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Plattformen und Prozessoren

06.12.2000 | 00:00 Uhr |

Zurück an die Spitze will Apple im nächsten Jahr. Der Plan ist simpel. Gigahertz-Power soll enttäuschte Mac-Kunden zurückbringen. Die Realität sieht jedoch anders aus.

Apples Bilanz für das Jahr 2000 fällt weniger gut aus, als sich der Mac-Hersteller das am Jahresanfang sicherlich erhofft hatte. Während die Konkurrenz im Rennen um das blaue Band bei den Prozessoren scheinbar uneinholbar voraus ist, brachte es Apple im Jahr 2000 gerade mal zu einem Prozessor-Update auf 500 MHz. Obwohl die Taktrate eines Prozessors alleine nichts über die Leistung des Chips aussagt, gilt sie doch als psychologisch wichtige Größe. Erfahrungsgemäß greifen unentschlossene Computer-käufer bei gleichen Preisen zu Rechnern mit höheren Taktraten.

4 Gewinnt: Pentium 4 gegen G4

Der Vergleich der Megahertz-Taktung zwischen den schnellsten Prozessoren von Motorola, Intel und AMD belegt Apples Rückstand in diesem Bereich besonders drastisch: Intels neuer Prozessor, der Pentium 4, verarbeitet pro Sekunde 1,5 Milliarden Anweisungen, was einer Taktung von 1,5 Gigahertz entspricht. Der schnellste Mac setzt dagegen Chips mit 500 MHz ein und erreicht ein Drittel der Intel-Taktung.
Dennoch ist beim Vergleich der Taktzahlen Vorsicht angebracht. Risc-Prozessoren (Reduced Instruction Set Computing) wie der G4 von Motorola können bei gleicher Taktung mehr Befehle ausführen als
ihre Cisc-Kollegen (Complex ISC). In der Praxis heißt das, dass ein Cisc-Chip, wie er üblicherweise im X86-kompatiblen Bereich von AMD und Intel verwendet wird, eine komplexe Anweisung (etwa einen Befehl) in mehrere Anweisungen zerlegen muss.
Im Vergleich mit dem Pentium 4 muss man deshalb den Architekturvorteil des Risc-Chips G4, der eigentlich Power PC 7400 heißt, berücksichtigen. Der Pentium 4 ist wie der G4 ein 32-Bit-Prozessor, der jedoch anders als dieser auf der Cisc-Technologie basiert. Den Schwenk zur Risc-Technologie auf 64 Bit vollzieht Intel erst mit dem Itanium-Prozessor, dessen Markteinführung zwar für das zweite Halbjahr 2000 geplant war, Intel hat ihn aber noch nicht fertiggestellt. Bereits im Pentium 4 bietet
Intel jedoch ein Verfahren, das den Risc-Vorteil der Konkurrenz ausgleichen soll. Die so genannte "Rapid Executing Engine" führt Integer-Instruktionen mit doppeltem Prozessortakt, also mit bis zu 3 GHz aus. Unbetroffen davon sind aber die Floating-Point-Operationen und die 3D- und Multimedia-Einheiten MMX und SSE2.

4fach: Systembus im Pentium 4

Wichtig für die Geschwindigkeit sind nicht nur die oben genannten Merkmale, sondern auch der Level-2-Cache und der Systembus. Letzterer ist die Leitung zwischen Prozessor und Arbeitsspeicher und taktet meist nicht so schnell wie der Prozessor. Grundsätzlich gilt: Je höher der Bustakt, desto höher ist die Gesamtleistung des Rechners. Während die Power Macs der ersten Generationen lediglich einen Bustakt von 50 MHz zuließen, brachten es die beigen G3-Macs auf 66,7 MHz und Powerbooks auf 83,4 MHz, die blau-weißen G3- und alle G4-Modelle sogar auf 100 MHz.
Im PC-Lager gibt es jedoch schnellere Bussysteme. Die besten Pentium-III-Systeme setzen derzeit auf eine Bustaktung von 133 MHz. Der Pentium 4 katapultiert den Bustakt um das Dreifache nach oben. Mit Hilfe des Intel-i850-Chipsatzes, der auf der Speicherseite Rambus RDRAM benötigt, sollen sich Systembustakte von 400 MHz realisieren lassen. Im Vergleich zu den aktuellen G4-Modellen ist dies ein Verhältnis von 4 zu 1 zu Gunsten des Pentium-PCs.

