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(c) by IntelWie der Name schon vermuten lässt, ist "Turbo-Boost" eine Technik, um den Hauptprozessor (CPU) zu beschleunigen. Die "Turbo-Boost" Technik wurde vom Hersteller Intel entwickelt und ist somit nur in deren Prozessoren zu finden. Aber auch der CPU Hersteller AMD nutzt eine ähnliche Technik mit Namen "Torbo-Core".

Was ist Turbo-Boost?

Jeder "PC Schrauber" kennt das sicher: man versucht immer seinen selbst zusammen gebauten Computer auf Höchstleistung zu bringen. Da wird die Kernpannung (Core Stromversorgung) und der CPU Takt, soweit möglich, über die Spezifikation nach oben gesetzt. Dadurch arbeitet der Prozessor teilweise deutlich schneller als auf der Verpackung angegeben. Dieses "Übertakten" hatte aber auch einen gravierenden Nebeneffekt: die Leistung steigt an und eine höhere Leistung hat auch eine höhere Wärmeentwicklung zur Folge. Achtete man nicht auf eine sehr gute Kühlung hatte das den CPU Tod oder zumindest einen Absturz bzw. einen instabil laufenden PC zur Folge.

Turbo-Boost ist nun eine im Prozessor eingebaute automatische Übertaktungseinheit. Da diese direkt vom Hersteller integriert wird, kann Turbo-Boost den Prozessor natürlich nicht beschädigen.

Haben alle aktuellen Prozessoren Turbo-Boost eingebaut?

Nein! Die kleineren Modelle vom Hersteller Intel besitzen (noch) nicht die Turbo-Boost Technik. Auch ältere Prozessoren besitzen diese Technik nicht. Aktuelle Intel Prozessoren, ab der Baureihe Core-i5 (Sandy-Bridge) haben Turbo Boost eingebaut.

Was macht Turbo-Boost?

Aktuelle Prozessoren besitzen heute 2, 3, 4 oder sogar 6 und 8 Kerne. Jeder Kern (Core) ist im Prinzip ein eigenständiger Prozessor. Ältere Software und auch eine Vielzahl aktueller Software ist aber nur für den Betrieb mit einem Prozessor (Kern) programmiert worden. Bestimmte Software (z.B. aktuelle Videobearbeitung) nutzen schon mal 2 Prozessoren (Kerne). Der Prozessor kann allerdings beim Aufruf von mehreren Programmen die Leistung auf die vorhandenen Kerne aufteilen. Dadurch laufen bei einem 4-Kern Prozessor 2 oder 3 Programme fast ungebremst schnell.

Doch was ist, wenn man z.B. auf einem 4-Kern Prozessor nur ein Programm nutzt, dass 2 Kerne ansprechen kann? Die anderen 2 Kerne laufen ohne Last einfach mit und werden eigentlich nicht gebraucht. Genau hier greift dann die Turbo-Boost Technik ein. Schalten Prozessorkerne in den Energiesparmodus, erhöht Turbo-Boost in diesem Fall automatisch die Kernspannung und den Takt der benutzten Kerne, wodurch das Programm dann schneller läuft, da mehr Leistung zur Verfügung gestellt wird.

Wie funktioniert nun Turbo-Boost genau?

Gesteuert wird Turbo-Boost über die C-State Energiesparmodi. Wird vom Betriebssystem von den Prozessorkernen eine Vollleistung gefragt (C-State 0) und andere Kerne arbeiten in einem Energiesparmodus (C1 oder höher) wird der Takt des aktiven Kerns und die Kernspannung automatisch in festgelegten Stufen erhöht. Diese Regelung hat den Vorteil, dass gegenüber der oben genannten kompletten Prozessorübertaktung, die Leistung und damit die Wärmeabgabe des gesamten Prozessors sich nur unwesentlich verändert. Sicherheitshalber wird vom Prozessor aber über interne Sensoren auch die Temperatur und in gewissen Grenzen auch die Kernspannung kontrolliert. Sollte die Temperatur doch unerwarteter Weise über eine festgelegte Grenze ansteigen, wird der Takt und die Kernspannung wieder gesenkt. Turbo-Boost regelt sich also ständig selber und passt sich der aktuellen Auslastung an. Diese Überprüfung und Regelung findet über 100-mal in der Sekunde statt.

Wie regelt Turbo-Boost das Tempo?

Die Prozessoren mit Turbo-Boost werden mit einer Richtgeschwindigkeit verkauft. Das ist im Prinzip die Geschwindigkeit in der alle Kerne auf jeden Fall laufen. Werden Kerne nicht benötigt, schalten diese in verschiedenen Schritten in den Energiesparmodus (C-State). Erreicht der Energiesparmodus mindestens Stufe C3 gilt der Kern als komplett inaktiv. Ja nach Anzahl der aktiven Kerne und der Energiesparstufe der inaktiven Kerne, werden der Takt und die Spannung erhöht. In welchen Schritten das wann geschieht, ist vom Hersteller Intel im Prozessor abgelegt. Je mehr Kerne also inaktiv sind und je höher deren Energiesparmodus ist, je höher steigt dann auch der Takt für die / den aktiven Kern(e).
Bei einem 4-Kern Prozessor wird der höchstmögliche Takt z.B. dann erreicht, wenn nur ein Kern aktiv ist und sich die anderen drei mindestens im Energiesparmodus C3 befinden.

