CPUs im Jahr 2021: Welches Modell passt zu mir?

GHz, Cores, Threads, Cache & Co.

Mit der Vorstellung der 2. Generation der Ryzen-CPUs von AMD ist das Unternehmen nach langer Durststrecke wieder konkurrenzfähig geworden. Durch die aktuelle 3. Generation ist man damit sogar an Intel vorbeigezogen. Für uns als Käufer ist der harte Konkurrenzkampf positiv, denn nun schreitet die Entwicklung rasant voran. Waren Prozessoren mit vier Kernen und vier bis acht Threads über einen langen Zeitraum der Standard, explodierte dies förmlich, seit AMD wieder auf Kurs ist. Heute kaufen Enthusiasten bis zu 64 Kerne und 128 Threads in einer CPU - wenn sie bereit sind, die beträchtlichen finanziellen Mittel dafür aufzubringen.

Wir versuchen mit diesem Ratgeber, in die zahlreichen verschiedenen Fachbegriffe ein wenig Ordnung zu bringen. So schaffen Sie es schneller, eine passende CPU für Ihren Einsatzbereich zu kaufen.

Schnelle Einordnung durch Namen

Im Licht der öffentlichen Wahrnehmung sind auf beiden Seiten vor allem die Namen Core i (Intel) und Ryzen (AMD) vertreten. Beide CPU-Hersteller haben aber noch zahlreiche andere CPUs in der Schublade:

• Intel liefert beispielsweise auch den guten, alten Pentium noch aus - vor allen für Einsteiger-Geräte ohne viel Leistungsbedarf. Die Celeron-CPUs existieren auch noch, sie finden vorrangig im absoluten Low-End-Bereich Einsatz und in Servergeräten wie einem NAS.
• AMD hat neben Ryzen noch den Threadripper dabei: Er deckt das Portfolio nach oben ab und liefert brachiale Rechenleistung für einen enormen Preis. Weiter unten tummelt sich der altehrwürdige Athlon, der in etwa das Segment von Pentium und Celeron bei Intel abdeckt.

Beide Hersteller haben sich in stiller Übereinkunft außerdem auf ein weiteres Merkmal geeignet: eine Ziffer. Bei Intel heißen die aktuellen Mainstream-CPUs daher Core i3, i5, i7 oder i9. Analog dazu nennt AMD die eigenen CPUs Ryzen 3, 5, 7 und 9. Die immer zutreffende Faustregel lautet: Je höher die Ziffer, desto höher die Leistung. Dies lässt eine schnelle, erste Einsortierung der Performance zu. Typische Endverbraucher sind mit den 5er-CPUs bereits sehr gut beraten. Mehr brauchen Sie in der Regel nur, wenn Sie genau wissen, dass Ihr geplanter Einsatzzweck CPU-Leistung im Überfluss braucht.

Wir werden uns übrigens nur auf Konsumenten-CPUs beschränken. Xeon- oder EPYC-CPUs von Intel und AMD (die für Server gedacht sind) bleiben außen vor.

Fachbegriffe aus der CPU-Welt erklärt:

Der Fluch der Generationen

Damit es nicht zu einfach wird, existieren die CPU-Generationen. Im Abschnitt von ein bis zwei Jahren aktualisieren die Hersteller ihr Sortiment und bringen neue CPUs in Umlauf, die technisch einen mehr oder weniger großen Sprung nach vorne machen. Aber: Der Name bleibt zunächst identisch. Das heißt, dass Sie vor fünf Jahren bereits einen Core i5 kaufen konnten - genau wie jetzt. Das jetzige Modell ist technisch aber weit überlegen.

Um das Problem zu lösen, trägt jede CPU einen weiteren Namenszusatz. So gibt es beispielsweise einen Ryzen 7 1700X, 2700X, 3700X und 5700X. Die 7 x700X-Einordnung bringt einen Ausblick auf die Performance mit, da es sich immer um einen Ryzen 7 handelt. Ziffern danach geben hingegen die Generation an: Der 1700X stammt aus der ersten Ryzen-Generation, 2700X war die zweite Generation und so weiter. Um herauszufinden, welches Modell sich genau hinter welchem Namen verbirgt, sollten Sie einfach bei den Herstellern nachschauen. Aus den Bezeichnungen allein wird man selten schlau.

Was sind CPUs, APUs und Codenamen?

