktur her unverändert - wird jedoch mit einer anderen Taktrate betrieben und ist deshalb schneller (oder auch langsamer) als der L3-Cache des Bloomfield. Beim Core i7-9xx wird der Cache mit der Uncore-Taktrate betrieben, diese ist immer mindestens der doppelte Takt des Speichertaktes. Wurde der Core i7-9xx also mit 1066 MHz betrieben, lief der Uncore-Takt mit 2133 MHz und somit auch der L3-Cache mit 2133 MHz. Verwendete man hingegen 1333 MHz schnellen Speicher, lief der L3-Cache mit 2666 MHz, bei 1600 MHz schnellem Speicher waren es 3200 MHz.

Beim Lynnfield-Prozessor Core i7-8xx und dem i7-750 ist dies nun anders. Beim Core i7-870 und Core i7-860 beträgt der UnCore-Takt 2400 MHz, wobei Intel hier zwischen den Lynnfield-Prozessoren differenzieren kann. Wie der UnCore-Takt ist auch der L3-Cache mit 2400 MHz getaktet, unabhängig vom Speichertakt. Der Takt des L3-Caches hängt nur noch von der Base Clock Rate ab, die - wenn das System nicht übertaktet ist - bei 133 MHz als Basistakt zugrunde liegt.

Beim Core i5-750 betrug der UnCore-Takt nur 2133 MHz, somit besitzt dieser auch nur einen mit 2133 MHz getakteten L3-Cache. Neben dem Fehler von Hyperthreading ist dies also ein weiteres Kennzeichen der Core i5-Serie.

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UnCore-Takt beim Core i7-860 und i7-870

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UnCore-Takt beim Core i5-750

Die Performance des Caches haben wir mittels Rightmark Memory Analyzer gemessen:

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rmma_20090901_004158_0416

Durch den niedrigeren Takt hat der L3-Cache eine deutlich niedrigere Bandbreite im Vergleich zum Bloomfield.
Bei der Latenzzeit des L3-Caches scheint wiederum der Lynnfield minimal bessere Werte zu erzielen.

Allgemeines zum Speicherinterface:

Ein integrierter Speichercontroller kann aus Performancesicht sehr nützlich sein: AMD hielt mit der Integration des Memory-Controllers in den Athlon 64 den damaligen Pentium-4-Gegenspieler lange in Schach. Intel hingegen wehrte sich anfangs gegen eine derartige Lösung, da man mit der Integration in die CPU die Flexibilität etwas aus der Hand gibt: Mit einem neuen Chipsatz ließe sich schnell auf einen neuen Speichertyp umschwenken, ist der Speichercontroller erst einmal in der CPU integriert, muss ein neues Stepping her - und meistens wohl auch ein anderer Sockel oder ähnliches. Die Performancevorteile ließen Intel aber dann doch umdenken - mit der Nehalem-Architektur kam auch ein integrierter Speichercontroller.

Der Memory-Controller des Core i7-9xx:

Intel spendiert dem Core i7-9xx ein Triple-Channel-DDR3-Interface, welches man zunächst für den Betrieb mit DDR3-1066 freigibt. Eigentlich ist hier sehr viel mehr möglich, wir haben den Speichercontroller schon mit bis zu 2280 MHz betrieben. Auch sind schnellere Speichermodule am Markt verfügbar, Intel selber spezifiziert mit der XMP-Technik Module mit 1600 MHz. Doch selbst mit DDR3-1066 steht dem Prozessor eine Bandbreite von 25,5 MB/s zur Verfügung - und das bei extrem guten Latenzzeiten.

Der Core i7-965 bringt jedoch auch Möglichkeiten mit, den Speicher schneller laufen zu lassen. Im BIOS vieler Boards finden sich beim Einsatz eines Core i7-965 beispielsweise Optionen bis zu DDR3-2133 hin. Auch bei kleineren Modellen lässt sich der Speicher hochdrehen. Beachtet werden muss zudem, dass die Uncore-Taktrate vom DDR3-Takt abhängt - sie ist mindestens zweimal so hoch. Bei DDR3-2133 würden der Memory-Controller, der L3-Cache und die sonstigen Uncore-Bereiche demnach auf 4266 MHz laufen - oftmals wohl zuviel.


