Seite 1: Skylake und 14 nm am Limit: Der Intel Core i9-9900KS im Test

core-i9-9900ksNach der offiziellen Ankündigung am Montag erfolgt heute der Startschuss des Intel Core i9-9900KS – er ist seit gestern verfügbar, womit wir nun die ersten Benchmarks präsentieren können. Mit dem Core i9-9900KS treibt Intel die Entwicklung der Skylake-Architektur und der Fertigung in 14 nm an die Spitze. Mehr wird man aus der aktuellen Technik wohl kaum für den Desktop bieten können. Der Core i9-9900KS ist aber auch eine Limited Edition, die in gewisser Weise aus dem üblichen Angebot heraussticht.

Dass wir heute – einen Tag nach dem offiziellen Verkaufsstart – diesen Test präsentieren können, ist alles andere als einfach gewesen. Intel konnte uns kein Sample des Core i9-9900KS zur Verfügung stellen: Caseking musste dankenswerterweise aushelfen.

Schauen wir uns nun die technischen Daten des Core i9-9900KS an:

Gegenüberstellung der Prozessoren
  Kerne/Threads Basis-/Boosttakt All-Core-Turbo Speicher TDPPreis
Core i9-9900KS 8 / 16 4,0 / 5,0 GHz 5,0 GHz DDR4-2666 127 W579 Euro
Core i9-9900K 8 / 16 3,6 / 5,0 GHz 4,7 GHz DDR4-2666 95 W507 Euro
Ryzen 9 3900X 12 / 24 3,8 / 4,6 GHz - DDR4-3200 105 W549 Euro
Ryzen 7 3800X 8 / 16 3,9 / 4,5 GHz - DDR4-3200 105 W378 Euro

Der Core i9-9900KS bietet einen Basistakt von 4 GHz auf acht Kernen und kann 16 Threads verarbeiten. Sowohl der Single-Core- als auch der All-Core-Turbo liegen bei 5 GHz. Bisher erreichte dies ein Core i9-9900K nur mit einem Kern und auch der ebenfalls selektierte Core i9-9990XE bringt es nur auf einem Kern auf 5,1 GHz. Nun offiziell bestätigt ist die Thermal Design Power von 127 W, die allerdings nur auf dem Papier eine Rolle spielt.

Der Core i9-9900KS basiert wie gesagt auf der hinlängst bekannten Skylake-µArchitektur. Allerdings wechselt Intel für den Core i9-9900KS vom P0- auf ein R0-Stepping. Die 9x00KF-Prozessoren mit deaktivierter Grafikeinheit, die bereits verfügbar sind, liegen ebenfalls im R0-Stepping vor. Der Core i9-9900KS ist als Prozessor der "Family 6 Model 158 Stepping 13" klar definiert und daher kennen wir auch die Maßnahmen, die Intel hier gegen die Sidechannel-Attacken vorgenommen hat. Intel hat dazu ein Dokument veröffentlicht. Laut diesem schließt Intel mit dem Stepping R0 Spectre v2 in Hardware. Außerdem Meltdown v4, MSBDS (Fallout), MLPDS und MDSUM in Hardware, was zuvor nur per Kombination aus MCU-Firmware und Software möglich war.

Wie sich das Taktverhalten unter Last auf einer unterschiedlichen Anzahl an Kernen darstellt, haben wir einmal in einer gesonderten Tabelle aufgeführt:

Gegenüberstellung der Prozessoren
  Basistakt 1C 2C3C4C5C6C7C8C
Core i9-9900KS 4,0 GHz 5,0 GHz 5,0 GHz
5,0 GHz
5,0 GHz
5,0 GHz5,0 GHz5,0 GHz5,0 GHz
Core i9-9900K 3,6 GHz5,0 GHz 5,0 GHz4,8 GHz4,8 GHz
4,7 GHz4,7 GHz4,7 GHz4,7 GHz

Wir sehen also, dass der Core i9-9900KS immer mit 5 GHz arbeiten möchte, egal wie viele Kerne gerade verwendet werden. Der Core i9-9900K hingegen erreicht die 5 GHz nur für ein bis zwei aktive Kerne planmäßig und arbeitet darüber hinaus mit 4,7 bis 4,8 GHz.

Ein paar Worte zur TDP

Die Thermal Design Power ist weder bei AMD noch bei Intel ein Maßstab, nach dem eine konkrete Einordnung des Verbrauchs vollzogen werden sollte. Bei den Intel-Prozessoren ist die TDP auf den Basis-Takt bezogen. Beim Core i9-9900KS bedeutet dies 127 W bei 4,0 GHz. Wie hoch die Leistungsaufnahme bei allen acht Kernen auf 5 GHz ist, hängt von vielen weiteren Faktoren ab. Der Bezug von Basis-Takt und TDP stellt einzig und alleine sicher, dass die Prozessoren bei Basis-Takt gekühlt werden können. Ist das Potenzial der Kühlung größer, werden höhere Taktraten und schlussendlich ein höherer Verbrauchswerte erreicht.

So kann unter bestimmten Umständen ein Core i9-9900K unter Last einen ebenso hohen Takt erreichen wie ein Core i9-9900KS und ebenso viel verbrauchen. Dem Core i9-9900KS kommt das Binning seitens Intel zugute, denn er wird den Boost-Takt mit einer niedrigeren Spannung erreichen.

