Broadwell-E im Test: Intel Core i7-6950X, -6900K, -6850K & -6800K

Im vergangenen August stellte Intel unter dem vor. Deren Vorgänger im Bereich der Desktop-CPUs war unter der Bezeichnung Broadwell erst zwei Monate zuvor an den Start gegangen. Einen derart schnellen Generationswechsel hatte es in der Geschichte von Intel bis dato noch nicht gegeben.

Nicht, dass die fehlerhaft gewesen wären oder an etwaigen inhärenten Architekturproblemen gekrankt hätte. Sie waren einfach nicht wirklich darauf ausgelegt, Intels beliebte Devil’s-Canyon-CPUs zu ersetzen, die sich viele PC-Enthusiasten in der Hoffnung zugelegt hatten, mit der Haswell-Architektur die 5-GHz-Schallmauer durchbrechen zu können.

Anstatt aber das Augenmerk auf eine höhere Rechenleistung zu legen, hatte Intel mit den Broadwell-CPUs vor allem eine Verbesserung der integrierten Grafik forciert: Die Iris-Pro-6200-GPU war in der Lage, selbst bei 1920 x 1080 Pixeln spielbare Frameraten in vielen populären Games bereitzustellen und konnte dadurch selbst AMDs schnellste APUs in die Schranken weisen.

Allerdings arbeiteten die CPU-Kerne mit einer niedrigeren Taktfrequenz als beim Core i7-4790K und Core i5-4690K, wodurch Broadwell in vielen Benchmarks das Nachsehen hatte. Es verwundert somit nicht weiter, dass Intel nur wenig Zeit bis zum Launch von Skylake verstreichen ließ.

Einführung von Prozessorfamilien
Architektur Desktop
Enthusiast/Workstation
Unterschied
in Monaten
Sandy Bridge Januar 2011 November 2011 10
Ivy Bridge April 2012 September 2013 16
Haswell Juni 2013 August 2014 15
Broadwell Juni 2015 Juni 2016 13
Skylake August 2015 noch nicht veröffentlicht

Dennoch war von Anfang an klar, dass wir Broadwell erneut zu Gesicht bekommen würden. Es ist relativ leicht vorhersagbar, wie groß der Zeitversatz zwischen der Veröffentlichung einer komplett neuen CPU-Architektur und der Vorstellung von professionellen Workstation- und Server-CPUs auf deren Basis ausfällt.

Als unsere amerikanischen Kollegen den Xeon E5-2600 v4 mit Broadwell-EP-Design auf Herz und Nieren prüften und wir uns den Xeon E5-2620 v4 im Vergleich mit Haswell-EP, Skylake und Haswell-E vornahmen, war bereits klar, dass es nicht mehr lange bis zum Erscheinen einer Einzelsockelversion für Enthusiasten und Workstation-Nutzer dauern würde.

Mit dem heutigen Launch von Broadwell-E erweitert Intel sein Angebot an High-End-CPUs: Statt drei neuer Modelle bekommen wir gleich vier Prozessoren. Für das Top-Modell werden nach offiziellen Angaben 1723 US-Dollar fällig (Intel hat bis zum jetzigen Zeitpunkt noch keine Euro-Preise kommuniziert) und damit deutlich mehr als der ansonsten übliche Flaggschiff-Preis von um die 1000 Euro. Allerdings erwarten wir auch nicht, dass sich viele Power-User auf dieses Modell stürzen werden.

Schauen wir uns Broadwell-E also zunächst einmal ganz genau an, um zu klären, ob sich ein Upgrade von einer bereits vorhandenen Haswell-E-CPU auf einer Sockel-2011-v3-Plattform überhaupt lohnt.

Broadwell-E und die integrierte Grafiklösung

Während sich Intels Mainstream-Prozessoren weiterentwickeln, werden der integrierten Grafiklösung zunehmend mehr Transistoren beigeordnet. Die Absicht dahinter ist klar und die CPU-Kerne an sich erhalten auch eine Leistungssteigerung. Vier davon im Parallelbetrieb bieten bereits ordentlich Rechenpower. Weniger CPU-Kerne würden sich schnell als Flaschenhals bei der Verarbeitung intensiver Desktop-Workloads erweisen, während mehr Kerne in sehr vielen Szenarien ungenutzt bleiben würden.

Im Hinblick auf die integrierte Grafiklösung sieht es derzeit jedoch so aus, dass Intel selbst dann hinter den schnellsten dedizierten Grafikkarten zurückbleiben würde, wenn es so viele Execution Units wie irgend möglich in die Grafik-Engine implementieren würde.

Der durchschnittliche Desktop-PC-Nutzer kann sich einfach eine Skylake-CPU schnappen und mit einem bezahlbaren Mainboard paaren und sich dann über ordentliche Allround-Performance freuen, die für die allermeisten Apps und selbst einige Spiele ausreicht.

