AMD Athlon X4 845 im Test: Der Carrizo im Desktop-Gewand

AMDs Carrizo -Modell für Sockel FM2+ gibt einen Ausblick auf künftige Chips: Der Athlon X4 845 mit Excavator-Technik leistet in Benchmarks mehr, als sein Name vermuten lässt. Er ist flott und sparsam.

18. März 2016 um 12:09 Uhr / Von Marc Sauter

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Athlon X4 845 mit Boxed-Kühler (Bild: Werner Pluta/Golem.de) — Athlon X4 845 mit Boxed-Kühler Bild: Werner Pluta/Golem.de

Manchmal handelt es sich um die kleinen Dinge im Leben, die neu oder spannend sind: AMDs Athlon X4 845 ist auf den ersten Blick schlicht ein 65 Euro günstiger Prozessor für den Sockel FM2+. Modellnummer und Preis eignen sich vermeintlich kaum für Schlagzeilen. Dabei steckt in diesem Chip AMDs modernste CPU-Architektur, die uns bis 2017 begleiten wird: Excavator, die letzte Ausbaustufe der ambitionierten, aber gefloppten Bulldozer-Technik.

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Bisher war die Excavator-Architektur einzig in den Carrizo genannten Mobile-Chips zu finden, die AMD unter den Bezeichnungen Merlin Falcon sowie Brown Falcon und Prairie Falcon auch im Embedded-Segment verkauft . Um Carrizo für Desktop-Systeme tauglich zu machen, musste AMD kräftig umbauen: Die integrierte Grafikeinheit samt Unified Video Decoder (UVD) sowie die Video Codec Engine (VCE) und der integrierte Chipsatz sind deaktiviert.

Bild 1/43: Asus Z170-Deluxe, Gigabyte GA-F2A88XN-WiFi, 2x 8 GB DDR3-1866/2133 (AMD), 2x 8 GB DDR4-2133 (Intel), Seasonic 520W Platinum, R9 Nano; Win10 x64, RS 16.3

Bild 33/43: Der Athlon X4 845 basiert auf Carrizo, bis auf die CPU-Kerne sind aber fast alle IP-Blöcke abgeschaltet. (Bild: AMD)

Bild 34/43: µArch-Verbesserungen von Excavator (Bild: AMD)

Bild 35/43: Der L1D wurde verdoppelt, der L2 halbiert. (Bild: AMD)

Bild 36/43: Carrizo bei 3 GHz und 1,3 GHz NB (Screenshot: Marc Sauter/Golem.de)

Bild 37/43: Kaveri bei 3 GHz und 1,3 GHz NB (Screenshot: Marc Sauter/Golem.de)

Bild 38/43: Athlon X4 845 mit maximalem Turbo (Screenshot: Marc Sauter/Golem.de)

Bild 39/43: Die NB taktet nur mit bis zu 1,3 GHz. (Screenshot: Marc Sauter/Golem.de)

Bild 40/43: Im Leerlauf liegen 1,8 GHz ... (Screenshot: Marc Sauter/Golem.de)

Bild 41/43: ... und 700 MHz an. (Screenshot: Marc Sauter/Golem.de)

Bild 42/43: Boxed-Kühler des Athlon X4 845 (Bild: Werner Pluta/Golem.de)

Bild 43/43: Auf dem G4400 kommt das Streaming von GTA 5 nicht hinterher. (Screenshot: Marc Sauter/Golem.de)

Statt eines zu verlötenden BGA(öffnet im neuen Fenster) -Packages wird ein PGA(öffnet im neuen Fenster) -Träger verwendet, damit der Chip in einen Sockel gesetzt werden kann. Nach außen führt AMD daher einzig Leitungen für den externen Chipsatz auf einem FM2+-Board und acht PCIe-3.0-Lanes für eine Grafikkarte. Wer den Athlon X4 845 einbauen möchte, sollte vorab das UEFI des Mainboards aktualisieren, da die Platine ansonsten eventuell nicht startet. Für das verwendete Gigabyte-GA-F2A88XN-WiFi war die Version F6 von Dezember 2015 notwendig.

Der Athlon X4 845 basiert auf zwei Excavator-Modulen mit vier Integer-Kernen, die AMD verglichen mit der vorherigen Steamroller-Architektur an einigen Punkten überarbeitet hat: Der L1-Daten-Cache fasst 32 statt 16 KByte und der L1-Instruktionen-Cache weiterhin 96 KByte, der L2-Puffer aber wurde von 2 auf 1 MByte pro Modul halbiert. Ein Blick in den Cache&Memory-Benchmark von Aida64 zeigt, dass bei Excavator die Caches der Arbeitsspeicher bei gleichem Takt etwas mehr Daten lesen sowie schreiben als bei Steamroller.

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AMD gibt an, die Latenz und den Prefetch der L1-Caches verbessert zu haben, hinzu kommt ein größerer Puffer für die Sprungvorhersage. Der Branch Target Buffer fasst 768 statt 512 Einträge und die Pipelines der Gleitkomma-Einheit können schneller geleert werden (Flush). Für Consumer-Software wie Spiele mittelfristig nicht relevant sind Befehlssatzerweiterungen wie AVX2.