Cache im vollen Prozessortakt

Der Bustakt des Systems bestimmt auch die Taktung des Level 2-Cache. Zu wichtigen Geschwindigkeitsfaktoren wurden allerdings auch Onboard-, Inline- und Backside-Caches. Ziel dieser Entwicklungen war es, eine schnelle Datenbereitstellung zu bieten. Mit immer höher getakteten Prozessoren konnten der Systembus und die übrigen Systembestandteile nicht mehr mithalten. Damit schnelle Prozessoren jedoch nicht durch diese Komponenten eingebremst werden, versuchten die Computerhersteller einen Zwischenspeicher (Cache) zu schaffen, der höher getaktet ist als der Systembus.
Während die ersten Power-PC- und Pentium-Rechner beispielsweise noch ohne Level-2-Cache auskommen mussten, setzten Pentium-III-Rechner auf 256 KB, die im Prozessorkern untergebracht sind. Der Vorteil: Gegenüber einem Backside-Cache eines Power Mac, der in der Regel mit der halben Prozessorgeschwindigkeit getaktet ist, können die Pentium-III-Prozessoren die volle Taktung des Prozessors nutzen. Der Pentium 4 bietet das gleiche Prinzip: 256 KB Cache im Prozessorkern mit einem Taktungsverhältnis von 1:1 (CPU und Cache). Im Gegensatz zum Pentium III hat sich jedoch die Bandbreite verdreifacht, was einen erheblichen Geschwindigkeitsschub bedeutet. Neu ist der so genannte Trace-Cache, der nach Angaben von Intel die eigentliche Performance-Spritze darstellen soll. Nach dem Prinzip von Transmeta, liegt der Code bereits übersetzt vor und wird nicht wie bisher in einem L1-Befehlsspeicher nach Abruf dekodiert. Dieses Verfahren erspart zusätzliche Wartezyklen.

Intel Pentium 4: Enttäuschung auf hohem Niveau

Papiermäßig sieht es gut aus für den neuen Intel-Chip. Ob er aber im Vergleichstest die Nase vorn hat, ist offen. Mac-Anwender werden sicherlich dazu tendieren, Photo-shop als Referenzanwendung zu betrach-
ten und somit so genannten Realworld-Tests den Vorrang geben.
In einem ersten Vergleichstest, den unser Schwestermagazin PC World (www. pcworld.com/news/article.asp?aid=35083) vornahm, enttäuscht der neueste Prozessor aus dem Hause Intel. Im PC World Bench 2000, der vor allem Office-Anwendungen als Grundlage nimmt, erreichte er nicht den Bestwert von 180 Punkten, den ein Micron Millennia Max mit einem Athlon-1200-GHz-Prozessor erzielte. Der Dell Dimension 8100 mit einem Pentium 4-1500 erreichte 162 Punkte und lag damit noch hinter einem Pentium-III-1000-Rechner von Gateway (167 Punkte).
Unsere Schwesterpublikation TecChannel (www.tecchannel.de/hardware/561/in
dex.html) nahm ebenfalls ein Pentium-4-System unter die Lupe und kam zu ähnlichen Resultaten. Bei den 2D-Benchmarks unter Windows 2000 lag auch ein Athlon-1200-Rechner mit einem Gesamtwert von 233 SYSmark-2000-Punkten vorn. Der beste Pentium-Rechner erzielte dagegen nur 210 Punkte. Der Hersteller gibt einen Wert von 205 Punkten unter Windows 2000 an.
Beide Publikationen attestieren dem Pentium 4 im Vergleich zu den schnellsten Pentium-III- oder Athlon-Systemen keinen herausragenden Geschwindigkeitszuwachs. Im 3D- und Spiele-Bereich kann sich der neue Chip jedoch sehr gut profilieren. Kompilieren die Softwarehersteller ihre Anwendungen auf dem Pentium 4, sind höhere Geschwindigkeiten des Prozessors zu erwarten. Sein Potenzial kann man allerdings mit synthetischen Tests deutlich zeigen.
Interessant sind beispielsweise die Vergleichsresultate auf Grundlage der System Perfomance Evaluation Corporation (siehe www. specbench.org). Die Ergebnisse der neuesten Testsuite, der SPECmark 2000, sprechen eine klare Sprache: Im Integer-
Bereich lässt der Pentium 4/1500 die Konkurrenz um mehr als 20 Prozent hinter sich zurück. Im Fließkomma-Test sind es sogar bis zu 50 Prozent. Wie der ebenfalls im Fließkomma-Bereich starke Power Mac G4 im Vergleich mit einem Pentium 4 abschneidet, haben wir in unserem Testlabor gemessen.

