Warum ist ein Prozessor nicht schneller, je mehr Prozessorkerne er hat?

Wenn ein Prozessor mehrere Rechenkerne hat, dann sollte er doch auch um ein vielfaches schneller sein, als ein Prozessor mit nur einem Kern. Doch leider ist das nicht so. Woran liegt das? Warum ist ein Prozessor mit doppelt so vielen Kernen nicht doppelt so schnell?

Je mehr Rechenkerne, desto schneller ist der Prozessor kann leider nicht als Faustregel dienen. Der Grund: Mehrkern-Prozessoren können nur die Programme beschleunigen, die ihren Programmcode und ihre Berechnungen auf mehrere Prozessorkerne verteilen können. Bei vielen Alltagsanwendungen ist das nicht der Fall. Es gelingt nur, wenn eine Anwendung eine große und gut teilbare Datenmenge verarbeiten kann. Das ist zum Beispiel die Texterkennung, Bildbearbeitung, 3D-Berechnung, Video-Encoding und Datei-Komprimierung.
Zwei Kerne bringen oft einen Geschwindigkeitszuwachs. Zusätzliche Kerne aber kaum.


Warum ist ein Prozessor nicht schneller, je mehr Gigahertz er hat?

Wenn man zwei Prozessoren miteinander vergleicht, dann müsste der mit mehr Gigahertz schneller sein, als der mit weniger Gigahertz. Doch leider ist das schon lange nicht mehr so. Woran liegt das?

Die Leistungsfähigkeit eines Prozessors ist heute nicht mehr nur vom Prozessortakt abhängig, sondern hier spielen mehrere Faktoren hinein. So kommt es auf die Prozessor-Architektur an, die Leistungsfähigkeit der Ausführungseinheit und Befehlssatzerweiterung. Zusätzliche Flaschenhälse im Computersystem können einen Prozessor ausbremsen, auch wenn er mehr leisten könnte.
In der Regel kann man nur die Prozessoren der gleichen Generation anhand ihrer Taktfrequenz vergleichen. Schon allein Prozessoren unterschiedlicher Hersteller oder Generationen lassen sich nur mit verschiedenen Benchmarks vergleichen.


Der Prozessor, ein Sklaventreiber

Es war einmal ein PC-User, der seinen PC einschaltete…

Stromversorgung: He Leute! Aufwachen, der Alte will was von euch!
Prozessor: Gähn…was’n los?
Stromversorgung: AUFSTEHEN…der Alte will was!
Prozessor: Schon wieder? Na gut. Hier Prozessor. Alle mal herhören. Startbereitschaft herstellen.
Prozessor: Videochip sofort Startbild ausgeben.
Videochip: Startbild ausgegeben.
Soundchip: Hallo hallo? Gibt’s was zu tun?
Prozessor: Maul halten! Puffer bitte melden, aber dalli!
Puffer: Alles ready. Er will was von der Disk haben.
Prozessor: Disk… Disk… sofort melden.
Diskette (rattert): Diskette bereit. Sende Daten.
Puffer: Moment…bin noch nicht soweit.
Soundchip: Kann ich nichts tun? Ich mach gern was!
Prozessor: Klappe halten… Ich kann kein Multitasking.
Diskette: Na, was ist denn? Daten sind bereit.
Puffer: Jajaja… einen Augenblick!
Prozessor: Jetzt mach mal schneller. Das dauert ja ewig.
User-Port: Empfange Daten. Sende sie.
Puffer: Ja, wer denn noch alles. Ich hab nur 8 Bit!
Diskette: Mir reichts jetzt. Ich schick einen „Device not present Error“!
Tastatur: Erhalte Eingabe. Er will ein Programm starten.
Prozessor: Seid jetzt alle mal ruhig. RAM… RAM… Bitte Empfang bestätigen.

Und wenn sie nicht gestorben sind, dann ackern sie noch heute.


Update: Prozessor-Kühlung

Ein Prozessor besteht aus vielen Millionen Transistoren. Da ergibt sich die berechtigte Frage, warum ein Prozessor heiß wird? Dafür gibt es drei Gründe:

  • Häufige Leistungsumverteilung beim Schaltvorgang durch hohe Taktrate.
  • Anstieg des Leckstroms durch Strukturverkleinerung.
  • Teile eines Prozessors haben nichts zu tun, aber verbrauchen Strom.

Eine ausführliche Erläuterung dazu in Prozessor-Kühlung


64-Bit-Prozessor

Die 64 Bit beziehen sich auf den physisch ansprechbaren Adressraum des Arbeitsspeichers. Bei 32-Bit sind das maximal 4 GByte, die sich direkt und ohne Umwege ansprechen lassen. Doch bei den meisten Motherboards ist schon bei etwas über 3 GByte Schluss. Es lohnt sich unter einem 32-Bit-Betriebssystem nicht, mehr als 3 GByte Arbeitsspeicher einzubauen. Bei einer normalen Nutzung ist das auch gar nicht notwendig. Für einen Server dagegen sind 4 GByte viel zu wenig. Dort ist der Speicherbedarf viel größer. Deshalb setzt man hier schon länger 64-Bit-Prozessoren ein.