Was bedeutet das praktisch - wie viel höher fällt die Leistung pro Takt aus?

IPC wie Perf/Watt überzeugen

Wir wollten es genau wissen und haben den Athlon X4 860K (Kaveri mit Steamroller-Technik) und den Athlon X4 845K (Carrizo mit Excavator-Architektur) bei gleichen Frequenzen verglichen: 3-GHz-CPU- und 1,3-GHz-Northbridge- sowie 1.066-MHz-RAM-Takt (DDR3-2133) und APM abgeschaltet. Über alle Messwerte hinweg holt der Carrizo-Chip ein Plus von 6 Prozent mehr Leistung pro Takt heraus, obwohl der L2-Cache nur halb so groß ist. Das deckt sich ziemlich genau mit dem, was AMD selbst gemessen hat - nämlich eine um 4 bis 15 Prozent höhere IPC (Instructions per Clock) im Cinebench R15.

Interessant sind die einzelnen Resultate unserer Messreihe, denn da gibt es einige Ausreißer zu beobachten. Im FP-lastigen Cinebench R15 erreichen wir +9 Prozent (Singlecore) und +8 Prozent (Multicore), im ebenfalls die Gleitkomma-Einheit nutzenden Luxmark halten sich die Zuwächse mit bis zu +4 Prozent in Grenzen. Spannend ist der erste Pass des x264-HD-Benchmarks, der um +16 Prozent zulegt - hier sind die Caches und der Speicher gefragt, was die Werte von Aida64 untermauert. Der eigentliche, zweite Encodier-Pass hingegen läuft bei Excavator praktisch genauso flott durch wie bei Steamroller, da die Integer-Kerne bei der Überarbeitung der Bulldozer-Technik offenbar keine (relevanten) Verbesserungen erhalten haben.

Bei den Spielen klaffen größere Abstände, allen voran bei Ashes of the Singularity unter D3D12 mit satten +26 Prozent. Einen plausiblen Grund dafür konnten wir nicht herausfinden. Die restlichen Titel sehen die Excavator-Technik um +2 bis +10 Prozent in Front, in Skyrim hingegen ist die Steamroller-Achitektur vorn. Der Titel reagiert stark auf mehr (L3-)Cache, vermutlich profitiert der Kaveri-Chip von dem doppelt so viele Daten fassenden L2-Puffer.

Carrizo deutlich sparsamer als Kaveri

Abseits der IPC hat AMD nach eigenen Angaben die Leistungsaufnahme mit der überarbeiteten Architektur drastisch gesenkt. Das geschah einerseits durch Änderungen an unter anderem den Caches sowie dem Front-End und andererseits durch eine High Density Library. Die kürzeren Signalwege sollen Energie einsparen, jedoch auf Kosten der im Binning-Verfahren erreichbaren Taktraten bei noch akzeptabler CPU-Versorgungsspannung (Vcore).

Das ist beim Athlon X4 845 sehr gut zu sehen: Der 65-Watt-Chip taktet mit 3,5 bis 3,8 GHz, und die integrierte Northbridge (die Intel den Uncore nennt) läuft mit gerade einmal 1,3 GHz. Der Athlon X4 840 mit ebenfalls 65 Watt, aber Kaveri-Herkunft, bringt es auf 3,1 bis 3,8 GHz sowie 1,6 GHz. Der in die 95-Watt-Klasse einsortierte Athlon X4 860K - auch ein Kaveri - bringt es auf 3,7 bis 4,0 sowie 1,8 GHz. Beide Chips weisen allerdings eine geringere Leistung pro Takt auf als der Carrizo-basierte Athlon X4 845, und ihr Turbo ist weniger aggressiv.

Im Leerlauf nehmen sich der Athlon X4 845 und der Athlon X4 860K wie erwartet nichts. 34 Watt mit dem Seasonic 520W Platinum Fanless, dem Gigabyte GA-F2A88XN-WiFi, einer Radeon R9 Nano und zwei 840 Pro sind sehr gut. Unter CPU-Last mit Gleitkomma-Berechnungen im Luxmark erreichen die beiden Chips samt restlichem System 86 und 103 Watt, im Integer-lastigen H.264-Encodieren sind es 107 und 133 Watt. Diese Differenz entspricht etwa den TDPs.

Sparsam zu sein alleine macht aber noch nicht die Effizienz aus.

Athlon vs. Pentium im Duell

Um die Leistung des Athlon X4 845 einordnen zu können, hat uns Alternate(öffnet im neuen Fenster) leihweise einen Athlon X4 860K und einen Pentium G4400 zur Verfügung gestellt. Letzterer basiert auf der Skylake-Architektur und nutzt zwei Kerne ohne Hyperthreading. Die beiden Rechenwerke takten mit 3,3 GHz - einen Turbo gibt es nicht. Alle drei Chips kosten zwischen 60 und 70 Euro. Als Referenz haben wir zudem den 350 Euro teuren Core i7-6700K mit in die Benchmarks aufgenommen. Die CPUs laufen mit den vom Hersteller spezifizierten Taktraten und RAM-Frequenzen, die aus den Diagrammen zu entnehmen sind.