Der Memory-Controller des Core i7-8xx und i5-750:

Dem Lynnfield spendiert Intel nur ein Dual-Channel-Speicherinterface. Dafür setzt Intel den Takt hinauf, statt 1066 MHz dürfen nun 1333 MHz-Module zum Einsatz kommen. Auch XMP ist hier wieder mit am Start, so dürfen Speichermodule mit XMP im Core i7-870 und -860 auch mit 1600 MHz betrieben werden. Der kleinere Core i5-750 besitzt kein XMP und somit auch nicht die Möglichkeit, mit 1600 MHz Speicher offiziell zu laufen. Im Bios der Mainboards fehlt diese Option auch als Speichermultiplikator.

asusspeicher

ASUS bietet im Bios der Mainboards für den Core i7-870 Speichermultiplikatoren bis 12x bei unseren i7-8xx-Samples an.
Höhere Werte können nur über ein Anheben der Base Clock Rate erreicht werden.
Der Core i7-750 bietet sogar nur 1333 MHz als Maximalwert an.

Auf diversen Boardverpackungen sind auch Taktungen von 2133 MHz und mehr angegeben - diese erreicht man nur durch hinaufsetzen der Base Clock Rate (BCLK), da bei unseren Samples nur ein 12x-Multiplikator für den Speicher als Maximum einzustellen war. Es kann jedoch durchaus sein, dass die Verkaufsversionen andere Multiplikatoren besitzen, da Intel beim Bloomfield-Launch ebenso Samples mit beschränktem Speichermultiplikator an die Presse verteilte. Wir werden diesen Artikel updaten, sobald Informationen über die tatsächlichen Teiler verfügbar sind.

Der UnCore-Takt stieg beim Core i7-9xx immer mit an - beim Core i7-8xx ist dies nicht mehr der Fall. Der Uncore-Bereich wird hier immer mit 2400 MHz getaktet, unabhängig vom Speichertakt. So testeten wir dies mit den Einstellungen 800, 1066, 1333 und 1600 MHz, CPUZ zeigte uns jedoch immer denselben Northbridge-Takt von 2400 MHz an. Daraus folgt, das der Northbridge-Takt hier zwar nicht mehr limitiert bei der Übertaktung des Speichers über den Multiplikator, aber auch die Performance des Uncore-Bereiches etwas niedriger ist, als die Performance des Uncore-Bereichs des Core i7-9xx. Setzt man die Base Clock Rate hoch, steigert sich natürlich auch der Northbridge-Takt, da dieser von der BCLK abhängt.

speichers

Da ein Dual-Channel-Speicherinterface zum Einsatz kommt,
findet man nur noch vier Dimm-Slots auf den Mainboards.

Speicherperformance

In unserem Test des Core i7-9xx im Heft 01/2009 hatten wir überprüft, wie sich die Performance des Prozessors mit unterschiedlichen Speichereinstellungen (Takt, Timings) verändert. Diesen Test haben wir mit dem Lynnfield ebenso wiederholt.

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Es zeigen sich dieselben Resultate wie beim Bloomfield, auch in Real-World-Tests: Sisoft Sandra zeigt schön, dass die Bandbreite bei der Nehalem-Architektur fast nur vom Speichertakt abhängig ist. Die Timings sind nur für die Latenzzeit der Speicherzugriffe wichtig, die allerdings durch den integrierten Speichercontroller sowieso bereits sehr gut sind. Entsprechend lautet unsere Empfehlung beim Tunen eines Nehalem-Systems, zunächst den höchstmöglichen Speichertakt mit seinen Speichermodulen einzustellen, und erst im Anschluß die Timings auf möglichst gute Werte herab zu setzen.

Vergleicht man die Speicherbandbreite zwischen Bloomfield und Lynnfield, erkennt man, dass der Bloomfield beim Einsatz von zwei Speichermodulen die identische Performance erreicht, wie ein normales Lynnfield-System. Es scheint sich also beim Lynnfield auch beim Speichercontroller nichts geändert zu haben - es fehlt nur ein Kanal für das Triple-Channel-Interface.