Diejenigen von uns, die sich einen Gaming-PC zusammenstellen, ignorieren dagegen in der Regel die integrierte Grafiklösung der CPU – für höchste Auflösungen und flüssige Frameraten ist man nach wie vor auf starke Add-in-Karten angewiesen. Das bedeutet wiederum, das ein guter Teil des Fortschritts, den Intel von einer CPU-Generation zur nächsten macht, für diese Zielgruppe letztlich reine Verschwendung ist – und Enthusiasten mögen keine Verschwendung.

Während der Launch der Broadwell-Desktop-CPUs vor allem ein Vorzeigeprojekt war, mit dem Intel 14-nm-Tri-Gate-Transistoren und eine unerwartet leistungsfähige integrierte Grafiklösung zur Schau stellte, richtet die CPU-Schmiede die Anstrengungen bei Broadwell-E wieder auf die Verbesserung des Host-Processing.

Käufer an diesem (High-End-)Ende des Spektrums installieren nunmal ihre eigenen Grafikkarten, Netzwerkadapter und Speicher-Controller, um die Performance zu maximieren. Diese Nutzer sind vor allem auf der Suche nach höchstmöglicher Konnektivität, nicht nach passablen integrierten Extras.

Deshalb wird mit Broadwell-E auch der traditionelle Weg fortgesetzt: Eine höhere Anzahl an CPU-Kernen, ein satter Batzen Cache, ein besserer Speicher-Controller für die Anbindung von On-Die-Ressourcen und die Möglichkeiten, mehr Peripherie über schnelle PCI-Express-Lanes anzubinden.

Alle vier Broadwell-E-CPUs – Core i7-6950X, Core i7-6900K, Core i7-6850K und Core i7-6800K – leiten sich von einer Single-Die-Konfiguration ab, die aus rund 3,2 Milliarden Transistoren zusammengesetzt ist.

Wir beziehen uns bei den folgenden Angaben übrigens auf offizielle Preise in US-Dollar, da Intel noch keine Euro-Preise genannt hat und die Umrechnung ohnehin meist mehr oder weniger 1:1 vorgenommen werden kann.

Core i7-6950X Core i7-6900K Core i7-6850K Core i7-6800K
Base Clock Rate 3.0GHz 3.2GHz 3.6GHz 3.4GHz
Max. Turbo Boost Freq. 3.5GHz 3.7GHz 3.8GHz 3.6GHz
Cores/Threads 10/20 8/16 6/12 6/12
Shared L3 Cache 25MB 20MB 15MB 15MB
PCIe 3.0 Lanes 40 40 40 28
Memory Support DDR4-2400 DDR4-2400 DDR4-2400 DDR4-2400
TDP 140W> 140W 140W 140W
Interface LGA 2011-v3 LGA 2011-v3 LGA 2011-v3 LGA 2011-v3
Price $1723 $1089 $617 $434

Das Flaggschiff Core i7-6950X bietet 10 Kerne und repräsentiert damit den vollständigen LCC-Die. Jeder Kern greift auf zweieinhalb Megabyte Last-Level-Cache zurück, was zusammen einen 25 Megabyte großen Pool für den gesamten Chip ergibt. Die einzelnen Rechenkerne verfügen zusätzlich über einen jeweils eigenen und 32 Kilobyte großen L1-Cache sowie 256 Kilobyte L2-Cache.

Der Core i7-6950X arbeitet mit einem Basistakt von drei Gigahertz, per Turbo-Boost kann er maximal 3,5 GHz erreichen. Intel spendiert ihm den bereits bekannten PCI-Express-3.0-Controller mit 40 Lanes sowie einen Quad-Channel-DDR4-Controller, der nunmehr Übertragungsraten von bis zu 2400 MT/s statt nur 2133 MT/s wie bei der Vorgängergeneration unterstützt. Hyper-Threading steht für die gesamte Core-i7-Familie zur Verfügung, somit kann der -6950X gleichzeitig bis zu 20 Threads verarbeiten.

Trotz aller Änderungen ist Broadwell-E weiterhin kompatibel zu Intels X99-Chipsatz mit seinem LGA-2011-v3-Interface. Für bereits verfügbare Mainboards sollte im Regelfall nur ein Firmware-Update nötig sein, damit die neue Prozessorfamilie problemlos genutzt werden kann.

Es gibt aber auch neue Mainboards wie beispielsweise MSIs X99A Gaming Pro Carbon, das wir für diesen Test nutzen und das Intels alternder Plattform eine Frischzellenkur spendiert, indem es USB-3.1-Gen2-Support, einen Typ-C-Port sowie einen U.2-Anschluss für High-End-Storage-Lösungen bereitstellt.