Bei AMD müssen Sie gelegentlich zwei Mal hinschauen: Einige CPUs im Sortiment bezeichnet der Hersteller als APU. Das bedeutet, dass sich darin auch eine Grafikeinheit verbirgt. Mit einem solchen Prozessor können Sie sich also eine Grafikkarte sparen, da diese direkt in die APU integriert ist. Hinsichtlich der Leistung können Sie keine Wunder erwarten, schlecht sind diese Geräte aber auch nicht. Wenn Sie keinen Wert auf 3D-Performance legen, können Sie mit einer solchen APU genau das richtige Modell kaufen, da Sie kein Geld für eine Grafikkarte ausgeben müssen.

Gelegentlich stolpern Sie außerdem über Codenamen. Diese tragen Namen wie Matisse, Zen 3, Ice Lake oder Rocket Lake. Dies sind interne Namen, die die Hersteller während der Produktion ihrer CPUs verwenden. Im Marketing von AMD und Intel werden sie damit nie konfrontiert werden. Gelegentlich kann es aber nützlich sein, diese Bezeichnungen zu kennen. Bei Problemen können Sie etwa in einem Technikforum um Rat bitten. Wenn Sie den Codenamen angeben, wissen andere Nutzer exakt, um welche CPU es sich handelt und können besser Rat geben.

Was sind Kerne und Threads?

Früher war eine CPU genau eine CPU: Man hat ihr eine Aufgabe gegeben und sie konnte genau diese Aufgabe berechnen. Heute ist ein Prozessor eher ein Paket aus mehreren kleinen CPUs. Single-Core-CPUs - also Modelle mit nur einem Kern - finden Sie praktisch gar nicht mehr im Handel. Mindestens zwei Kerne hat jede CPU. Aktuell besteht die Speerspitze aus 16 Kernen in Form von CPUs wie dem Ryzen 9 5950X. Darüber hinaus geht es mit spezialisierten Server-CPUs oder Modellen aus dem HEDT-Segment (High-End Desktop) wie dem Threadripper 3990X mit 64 Kernen. Dieser spielt für durchschnittliche Endverbraucher aber keine Rolle.

Die meisten modernen CPUs beherrschen außerdem SMT (Simultaneous Multithreading), die Hersteller bezeichnen dies oft auch als Hyper-Threading. Prozessoren dieser Art sind in der Lage, zwei Befehlsketten auf jedem CPU-Kern auszuführen. Sie könnten also auf dem einen Thread ein Video enkodieren und auf dem anderen ein Bild bearbeiten, ohne dass deswegen die Leistung einbrechen würde. Im Handel finden Sie CPUs daher oft mit einer Beschreibung wie "8C/16T". Das heißt, dass diese CPU acht Kerne hat und 16 Threads. Sie könnten also 16 verschiedene Aufgaben gleichzeitig ausführen bzw. eine einzige Aufgabe stark parallelisieren und drastisch beschleunigen.

Ob Sie Hyper-Threading und viele Kerne brauchen, hängt vom Einsatzbereich ab. Normalerweise bemerken Sie einen Unterschied nur in sehr fordernden Umgebungen. Video- und Bildbearbeitung, AI-Anwendungen, moderne Spiele und diverse kryptographische Anwendungen können gar nicht genug Kerne und Threads haben. Surfen Sie vorrangig im Internet, nutzen Office und schauen vielleicht Videos bei YouTube, reichen aber auch vier Kerne problemlos aus. Der Anwendungsfall entscheidet daher, ob Sie viele Kerne brauchen oder nicht.

Taktrate: komplizierter als gedacht

Früher war alles schön einfach: Eine CPU, die mit 1,4 GHz arbeitete, besaß 1,4 GHz Taktfrequenz. Dies war zwar tatsächlich einfach - aber auch ineffizient. Brauchen Sie die maximale Leistung Ihrer CPU, wenn Sie gerade nur eine Webseite lesen? Selbst ein Smartphone mit einem Bruchteil der Performance kann diese Aufgabe ausführen.

Dies haben auch die Hersteller der CPUs irgendwann erkannt. Die Folge sind Taktfrequenz.ngaben, die normalerweise mit "Bis zu…" -Angaben getroffen werden. Daraus erfahren Sie die maximal mögliche Taktfrequenz, die aber nur in Ausnahmefällen erreicht wird. Die Basisfrequenz liegt meist deutlich niedriger. Verantwortlich sind die unzähligen P-States - Performance-States -, die in aktuellen CPUs enthalten sind. Damit passen Prozessoren ihre Taktrate und die dafür notwendige Spannung permanent an (mehrmals pro Sekunde). Die CPU misst den aktuellen Bedarf und taktet dann sehr schnell hoch und wieder herunter, schluckt mehr Strom und wieder weniger und so weiter. Eine konstante Angabe der Taktfrequenz ist heute daher sehr schwierig.