Pentium 4 im Macwelt-Test

Im Macwelt-Test vergleichen wir einen übertakteten Pentium 4 mit 1,6 Gigahertz mit einem Power Mac G4/450 MP. Unser Pentium 4 ist mit 256 MB RAM, einer GeForce2-GTS-Grafikkarte mit 32 MB Vi-
deospeicher die via 4xAGP-Grafikbus mit dem System verbunden ist. Als Betriebssystem setzen wir Windows 2000 ein. Der Power Mac hat ebenfalls 256 MB Arbeitsspeicher, und verwendet die Grafikarte ATI Rage Pro 128 mit 16 MB Videospeicher, die einen 2xAGP-Grafikbus verwendet. Auf dem Rechner ist Mac-OS 9.0.4 installiert.
Um die Leistung des Prozessors und der Systemarchitektur (Busgeschwindigkeit, Prozessor Bandbreite, Cache-Größe) zu messen, benutzen wir Unreal Tournament mit Software-Rendering, Cinema 4D und Photoshop. Die reine Prozessor- und Cache-Leistung zeigt der RC5-Test sehr deutlich an. How Fast Grafik gibt zusätzlich Auskunft über die Grafik-Leistung des Systems.
Photoshop bleibt Mac-Domäne
Als Grundlage dienen unter anderem 21 Photoshop-Berechnungen der Benchsuite "PS5Bench", die man sich unter :www.macwelt.de/_magazin herunterladen kann. Beide Testsysteme setzen Photoshop 5.5 ein und verwenden eine 10 MB große Datei.
Der Pentium 4/1600 erledigt die 21 Berechnungen in 118 Sekunden und verzichtet dabei auf zusätzliche Beschleuniger (SSE2). Schaltet man diese (Altivec) im Mac ebenfalls aus und verwendet nur einen Prozessor, vergehen rund 127 Sekunden bis der Test zu Ende ist. Mit Altivec-Beschleunigung überholt der Power Mac den Pentium und braucht für die Berechnung rund 117 Sekunden. Noch flotter geht es, wenn man den zweiten Prozessor im PS5Bench sowie die Lightning-Effects-Beschleunigung aktiviert, dann vergehen 108 Sekunden.
Der 50 MHz schnellere Power Mac G4/500 stand uns für den Test zwar nicht
zur Verfügung, er dürfte den "PS5Bench" allerdings rund sieben bis zehn Prozent schneller erledigen. Generell gilt: Der Pentium ist in einigen Aufgaben (Beleuchtungseffekte, Unscharf maskieren, Aquarell) dem Power Mac G4 zum Teil überlegen. Verwendet der Mac jedoch seinen zweiten Prozessor und die Altivec-Einheit, lässt er den über 1000 MHz schnelleren Pentium 4 hinter sich. Besonders deutlich zeigt dies der Befehl "Drehen 9 Grad". Hier benötigt der Mac 1,97 und der Pentium-Rechner rund 6,5 Sekunden.

Pentium gewinnt Cinebench

Während das Altivec- und MP-optimierte Photoshop keine allzu großen Unterschiede zwischen G4 und Pentium 4 zeigt, sieht es im Cinebench 2000 anders aus. In diesem Benchmark, in dem die Rendering-Leistung auf der Grundlage der Software Cinema 4D gemessen wird, bekommt man Werte für 2- und 3D-Operationen ebenso wie für einen und mehrere Prozessoren. Cinebench ist Altivec-optimiert, jedoch nicht für SSE2. Laut Hersteller Maxon würde eine SSE2-Anpassung zu Lasten der Rechengenauigkeit gehen und zudem auch keinen großen Geschwindigkeitsvorteil bringen.
Im Raytracing-Test misst Cinebench 2000 die Prozessorleistung. Während ein Pentium-Rechner mit rund 133 MHz den Wert 1 erreicht, gewinnt Intels neuer Chip in dieser Disziplin das blaue Band - und zwar sehr deutlich. Mit einem Wert von 14,47 lässt der Pentium 4/1600 den Power Mac G4/450 mit 5,94 recht deutlich hinter sich. Verwendet man einen Doppelprozessor-Mac, kommt dieser immerhin auf den Wert von 11,13. In diesem Test zeigt der Pentium 4, dass Taktraten des Prozessors und ein schneller Systembus zentrale Faktoren für die Rechnergeschwindigkeit sind. Steve Jobs wird wohl in der nahen Zukunft keine öffentlichen Geschwindigkeitstests auf der Cinebench-Basis machen.