Bemerkenswert ist, dass der i7-6950X weiterhin identische Basis- und Turbo-Taktfrequenzen wie sein direkter Vorgänger i7-5960X bietet, allerdings trotz seiner beiden zusätzlichen Rechenkerne immer noch mit einer TDP von 140 Watt ausgezeichnet wird. Das ist ganz offensichtlich dem Wechsel des Fertigungsprozesses von 22 auf 14 Nanometer zuzuschreiben.

Die beiden im Vergleich zum Core i7-5960X zusätzlichen Rechenkerne schlagen allerdings auch im Hinblick auf den Preis deutlich zu Buche: Während für das Top-Modell der Haswell-E-Baureihe rund 1000 Euro aufgebracht werden mussten, verlangt Intel für den Core i7-6950X voraussichtlich deutlich mehr: 1723 US-Dollar wurden offiziell genannt.

Unter diesem Modell wird der Core i7-6900K angesiedelt, der wie die Core i7-5960X über acht Kerne verfügt und sich voraussichtlich auch in derselben Preisregion von um die 1000 Euro (offiziell: 1089 US-Dollar) bewegen wird. Zwei Kerne weniger bedeuten auch, dass der i7-6900K fünf Megabyte weniger L3-Cache bietet; somit sind es hier genau wie beim i7-5960X insgesamt 20 Megabyte.

Abgesehen vom Geschwindigkeitsvorteil, den Broadwell dank seiner IPC-Verbesserungen gegenüber Haswell ohnehin hat, bekommt der i7-6900K aber auch eine um 200 MHz höhere Basistakt (3,2 GHz) und einen maximalen Turbo Boost von 3,7 GHz spendiert. Im Hinblick auf die zur Verfügung stehende Anzahl an PCIe-Lanes ändert sich im Vergleich zum i7-6950X genau so wenig wie bei der Speicherunterstützung, der TDP und der Kompatibilität zu bestehenden X99-Plattformen.

Der Core i7-6850K bietet sechs Rechenkerne einschließlich Hyper-Threading und dementsprechend 15 Megabyte Last-Level-Cache; somit kann er bis zu 12 Threads parallel verarbeiten. Durch die geringere Anzahl an Prozessorkernen bekommt Intel etwas mehr thermischen Spielraum und kann die Taktraten anheben. Der Basistakt beträgt hier 3,6 GHz (das sind 100 MHz mehr als beim Core i7-5960X), per Turbo-Boost können bis zu 3,8 GHz erreicht werden, wenn nicht alle Kerne voll ausgelastet werden (das entspricht ebenfalls einer Verbesserung um 100 MHz gegenüber der Vorgängergeneration).

Dies ist die dritte und letzte Broadwell-E-CPU, die ganze 40 PCIe-Lanes bietet. Ebenso gibt es DDR4-2400-Speicherunterstützung und erneut eine TDP von 140 Watt sowie ein LGA-2011-v3-Interface. Preislich liegt er wohl auf Augenhöhe mit dem Vorgänger: Bei Abnahme von 1000 CPUs verlangt Intel 617 US-Dollar pro Stück.

Ebenfalls über sechs Kerne verfügt der nächst kleinere Core i7-6800K, der mit 3,4 GHz (Basistakt) bzw. bis zu maximal 3,6 GHz (Turbo Boost) zu Werk geht. Genau wie beim i7-6850K gibt es 15 Megabyte L3-Cache, Quad-Channel-Support bis DDR4-2400, 140 Watt TDP und LGA-2011-v3-Anbindung. Allerdings wurde die Anzahl der zur Verfügung stehenden PCI-Express-Lanes von 40 auf 28 beschnitten.

Zum Deal-Breaker sollte dieser Beschnitt um 12 Lanes allerdings nicht werden: Nvidia hat unlängst angekündigt, dass die aktuelle Generation der Pascal-Grafikkarten ohnehin offiziell nur den SLI-Betrieb mit zwei Karten erlaubt, zudem ist bei der Grafikkartenanbindung mit 16 im Vergleich zu 8 PCIe-3.0-Lanes nur mit geringen Geschwindigkeitseinbußen zu rechnen.

28 Lanes sind somit immer noch genug für zwei High-End-Grafikkarten, eine über PCIe angebundene Storage-Lösung und selbst für eine zusätzliche Netzwerkkarte, falls diese denn im konkreten Einzelfall überhaupt benötigt wird. Die Frage wird an dieser Stelle nur sein, ob es sinnvoller ist, auf vier Skylake-Kerne mit 4,0 GHz oder sechs Broadwell-Kerne mit 3,4 GHz zu setzen.