Effekt in der Praxis

Für uns als Anwender ist dieses Verhalten jedoch positiv: Falls nicht viel zu tun ist, arbeitet die CPU fast gar nicht, der Stromverbrauch sinkt deutlich. Sobald die CPU schwitzen muss, erhöht sie hingegen ihren Takt deutlich über den Basistakt hinaus, was die Hersteller dann Burst- oder Turbo-Takt nennen. Dies ist die Angabe, auf die sich "Bis zu…" bezieht. Eine beispielhafte CPU könnte also normalerweise mit 3,5 GHz arbeiten und dann im Burst-Modus auf 4,3 GHz springen, sobald dies verlangt wird.

Jener besonders hohe Takt wird aber nur auf ein bis zwei CPU-Kerne angewendet. Falls alle Kerne gleichzeitig belastet werden, fällt der Leistungsgewinn geringer aus. Dies wird gemacht, um die Stromzufuhr und damit die Wärmeentwicklung nicht explodieren zu lassen. Aufgrund dieser Tatsache kann es durchaus sinnvoll sein, eine CPU mit weniger Kernen, aber höherer Burst-Frequenz zu kaufen. Brauchen Sie nicht viele Kerne, aber viel Leistung auf nur ein bis zwei Kernen, wäre dies eine gute Entscheidung.

Die aktuelle Lage können Sie übrigens mit Tools wie dem beliebten HWinfo 64 auslesen. Damit erkennen Sie Standardfrequenzen, die Höchstfrequenzen und vieles mehr.

Funktionsweise der automatischen Anpassung

Die erwähnten Anpassungen der CPU-Frequenz wird auf immer neue Spitzen getrieben. Zu verdanken ist dies dem starken Konkurrenzkampf: Aktuell ist AMD voraus, doch da bei Intel auch schlaue Menschen arbeiten und AMD dies weiß, animieren sich beide Unternehmen zu gegenseitigen Höchstleistungen.

Die automatischen Funktionen für die Anpassung nennt sich bei Intel beispielsweise Turbo Boost 3, Thermal Velocity Boost und Adaptive Boost. AMD hingegen hat sich die Namen Extreme Frequency Rage und Precision Boost 2 gesichert. Vor allem die CPUs aus den teureren Preisregionen sind um diese Funktionen erweitert, um in Lastszenarien noch mehr Leistung bereitzustellen. Als Orientierung nehmen beide Hersteller meist die Temperatur: Je kühler die CPU, desto mehr Luft nach oben bis zum Hitzetod und desto mehr Leistung kann noch herausgekitzelt werden.

Daher sehen Sie bei jedem CPU-Kauf auch die TDP in der Produktbeschreibung: die Thermal Design Power. Sie ist in Watt angegeben und sagt aus, wie viel Strom eine solche CPU im Durchschnitt schluckt. Daraus lässt sich dann ableiten, was für Kühllösungen notwendig sind. CPU-Kühler werden ebenfalls oft mit einem TDP-Wert verkauft, sodass Sie dort in der Beschreibung Sätze wie "Kühlt bis 180 Watt TDP" sehen. Das heißt, dass dieser Kühler Abwärme für CPUs bis zu 180 Watt wegschafft. Aktuell sind Werte von 65 bis 125 Watt die Norm, Threadripper & Co. gehen weit darüber hinaus.

Falls Sie sich fragen, welchen Kühler Sie kaufen sollen: Wir empfehlen, lieber zu viel als zu wenig zu kaufen. Machen Sie Ihre CPU lieber 5° Celsius zu kalt als zu heiß. Die zusätzlichen Euros sind dort gut investiert.

Was ist übertakten?

Die meisten modernen CPUs lassen sich übertakten. Das heißt, dass Sie sie außerhalb Ihrer Spezifikationen betreiben (normalerweise zum Zweck eines Leistungsgewinns). Das übliche Vorgehen ist die Erhöhung des CPU-Multiplikators - manchmal im Verbund mit einer Veränderung von VCore, der Core Voltage.

Der Multiplikator bestimmt die Taktfrequenz. Sie wird aus der Basisfrequenz (BCLK für "Baseclock") in Verbund mit jenem Multiplikator gewonnen. Diese Basisfrequenz könnte sich beispielsweise auf 100 MHz belaufen, wie es in aktuellen Ryzen-CPUs der Fall ist. Beträgt der Multiplikator nun 35, resultiert dies in einer Taktfrequenz von 3.500 MHz bzw. 3,5 GHz (35 * 100 MHz). Erhöhen Sie nun den Multiplikator auf 37, würden Sie 3.700 MHz erhalten - womit Sie die CPU um 200 MHz übertaktet hätten.