PL1-, PL2-, BIOS-Eigenheiten

Bei all dem müssen jedoch die Mainboardhersteller mitspielen. PL1 (Power Limit) entspricht der TDP und diese eben dem Verbrauch, wenn der Prozessor mit dem Basistakt läuft. Dazu gibt es ein Power Limit 2 (PL2), welches als PL1 x 1,25 für 8 s definiert ist. Demzufolge dürfte sich ein Core i9-9900KS bis zu 159 W für eben diese 8 s verbrauchen. Schon hier scheitern viele Mainboardhersteller bzw. ignorieren die Vorgaben und ermöglichen das PL2 deutlich länger.

Noch einen Schritt weiter geht es mit den Tau (Turbo Time Parameter). Diese spielen schon für das PL2 eine Rolle, gehen aber noch einmal etwas weiter. So ist das PL2 bisher als PL1 x 1,25 für 8 s definiert. Diese acht Sekunden können als Zeitfaktor ebenfalls im BIOS verändert werden. Teilweise nehmen Optionen wie das Multi Core Enhancement (MCE) Einfluss auf die Zeitvorgabe. Je nach BIOS können bestimmte Verbrauchsvorgaben gemacht werden – oder diese werden komplett offengelassen und lassen den Prozessor so viel verbrauchen, wie es die maximale Spannung und Temperaturen vorgeben.

Wie PL1, PL2 und Tau behandelt werden, hängt ausschließlich vom BIOS ab. Je nach Hersteller kann es unterschiedliche Vorgaben geben. An die von Intel gemachten Vorgaben hält sich eigentlich kein Hersteller.

Im BIOS des ASRock Z390 Taichi gibt es eine Einstellung zu den Multi Core Enhancements. Ebenfalls vorzufinden sind Einstellungen für PL1, PL2 und Tau. Wir haben die verschiedenen Einstellungen einmal geprüft: Alles, was ASRock hergeben möchte, mit MCE und die Intel-Spezifikationen.

Dies sieht dann wie folgt aus:

Gegenüberstellung der TDP-Einstellungen

PL1PL2Tau Cinebench
Core i9-9900KS (Intel-Spezifikationen) 127 W159 W28 s* 4.741 Punkte
Core i9-9900KS (ASRock-Max) 4.095,9 W4.095,9 W- 5.124 Punkte
Core i9-9900KS (ASRock-MCE)
127 W159 W- 4.941 Punkte
Core i9-9900K (Intel-Spezifikationen) 95 W119 W8 s 4.586 Punkte
Core i9-9900K (ASRock-Max) 4.095,9 W4.095,9 W- 4.898 Punkte
Core i9-9900K (ASRock-MCE) 95 W200 W- 4.769 Punkte

* die Frage der 28 s klären wir nach den folgenden Screenshots

ASRock hält sich mit keiner automatischen Einstellung an die Spezifikationen von Intel. Wird das MCE deaktiviert und die Einstellungen für PL1, PL2 und Tau bleiben auf automatisch, darf sich der Core i9-9900KS 4.096 W genehmigen – sicherlich nur ein theoretischer Wert, der einfach die komplette Spannungsversorgung in Richtung des Sockels öffnet. Mit aktivierten MCE werden 159 W für eine unbeschränkte Zeit freigegeben. Analog gilt dies für den Core i9-9900K mit niedrigeren Werten für PL1, PL2 und Tau.

Etwas verwundert sind wir über zwei unterschiedliche Spezifikationen, die Intel zur PL1, PL2 und Tau herausgibt. In seinem 9th Generation Intel Core Processor Families Datasheet, Volume 1 of 2 (PDF) nennt Intel einen 8-Kern-Prozessor mit 95 W, wie es beispielsweise der Core i9-9900K ist. Hier werden PL1, PL2 und Tau korrekt aufgeführt.

In einem weiteren Dokument aber, welches uns aktuell nur als Screenshot vorliegt, wird auch ein 8-Kern-Prozessor mit einer TDP von 127 W aufgeführt. Der Core i9-9900KS ist ein solcher und hier wird zumindest der Tau-Wert mit 28 s genannt. Darunter sind auch die Daten zu den 95-W-Prozessoren und auch hier tauchen plötzlich 28 s auf. Wir sind aktuell mit Intel in Kontakt, um die Frage zu klären, was denn nun offizielle Spezifikation seitens Intel ist und was nicht.

Update:

Offenbar hat es sich bei der Angabe von 8 s für Tau um einen Fehler gehandelt. Tau ist für die K-Prozessoren seit mindestens zwei Generationen mit 28 s definiert – nur hat Intel das in seiner Dokumentation nie geändert und den Fehler von 8 s immer wieder wiederholt. Inzwischen liegt eine Antwort von Intel vor:

"Intel's base configuration recommendation is PL2 = PL1 * 1.25 and Tau = 28 seconds. However, our customers are allowed to customize these values within specification to better align with their board capabilities.

We allow our customers to configure up to infinite Tau and high PL2 in support of the Core i9-9900KS's power dissipation during all core turbo when running complex workloads. Our customers can choose power delivery and thermal solutions as they see fit to meet their cost targets."

Wir werden die Core i9-9900KS demnach noch nach den Spezifikationen von Tau = 28 s und einem PL1 von 127 W bzw. einem PL2 von 159 W durch durch die Benchmarks schicken und die Diagramme entsprechend aktualisieren.