Turbo-Boost 3.0: Das Innovations-Extra von Broadwell-E

Obwohl es nicht leicht ist, sich angesichts der Spezifikationen direkt in Broadwell-E zu verlieben, und zudem ausgesprochen schwer, Intel die Beinahe-Verdopplung des Preises für das Top-Modell zu verzeihen, können wir beim heutigen Launch wenigstens über ein Feature berichten, das gerade Enthusiasten zu schätzen wissen werden – wenn wir es denn schaffen, seine Funktionsweise zu enthüllen.

Kleinere Variationen im Hinblick auf die Qualität eines Silizium-Dies, die auf die verschiedensten Variablen während des Fertigungsprozesses zurückzuführen sind, beeinflussen die maximal mögliche Taktfrequenz bei beliebigen Versorgungspannungen. Selbst bei ein und demselben Prozessor ist es üblich, dass bei identischer Auslastung ein Kern kühler bleibt als die übrigen.

Laut Intel bringt die Turbo Boost Max Technology 3.0 die Option mit, die mögliche CPU-Leistung per Software auszulesen, dadurch den stärksten Kern auszumachen und auf diesem dann Single-Threaded-Workloads laufen zu lassen.

Die Idee dahinter ist der Versuch der Maximierung der Zeitspanne, während der die CPU mit maximalen Taktraten arbeiten kann, und erst dann herunterzuskalieren, wenn mehr Kerne genutzt werden müssen.

Das setzt entweder ein entsprechend fähiges Betriebssystem oder einen speziellen Treiber von Intel (“Core Affinitization Driver”) voraus. Wir nutzen diesen speziellen Treiber unter Windows 10 für sämtliche Benchmarks im Test. Intel sieht dieses Vorgehen nicht als Übertaktung an, da die CPU weiterhin innerhalb ihrer Spezifikationen agiert.

Diese Fähigkeit ist nach derzeitigem Wissensstand bei allen vier Broadwell-E-Prozessoren aktiviert. Intel konnte uns nicht sagen, ob es irgendwelche On-Die-Hardware-Anforderungen für die Unterstützung von Turbo Boost Max 3.0 gibt, aber Motherboard-Support ist ein Muss. Wir wären nicht überrascht, wenn wir diese Funktionalität auch bei der nächsten Generation von Mainstream-Prozessoren vorfinden würden.

Turbo Boost Max ersetzt nicht Turbo Boost 2.0 – dieses Feature erhöht weiterhin basierend auf der Kernnutzung die Taktfrequenz bis auf ein vorab definiertes Limit. Stattdessen scheint Turbo Boost Max den “schnellsten” Kern zu selektieren und mit ihm dieses Limit sogar zu überschreiten.

Das Problem ist, dass dies schwierig zu erkennen ist. Es gibt eine prozentuale Nutzungsschwelle, die während eines Bewertungsintervalls überschritten werden muss, damit Turbo Boost Max bei anspruchsvoller Belastung aktiv wird. Standardmäßig liegt diese Schwelle bei 90 Prozent und das Intervall ist 1000 Millisekunden lang.

Unser Single-Thread-Benchmark LAME knackt diese 90%-Marke aber kein einziges Mal, so dass wir bei unserer Suche nach Turbo Boost Max in einem praxisnahen Test nie Taktfrequenzen oberhalb von 3,4 GHz sahen, also immer innerhalb des Turbo Boost 2.0-Bereichs des i7-6950X blieben. Der Single-Core-Benchmark des Cinebench dagegen lastet einen einzelnen Kern dagegen mit bis zu 99,5 Prozent aus, so dass laut ThrottleStop 8.10 Beta 2 bis zu vier GHz vermerkt wurden.

Es gibt natürlich ein Limit, bei dem Turbo Boost Max Technology 3.0 einem nicht länger Vorteile verschafft. In der obenstehenden Grafik ließen wir den Stresstest von Prime95 erst mit einem aktiven Kern laufen. Dann schalteten wir ab, erhöhten auf zwei Threads, schalteten wieder ab und steigerten das Ganze dann auf drei Threads. Der erste Durchgang resultierte in 3,9 GHz Takt, bevor es auf die EIST-bedingten 1,2 GHz zurückging. Als nächsten konnten wir 3,8 GHz notieren. Bei drei aktiven Threads verharrte der i7-6950X schließlich bei 3,4 GHz.

Intel könnte dieses Feature ganz sicher wesentlich besser dokumentieren. Aber wir sind uns nicht sicher, ob Intel mittels Turbo Boost Max 3.0 bis zu vier GHz auf einem i7-6950X garantieren oder einfach nur Enthusiasten signalisieren will, dass sie einen gewissen Grad an zusätzlicher Performance erwarten können – abhängig von der individuellen Qualität ihrer jeweiligen CPUs.

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