Diese Taktraten erreicht die CPU
Vor der Angabe der Taktrate einer CPU in PC oder Notebook steht meist die Angabe "bis zu". Dabei handelt es sich um den Turbo- oder Boost-Takt: Diesen Maximalwert schafft der Prozessor lediglich für eine kurze Zeitspanne, und er gilt nur für einen CPU-Kern. Außerdem muss die CPU dafür festgelegte Limits für Temperatur und Leistungsaufnahme einhalten. AMD nennt dieses Verfahren Precision Boost 2, bei Intel heißt es Turbo Boost 2.0.
Moderne Prozessoren wechseln ihre Taktfrequenz innerhalb eines festgelegten Bereichs permanent, abhängig von der aktuellen Arbeitslast: Ein Core i5-9600K zum Beispiel taktet von 800 MHz bis 4,6 GHz. Neben diesem Turbotakt steht in den technischen CPU-Daten manchmal auch der- Standardtakt: Nur diesen schafft der Prozessor bei ausreichender Kühlung garantiert auf allen Kernen.
Wie häufig der Prozessor die Taktrate ändert, lässt sich im Task-Manager beobachten, wenn Sie das Menü "Leistung" aufrufen: Dort sehen Sie, dass der Wert bei "Geschwindigkeit" im normalen PC-Betrieb ständig wechselt. Den Taktbereich Ihres Prozessors zeigt Hwinfo 64 an: Gehen Sie dort zu "Hauptprozessor" und klicken Sie auf den Modellnamen der CPU.
Unter "Betriebspunkte" sehen Sie Angaben für CPU-LFM (Low Frequency Mode), CPU-HFM (High Frequency Mode) und CPU-Turbomax. LFM ist die geringste mögliche Taktrate, die die CPU nutzt, wenn sie nichts zu tun hat oder die Leistungsaufnahme reduzieren muss. HFM entspricht dem Standardtakt und Turbomax dem maximalen Turbo- oder Boost-Takt.
Die CPU verändert die Taktrate, indem sie den sogenannten Multiplikator anpasst: Dieser Wert mal dem Grundtakt von 100 MHz ergibt den aktuellen Prozessortakt. In der Zeile "Turbo-Verhältnis-Limits" zeigt Hwinfo 64 den höchsten Multiplikator und damit die maximale Taktrate, wenn unterschiedlich viele Kerne ausgelastet sind: Der Bestwert ist normalerweise nur für einen Kern möglich (1c); je mehr Kerne unter Last arbeiten, desto niedriger wird der Multiplikator. Der erwähnte Core i5-9600K schafft den Maximaltakt von 4,6 GHz nur mit einem Kern, sind alle sechs Kerne ausgelastet, sind nur bis zu 4,3 GHz möglich.
Komplizierter wird es bei Intel-Prozessoren ab der 12. Core-Generation Alder Lake: Hier haben P-Core und E-Core verschiedene Taktbereiche und Zielfrequenzen für Standard- und Turbotakt.
Besonders für High-End-CPUs haben AMD und Intel Techniken entwickelt, damit die Taktrate möglichst häufig über dem Standardtakt liegt: Intel Turbo Boost Max 3.0 sorgt zum Beispiel dafür, dass das Betriebssystem Programme, die nur wenige Kerne komplett auslasten, den schnellsten Kernen zuweist. Bei Alder-Lake unterstützen nur die P-Cores diese Funktion. Thermal Velocity Boost und Adaptive Boost ermöglichen Taktraten über dem Standardtakt, wenn die PC-Kühlung die CPU-Temperatur unter festen Schwellenwerten hält.
Leistungsaufnahme der CPU
Wie hoch der CPU-Takt sein kann und wie lange der Prozessor mit maximaler Taktrate laufen kann, hängt von seiner Leistungsaufnahme ab. Grundsätzlich gilt: Je höher die Leistungsaufnahme, desto schneller arbeitet der Prozessor, umso besser muss aber die Kühlung in PC oder Notebook sein.
Für welche Leistungsaufnahme in Watt eine CPU ausgelegt ist, bestimmt der Hersteller mit der Thermal Design Power (TDP). Bei aktuellen Intel-Prozessoren entspricht sie der Processor Base Power (PBP). Das Kühlsystem im Rechner muss auf die bei dieser TDP entstehenden Abwärme ausgelegt sein, damit der Prozessor dauerhaft mit seinem angegebenen Standardtakt arbeiten kann und nicht zu heiß wird.
Den höchsten Takt erreichen die Prozessoren nur bei einer Leistungsaufnahme über der TDP: Intel nennt diesen Wert Maximum Turbo Power (MTP), bei AMD heißt er PPT (Package Power Tracking). Üblicherweise dürfen die CPUs nur für einen kurzen Zeitraum über die TDP hinausgehen - zum Beispiel 28 oder 56 Sekunden -, bevor der Prozessor die Taktrate senkt, um wieder den TDP-Wert zu erreichen. Bei High-End-Modellen erlauben AMD und Intel die hohe Leistungsaufnahme auch unbegrenzt, solange der Prozessor nicht zu heiß wird.
Für jede CPU machen AMD und Intel Vorgaben zur Leistungsaufnahme: Die PC-Anbieter können diese an die Kühlleistung ihrer Rechner anpassen, indem sie zum Beispiel bei Intel-CPUs die Werte für Power Limit 1 (entspricht der TDP), Power Limit 2 (entspricht der maximal zulässigen Leistungsaufnahme) und Tau (Dauer des Zeitfensters) verändern. Die Angaben für Ihre CPU finden Sie in Hwinfo 64 bei "CPU-Leistungsgrenze 1" und "CPU-Leistungsgrenze 2".
So heiß darf Ihr Prozessor werden
Die wichtigste Voraussetzung für hohe Leistung ist, dass der Prozessor nicht überhitzt. Jede CPU hat eine zulässige Höchsttemperatur - üblicherweise bezeichnet als Tj max (T-Junction). Sie ist vom CPU-Hersteller festgelegt, lässt sich nicht ändern und liegt für die meisten Prozessoren zwischen 90 und 100 Grad. Bei Intel-CPUs finden Sie die entsprechende Angabe auf der Produktseite ark.intel.com in der Zeile "TJunction", bei den Spezifikationen von AMD-Prozessoren steht sie bei "Max.-Temperaturen". HWinfo 64 zeigt diesen Wert bei den CPU-Angaben in der Zeile "CPU-Max. Sperrschichttemparatur". Erreicht eine CPU die Schwelle Tj max, senkt sie Taktrate und Betriebsspannung, um sich abzukühlen.
Reicht dies nicht aus, stoppt und startet der Prozessor seinen Taktzyklus, was den Arbeitstakt noch weiter absenkt. Diese Maßnahmen heißen Throttling. Heizt sich die CPU weiter auf - etwa, weil der Lüfter defekt ist -, schaltet sie sich ab: Der Temperatursensor einer Intel-CPU zum Beispiel löst diesen Befehl bei rund 130 Grad aus.
(PC-Welt)