In Anwendungen und theoretischen Tests schlägt sich der Athlon X4 845 gegen den ähnlich teuren Pentium G4400 ziemlich gut. Der Intel-Chip liefert zwar eine drastisch höhere Leistung pro Takt, aber eben nur auf zwei Kernen und bei niedrigerer Frequenz. Sobald ein Programm viele Kernen nutzt, liegt der Athlon X4 845 in Front. Eine Ausnahme sind der Simple- und der Medium-Test des Luxmark: Da in jedem der beiden Module des Carrizo-Chips nur eine Float-Einheit arbeitet und offenbar der L2-Cache limitiert, kann der Pentium hier den Athlon überholen. Die Complex-Szene sieht beide gleichauf.

Wenden wir uns Spielen zu, wird es spannend. Viele ältere und einige aktuelle Titel skalieren nicht sehr gut mit mehreren Kerne, sondern eher mit schnellen Puffern. Andere hingegen setzen gleich vier CPU-Kerne voraus, um zu laufen. Far Cry Primal und The Division starten zwar auf dem Pentium anstandslos und lassen uns einen Spielstand auswählen. Der Urzeit-Shooter hängt sich allerdings reproduzierbar beim Laden auf und der Manhatten-Shooter ebenfalls.

Das populäre Grand Theft Auto 5 lädt auf dem Pentium eine gefühlte Ewigkeit (handgestoppte 13 Minuten), bis wir spielen können. Nur zwei Kerne sind jedoch zu wenig, um das Streaming zu berechnen, was in heftigen Rucklern und aus dem Nichts aufploppenden Texturen und Schatten sowie Geometrie resultiert - unspielbar. Das gut auf mehrere CPU-Kerne ausgelegte Ashes of the Singularity läuft unter D3D12 auf dem Athlon X4 845 schneller als auf dem Athlon X4 860K, aber etwas langsamer als auf dem Pentium G4400.

Bei Dirt Rally kann sich der Intel-Chip ebenfalls leicht absetzen, wir reden hier allerdings von 92 zu 71 fps. Wer das Rennspiel nicht gerade mit maximalen Details auf einem Oculus Rift in der Consumer-Version laufen lassen möchte, muss sich keine Sorgen machen. Das gilt auch für Next Car Game und The Elder Scrolls 5 Skyrim, wenngleich hier beide Athlon-Modelle weit abgeschlagen sind. Flüssige Bildraten erreichen die beiden AMD-Chip in jedem Fall.

Selbst in The Division mit manuell maximierten Details und somit einer höheren Sichtweite packt der Athlon X4 845 über 40 Frames pro Sekunde - für 65 Euro ist das eine mehr als anständige Leistung. Wer in der Praxis den Distanzregler ein wenig nach links schiebt, dürfte ohnehin ins Grafiklimit laufen.

Verfügbarkeit und Fazit

AMD verkauft den Athlon X4 845 seit Anfang März 2016 für rund 65 Euro, er ist beispielsweise bei Alternate(öffnet im neuen Fenster) verfügbar. Käufer der Boxed-Version erhalten den überarbeiteten Kühler mit dem charakteristischen roten Lüfter dazu. Der hält den Chip überraschend leise auf Temperatur - kein Vergleich mit den nervigen Heulbojen, die AMD den Prozessoren bisher beigelegt hatte.

Fazit

Der erste Carrizo-Chip in Form eines gesockelten Prozessors überzeugt: Die aktuelle Excavator-Architektur steigert die wichtige Leistung pro Takt messbar und ermöglicht daher eine passable Geschwindigkeit trotz nicht ganz so hoher Frequenzen. Konkret hält der Athlon X4 845 in vielen Benchmarks mit dem Athlon X4 860K mit und benötigt dabei deutlich weniger Energie. Allerdings ist er praktisch nicht übertaktbar, was dem ein oder anderen eventuell 10 Euro Aufpreis wert ist - der 860K verfügt über einen offenen Multiplikator.

Verglichen mit Intels Pentium G4400, der ebenfalls 65 Euro kostet, schlägt sich der Athlon X4 845 gut: Zwar rechnet der Pentium in älteren oder wenig parallelisierten Spielen flotter, allerdings laufen einige Titel mit zwei Kernen gar nicht. Wer eine CPU sucht, um sich ein kleines, aber feines Gaming-System zu bauen, der macht mit dem Athlon X4 845 nichts falsch. Signifikant mehr Leistung gibt es erst für 120 Euro in Form eines Core i3-6100 oder FX-6350.

Die Excavator-Technik an sich werden wir 2016 noch häufiger sehen und zwar in Form von Bristol Ridge für den Sockel AM4 sowie der BGA-Fassung FP4 und als CPU-Part von Stoney Ridge, ebenfalls verlötet für FP4.

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