Die Intel T – Prozessoren – Stromsparwunder oder überschätzt ?

In unseren NAS-Selbstbauanleitungen verwenden wir meist CPUs von Intel. Diese gibt es häufig auch in einer TDP-reduzierten Variante. Diese Modelle sind mit einem angehängten T in der Produktbezeichnung zu erkennen, z.B. Intel Core i3-4160T, der statt 3,6GHz und 54W TDP einen reduzierten Takt von 3,1GHz bei einer TDP von nur 35W bietet.

Wir empfehlen meist die normale Version der Prozessoren und nicht die T-Variante. Wir möchten euch hier kurz erklären warum wir die normalen Versionen empfehlen und wo es Sinn macht zu der taktreduzierten T-Variante zu greifen.

Was bedeutet TDP eigentlich ?

TDP steht für Thermal Design Power und beschreibt eine Leistungsklasse, in die der Prozessor eingeordnet wird. Diese Leistungsklasse beschreibt allerdings nicht die Rechenleistung des Prozessors, sondern seine Leistungsaufnahme (also den Energieverbrauch).

Nach dieser Angabe muss dann die Kühlung und die Stromversorgung des Computers ausgelegt werden. Bei einer geringeren TDP muss also nur ein kleinerer Kühler und ggf. auch nur ein kleines Netzteil eingebaut werden. Gerade in kleinen Gehäusen kann dies Sinn machen, auch in mobilen Geräten ist dies interessant.

Leistung pro Watt

Bleiben wir bei meinem Beispiel des Intel Core i3-4160 (2x 3,6GHz, 54W TDP) und Intel Core i3-4160T (2x 3,1GHz, 35W TDP), fällt auf, dass die T-Variante wohl deutlich effizienter sein müsste (3600 MHz / 54W) 67 MHz pro Watt des normalen Prozessors stehen immerhin gegen (3100 MHz / 35W) 89 MHz pro Watt der T-Variante. In Wirklichkeit basieren beide CPUs auf der gleichen Architektur (in meinem Beispiel Haswell Refresh, 22nm). Beide verfügen über 2 Kerne, Hyperthreading und 3MB Cache.

Wie kann es also sein, dass die T-Variante trotz identischer Technik deutlich effizienter arbeitet ? Gar nicht. Die TDP spiegelt nämlich nicht die reale Leistungsaufnahme wieder, sondern dient wie oben beschrieben nur dazu die Kühlung und Stromversorgung ausreichend zu dimensionieren. Da es immens viel Geld kosten würde für jede CPU (alleine Intel hat aktuell rund 300 CPUs im Angebot) eine eigene Kühllösung zu entwickeln, werden die Prozessoren in TDP-Klassen eingeordnet.

So kann es passieren, dass ein deutlich schnellerer Prozessor mit einer höheren realen Leistungsaufnahme trotzdem noch in die gleiche TDP-Klasse fällt wie ein langsamerer und sparsamerer Prozessor. Die TDP sagt also nichts über die reale Leistungsaufnahme aus, sie dient nur der groben Einschätzung. Trotzdem kann man an einer sehr hohen TDP einen Prozessor mit hoher Leistungsaufnahme erkennen.

Das Leistung-pro-Watt Verhältnis kann sich auch innerhalb einer CPU-Architektur verändern, etwa wenn mehr Prozessorkerne zur Verfügung stehen oder zusätzliche Features wie Hyperthreading. Zudem kommt es auf die anstehenden Rechenaufgaben an. Ein Prozessor mit AES-Ni (hardwarebeschleunigtes Ver- oder Entschlüsseln von Daten) wird eine um den Faktor 5-10 bessere Effizienz beim Verschlüsseln von Daten aufweisen als ein Prozessor der gleichen Architektur, dem dieses Feature fehlt.

Reduzierter Takt = Längere Berechnungszeit und gleiche Gesamtleistungsaufnahme

Prozessoren innerhalb der gleichen Architektur mit den gleichen Merkmalen (Kerne, Featureset) sind also pro Takt gleich effizient. Man spricht hier von IPC was für Instructions per Cycle steht und die Anweisungen pro Takt beschreibt, die ein Prozessor abarbeiten kann.

Ein Prozessor mit 1000 MHz braucht doppelt so lange für eine Anweisungskette wie ein Prozessor der gleichen Architektur und 2000 MHz. Dabei beträgt die Leistungsaufnahme pro Sekunde des Prozessor mit 1000 MHz verglichen mit dem 2000 MHz Prozessor nur die Hälfte, auf die komplette Abarbeitungszeit der Anweisungskette bezogen ist der Energieverbrauch aber identisch, da der 2000 MHz Prozessor die Anweisungskette deutlich schneller abgearbeitet hat.

Dieser kann nun bereits in den sehr effizienten Idle Modus zurückkehren, in dem der Takt und damit die Leistungsaufnahme des Prozessors sehr stark reduziert werden, während der 1000 MHz Prozessor noch immer bei maximalen Takt operieren muss um die restlichen 50% der Anweisung abzuarbeiten.

Zwar stimmt es, dass Prozessoren mit höherem Takt etwas an Effizienz verlieren, da hier die CPU-Spannung deutlich erhöht werden muss. In sofern wären Prozessoren mit geringerem Takt wirklich etwas effizienter, allerdings darf man nicht die anderen Komponenten wie das Mainboard, die Grafikkarte oder das Netzteil vergessen, die dann auch länger „arbeiten“ müssen. Am Ende gleicht sich dies meist ziemlich genau aus. Ausnahme sind stark übertaktete Prozessoren, hier leidet die Effizienz meist merklich.

In unserem Benchmark-Vergleich des i3-4160 vs i3-4160T könnt ihr euch selbst ausrechnen, dass die Leistung pro Takt absolut identisch ausfällt: Der um 14% reduzierte Takt resultiert in einer um 14% verringerten Leistung.

T-Variante ist weniger flexibel

Während man mit fast jedem Mainboard den Prozessor heruntertakten und so die T-Variante simulieren kann, ist eine Erhöhung der maximalen Taktfrequenz nicht immer möglich. Man kann aus jeder normalen Variante selbst eine T-Variante machen, indem man den maximal erlaubten Multiplikator über das Mainboard (Bios) begrenzt. Sinn macht dies aus den oben genannten Gründen eigentlich nicht.

In einem NAS macht eine ausreichend starke CPU Sinn, denn Hauptverbraucher sind in einem NAS die Festplatten. Je länger ein Vorgang aufgrund einer reduzierten CPU Taktfrequenz dauert, desto länger können auch die Festplatten nicht in einen verbrauchsoptimierten Modus zurück wechseln.

Fazit

Ich hoffe wir konnten euch verständlich erklären, dass die T-Varianten kein Hexenwerk sind und in Wirklichkeit eine identische Effizienz besitzen wie die normalen Varianten. Eine T-Variante lohnt sich meist nur, wenn der Anschaffungspreis deutlich günstiger als die normale Variante ist oder ihr eure Kühllösung oder Stromversorgung kleiner dimensionieren müsst.