RC5-Test: Macs mit Volldampf

Sehr wohl könnte der Apple-Boss jedoch zum RC5-Test (www.distributed.net/rc5) greifen. RC5 ist eine Initiative der Distributed.net-Organisation, die das Ziel hat, die RC5-Verschlüsselungsmethode mit 64 Bit Schlüssellänge der RSA zu knacken. Um die gewaltige Aufgabe zu lösen, stellt Distributed.net Clients für mehrere Computer-plattformen zur Verfügung, die sich am Knacken des Codes beteiligen. Die Software misst insbesondere die CPU-Leistung. Da sie im Gegensatz zu 3D-Anwendungen wie Cinebench nicht die Bandbreite des Prozessors und des Systembusses berücksichtigen muss, schneidet der Mac in diesem Test im Vergleich zu Cinebench, wo der Pentium den Vorteil seines schnellen Systembusses ausspielen kann, besser ab. Für den Mac verwenden wir den "Dnetc"-Client v2.8010.462, der Pentium-Rechner arbeitet mit der Windows-NT-Version v.2.8010.463b.
Der Power Mac G4/450 überprüft im Benchmark 4,06 Millionen Schlüssel pro Sekunde. Mit zwei Prozessoren kann der G4 seine Leistung auf 7,58 Millionen Schlüssel steigern. Der Pentium 4 schneidet in diesem Test mit 2,09 Millionen Schlüsseln sogar schlechter ab als ein AMD Athlon System mit 1200 MHz, das über drei Millionen Schlüssel verarbeiten kann. Der Grund für die Überlegenheit des Power Mac liegt insbesondere in der Altivec-Unterstützung der Software. Mit angepasster Client-Software dürfte auch der Pentium 4 bessere Ergebnisse erzielen.

Keine Chance: Unreal Tournament

Unreal Tournament (Patch 420) belastet besonders die CPU und verlangt eine hohe Speicherbandbreite von System- und Videospeicher. Da das Pentium-System mit einer schnellen GeForce2-GTS-Grafikkarte mit 32 MB Videospeicher und 4xAGP-Bus ausgestattet ist, der Mac jedoch nur einen 2xAGP-Bus besitzt und die ATI-Grafikkarte Rage Pro 128 nur 16 MB besitzt, vergleichen wir die Systeme im Unreal-Test ohne Hardwarebeschleuniger. Für das Software-Rendering verwenden wir die Auflösungen 800 x 600 Pixel und 1024 x 768 Pixel bei jeweils 32 Bit Farbtiefe.
Auch in diesem Test kommen die Stärken des Pentium-4-Rechners klar zur Geltung. Im Vergleich hat der Pentium 4 die
Nase deutlich vorne, über den 400 MHz schnellen Systembus kann der Prozessor die Daten deutlich schneller austauschen als über den 100 MHz schnellen Systembus
des G4-Mac. Auch der doppelt so schnelle AGP-Bus macht sich hier bemerkbar. Während der Pentium 4/1600 bei der Auflösung mit 800x600 Pixel mit 42,20 fps (Rahmen pro Sekunde) produziert, bleibt der Mac mit 9,59 fps weit von diesem Wert entfernt. Bei der höheren Auflösung 1024 x 768 Pixel ist das Ergebnis noch deutlicher. Mit 6,47 fps erreicht der Power Mac rund ein Fünftel des Pentiums, der 30,74 fps erzielt.

Grafikleistung: "How Fast Grafik"

Das Macwelt-Testprogramm "How Fast Grafik" gibt Auskunft über die Leistung der Grafikkarte, des Grafikkarten- und Systemspeichers sowie der CPU. Die Software kann man sich kostenlos unter :www.macwelt.de/_magazin herunterladen. Auch in diesem Test bestätigt sich die Dominanz des Pentium-Systems im Grafikbereich. Während der PC 61,4 gefüllte Rechtecke pro Millisekunde darstellen kann, reicht es beim Power Mac G4/450 nur zu 14,2 Objekten. Bei der Messung "Macwelt-Bild pro ms" fällt der Unterschied geringer aus. Hier kommt der Pentium 4 auf 3,6 und der Power Mac auf 1,8 Bilder pro Millisekunde.

Fazit: Pentium 4 trumpft auf

Der Pentium 4 hat sehr viel Potenzial. Er wird dem G4 vor allem in seiner Domäne, dem Grafik- und 3D-Bereich, gefährlich. Der G4-Prozessor kann auf Grund seiner RISC-Architektur einen erheblichen Teil der hohen Taktrate des Pentium 4 ausgleichen. Dieser wartet jedoch mit einer enormen Bandbreite im Prozessor und Systembus auf. Der Vorteil: Der Pentium 4 erzielt vor allem dann gute Werte, wenn es um große Datenmengen geht, die vom Speicher in den Cache und den Prozessor geschaufelt werden müssen. Diese Leistung hat jedoch ihren Preis. Der Grund: teure Rambus-Speicherbausteine, die mit dem 400-MHz-Systembus mithalten müssen. Der P4 mit 1500 MHz kostet zudem rund 800 US-Dollar.

Martin Stein und Markus Schelhorn

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