Die Anzahl der Stufen in denen der Prozessor die Geschwindigkeit ändert, ist vom Prozessor abhängig. Die ersten Prozessoren mit der Turbo-Boost Technik haben den Takt schrittweise um je 133,33 MHz erhöht. Heute wird der Takt meist um 100 MHz je Stufe geändert. Wann der Takt um wie viele Stufen geändert wird, ist wie gesagt von der Auslastung abhängig.

Warum fällt die Geschwindigkeitserhöhung durch Turbo-Boost aber kaum auf?

Hat man einen Computer mit Intel CPU wundert man sich eventuell, dass man von der Turbo Beschleunigung kaum etwas bemerkt. Viele denken, dass diese Funktion gar nicht richtig arbeitet. Dem ist aber in der Regel nicht so. Das Turbo-Boost das System nicht so beschleunigt wie erwartet, hat folgenden Hintergrund:

Wie oben bereits beschrieben, nutzen die meisten Programme nur einen, manchmal aber auch zwei Kerne (Prozessoren). Somit müssten bei der Verwendung von nur einem Programm das System ständig im Turbo Modus laufen. Das ist aber nicht so. Der Grund dafür sind die aktuellen Betriebssysteme. Auch diese sind auf Geschwindigkeitsoptimierung ausgelegt. So verteilt ein aktuelles Betriebssystem die auszuführenden Arbeiten, oder zwei parallel laufende Programme bereits automatisch auf alle zur Verfügung stehenden Prozessorkerne. Das Betriebssystem kann so z.B. die internen Prozesse, die normalerweise nur von einem Prozessor verarbeitet werden, gleichmässig auf die Kerne verteilen. Das Betriebssystem arbeitet dann zwar schneller und effektiver verhindert aber, dass Prozessorkerne in den Energiesparmodus wechseln, was wiederum die Geschwindigkeitserhöhung durch Turbo-Boost einschränkt.

Um dieses Problem etwas auszugleichen hat Intel die Turbo-Boost Technik 2.0 entwickelt.

Was ist Turbo-Boost 2.0?

In den aktuellen Prozessoren wird die Turbo-Boost Technik in Version 2.0 verbaut. Auch diese Technik ist nur in "größeren" Prozessoren ab der Baureihe Core-i5 (Sandy-Bridge) enthalten. Die Grundfunktion ist identisch wie bei der Version 1.0 (siehe oben).

Da ein Prozessor heute allerdings sehr oft nicht in einen Energiesparmodus wechselt und somit wie oben beschrieben, die Turbo Technik nur ganz bedingt zu einer Geschwindigkeitserhöhung führt, hat man bei Turbo-Boost 2.0 einen weiteren Turbo Modus integriert.

Wenn es die Temperatur der Prozessorkerne zu lässt, kann Turbo-Boost 2.0 nun den Takt und die Core-Spannung auch dann erhöhen, wenn der Prozessor nicht im Energiesparmodus ist! Das kann natürlich nur kurzzeitig geschehen, da bei Ausnutzung aller Kerne die Wärmenetwicklung ansteigt. Je nach Auslastung kann Turbo-Boost 2.0 den Prozessor so bis zu 25 Sekunden "übertakten" und fährt diesen dann wieder zurück, bis er abgekühlt ist. In den aktuellen Intel Prozessoren befindet sich auch eine Grafikeinheit (GPU). Auch diese Grafikeinheit wird durch Turbo-Boost 2.0 immer kurzzeitig übertaktet und arbeitet dadurch auch schneller.

Energiesparen Pro / Contra:

Zum Schluss noch eine Zusammenfassung. Die Prozessorhersteller bauen in ihre Prozessoren Energiesparfunktionen (C-State) ein, die sie dann mit einer Turbo Funktion wieder wettmachen, warum?
Energiesparen ist schön und gut, das möchte jeder und wir müssen auch an unsere Umwelt denken. Allerdings möchte auch jeder einen Turboschnellen Rechner besitzen.
So sitzt man zwischen zwei Stühlen: entweder Energiesparen oder ein schneller Rechner.

Beide Funktionen haben aber weiterhin ihre Daseinsberechtigung! Arbeitet man am Rechner mit Leistungshunrigen Programmen braucht man viel Leistung, also einen schnellen Rechner. Macht man eine Pause, oder läuft der Rechner mit wenig Auslastung kann die Leistung herunter gefahren werden und man spart Energie. Die aktuellen Techniken in den Prozessoren "erkennen" die Auslastung selbsttätig und regeln dementsprechend die Prozessorleistung.

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Letzte Aktualisierung: 25.02.2017
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