Aber: Je höher die Frequenz, desto mehr Strom brauchen CPUs, um stabil zu arbeiten. Hier kommt die Kernspannung VCore ins Spiel. Jene Spannung können Sie anheben, etwa von 1,25 auf 1,30 Volt. Falls eine CPU mit einem neu gewählten Multiplikator immer wieder abstürzt, kann die Erhöhung der Kernspannung dazu führen, dass sie schließlich doch stabil arbeitet. Sie gewinnen durch das Übertakten also ein wenig kostenlose Leistung obendrauf.

Allerdings bewirkt zugeführter Strom auch eine zusätzliche Wärmeentwicklung, da der Strom nicht zu 100 % in Leistung umgewandelt wird. Irgendwann zeigt Ihnen daher die Physik die Grenzen auf, da nicht jede Abwärme auf diesem kleinen Raum noch abführbar ist. Rekorde im Übertakten werden meist unter Einsatz von flüssigem Stickstoff als Kühlmittel erstellt - was für den Heimgebrauch praxisfern ist.

Bedenken Sie auch, dass das Übertakten die Garantie der CPU erlöschen lassen kann. Bevor Sie es also probieren, sollten Sie wissen, was Sie tun. Weiterhin gibt es starke Schwankungen innerhalb der CPU-Serien: Manche Prozessoren lassen sich sehr gut übertakten, andere fast gar nicht. Dies ist ein reines Glücksspiel, vor dem Kauf können Sie die Qualität der CPU nicht abschätzen.

Was sind Sockel und Fertigungsverfahren?

Die CPU landet auf dem Mainboard in ihrem Sockel - und diese Sockel unterscheiden sich je nach Hersteller und CPU-Generation. Momentan ist Sockel AM4 bei AMD an der Reihe, Intel verwendet für die meisten CPUs den Sockel LGA 1151. Es gibt allerdings noch viele andere Sockel für unterschiedliche CPU-Generationen. Für Sie heißt das: Die nächste CPU-Generation muss nicht zwingend auf Ihr Mainboard passen, auch wenn die aktuelle Generation dies noch tut. Bevor Sie eine CPU kaufen, sollten Sie sicherstellen, dass sie mit dem Mainboard kompatibel ist. In Notebooks können Sie meistens übrigens nichts ändern, da die CPU fest verlötet ist.

Bedenken Sie weiterhin: Eine CPU muss nicht zwingend mit einem Mainboard kompatibel sein, auch wenn der Sockel stimmt. Ältere Mainboards kommen trotz Sockelkompatibilität gelegentlich nicht mit neuen CPUs klar. Informieren Sie sich, ob es vielleicht ein BIOS-Update gibt, damit das alte Mainboard auch die neuen CPUs erkennt.

Kleiner ist besser

Viel Wirbel wird auch um das Fertigungsverfahren gemacht. Moderne CPUs werden in 7- bis 14-Nanometer-Verfahren gefertigt. Damit ist unter anderem die Größe der einzelnen Transistoren in der CPU gemeint. Je kleiner diese Komponenten gefertigt werden, desto mehr Transistoren passen auf eine CPU und desto geringer ist bei gleicher Leistung der Stromverbrauch. Ein Sprung im Fertigungsverfahren - etwa von 10 auf 7 Nanometer - ist eine der beliebtesten Lösungen, um mehr Performance aus einer CPU zu holen.

Für Sie als Käufer kann die Fertigung recht egal sein. Sie lässt keinen Rückschluss auf die Leistung zu und Sie können sie auch nicht beeinflussen. Die Angabe ist eher für technisch interessierte Nutzer gedacht, die sich tiefer in die Materie einlesen möchten. Nur durch die aktuellen niedrigen Strukturgrößen sind wir beispielsweise in der Lage, überhaupt schnelle Smartphones zu bauen. Zu große Transistoren würden in den kleinen Geräten zu viel Strom schlucken und Wärme produzieren, die ohne Kühler nicht mehr abführbar ist. Verfahren von 5 bis 3 Nanometern tauchen schon am Horizont auf - doch je feiner die Strukturen, desto schwieriger wird es auch, innerhalb dieser Randbereiche der Physik Fortschritte zu erzielen.