Intels neue Strategie: Energieeffizienz

Inmitten der zunehmenden Konkurrenz durch Advanced Micro Devices (AMD) ändert Intel seine Philosophie bei der Chipherstellung: Es schenkt dem Leistungsbedarf seiner Mikroprozessoren mehr Aufmerksamkeit.

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Im Juli 2006 wird der Chiphersteller einen neuen Mikroprozessor namens Core 2 Duo auf den Markt bringen, der für Laptops und Desktops entwickelt wurde. Der neue Chip basiert auf Intels aktueller Chiparchitektur, die die traditionelle Single-Core-Verarbeitung durch zwei Rechenzentren auf einem einzigen Chip ersetzt. Das Unternehmen sagt, dass der Core 2 Duo eine bessere Leistung als sein aktueller Dual-Core-Chip erbringen und energieeffizienter sein wird, was dazu führen könnte, dass Laptop-Akkus länger halten und Desktop-Tower kühler laufen.

Auf den Stromverbrauch von Mikroprozessoren zu achten, sei ein relativ neues Konzept für das Unternehmen, sagt Steve Pawlowski, Senior Fellow bei Intel. Historisch gesehen war die wichtigste Kennzahl in der Branche die Prozessorleistung – die Geschwindigkeit, mit der ein Prozessor eine Aufgabe erledigen kann, beispielsweise die Berechnung einer Tabellenkalkulation. Wir haben uns immer auf Leistung auf Kosten der Leistung [Verwendung] konzentriert, sagt Pawlowski.



Aber es gab grundlegende Veränderungen auf dem PC-Markt, die zuerst AMD und jetzt Intel dazu veranlassten, Mikroprozessor-Designs zu überdenken. Erstens sind mobile Geräte für viele Verbraucher zum primären PC geworden – die kein Gerät wollen, das schnell einen Akku leert oder zu heiß wird. Darüber hinaus verschwenden Transistoren mit abnehmender Größe eher Strom durch einen physikalischen Prozess, der als Leckage bezeichnet wird, sagt Kevin McGrath, ein AMD-Stipendiat – und je mehr Transistoren auf einem Chip sind, desto mehr Strom wird verschwendet.

AMD arbeitet seit mehreren Jahren an effizienteren Mikroprozessoren, und nun versucht Intel, gleiche Wettbewerbsbedingungen zu schaffen. Sowohl Intel als auch AMD haben einen Teil des Problems angegangen, indem sie ihre Chip-Reihen auf Dual-Core-Prozessoren umgestellt haben (siehe Multicore Mania, Dezember 2005), was sich als eine Möglichkeit zur Effizienzsteigerung herausstellt. Interessanterweise kann der Zugriff auf mehrere Kerne eine sehr energieeffiziente Art der Berechnung sein, sagt Milo Martin , Professor am Fachbereich Computer- und Informationswissenschaften der University of Pennsylvania.

Drei Aspekte von Multicore-Chips machen sie effizienter. Erstens, wenn ein Chip mehr als einen Kern hat, kann die Geschwindigkeit, mit der jeder Kern rechnet, verlangsamt werden, ohne die Geschwindigkeit des gesamten Chips zu beeinträchtigen. Durch Verlangsamen der Taktrate, erklärt Martin, können Ingenieure die Rechenrate eines einzelnen Kerns um den Faktor fünf senken. von einem Gigahertz bis 200 Megahertz, und der Kern verbraucht nur ein 30stel der Leistung. Dann, sagt er, werde selbst dann, wenn fünf dieser Kerne auf einem einzigen Chip montiert würden, nur ein Sechstel der Leistung verbraucht, aber die Gesamtrechenrate von einem Gigahertz aufrechterhalten.

Zweitens reduzieren kleinere Prozessorgrößen den Stromverbrauch. Die Anzahl der Transistoren, die jeder Kern hat, und die Menge an Silizium, die sie aufnehmen, bestimmt den Stromverbrauch des Kerns – kleinere Prozessoren haben weniger Transistoren und verbrauchen daher weniger Strom als größere Prozessoren. Bei einem Dual-Core-Chip ist die Gesamtzahl der Transistoren größer als bei einem Single-Core-Chip, aber jeder Kern hat weniger Transistoren, was ihn energieeffizienter macht.

Drittens können einige der Prozessorfunktionen, wie zum Beispiel die Steuerung des Speichers, zwischen den Kernen geteilt werden, so dass jeder Kern weniger Energie verbraucht, indem er keine redundante Aufgabe durchführt.

Der Übergang zu einer Multicore-Architektur ist also eine offensichtliche Möglichkeit, Energie zu sparen, und sowohl Intel als auch AMD haben dies getan. Aber sie suchen nach anderen Wegen, um Effizienz zu schaffen. Wie Pawlowski erklärt, kann auch die Verwaltung von Prozessoren auf Schaltungs- und einzelner Transistorebene Strom sparen. Bestimmte Schaltungen an einem Transistor sind beispielsweise dazu bestimmt, die Manipulation eines Fotos zu steuern oder eine DVD abzuspielen. Wenn diese Schaltung verwendet werden muss, werden die Transistoren, aus denen die Schaltung besteht, mit einer bestimmten Spannung eingeschaltet. In einem perfekt effizienten Chip würden diese Transistoren nur dann ein- und ausgeschaltet, wenn sie benötigt werden. Aber selbst wenn eine Schaltung im Leerlauf ist, verwenden ihre Transistoren eine kleine Spannung, die langsam aus dem Transistor entweicht, sagt Pawlowski. Diese Leckage erzeugt Wärme und verschwendet Strom.

Obwohl es viele Überschneidungen gibt, wie AMD und Intel dieses Problem der Verschwendung und Leckage auf Schaltungsebene angehen, sind ihre Lösungen unterschiedlich. Intel arbeitet daran, das Problem zu lösen, indem es Schlaftransistoren auf einem Chip anordnet, die die Schaltkreise in jedem Kern mikroverwalten. Diese Transistoren schalten die Spannung zu Transistoren in ruhenden Schaltungen vollständig ab.

AMD versetzt auch Teile des Prozessors in den Ruhezustand, erklärt McGrath; Dies geschieht jedoch, indem ein Algorithmus den Prozessor anweist, in verschiedene Ruhestufen zu wechseln, indem seine Taktrate heruntergefahren wird, damit Standby-Berechnungen nicht so schnell ausgeführt werden. Der Algorithmus kann ein Teil auffordern, in seinen niedrigsten Leistungszustand zu gehen, sagt er, es gibt fünf oder sechs dieser Leistungszustände, die je nach Auslastung des Prozessors verwendet werden.

Intel hat Preise für seine neuen energieeffizienten Chips angekündigt – sie sind günstiger als die aktuellen Angebote von AMD, was den Konkurrenten unter Druck setzen wird. Für Intel wird der Test, ob seine stromsparenden Chips gut mit AMDs Angeboten konkurrieren können, jedoch erst kommen, wenn die neuen Prozessoren auf den Markt kommen.

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