Original-URL des Artikels: https://www.golem.de/news/core-m-5y70-im-test-vom-turbo-zur-vollbremsung-1411-110529.html    Veröffentlicht: 17.11.2014 09:05    Kurz-URL: https://glm.io/110529

Core M-5Y70 im Test

Vom Turbo zur Vollbremsung

Für 6 Watt richtig flott: Der Core M ist überraschend schnell. Bei kurzen oder sehr langen Berechnungen zeigt sich aber, dass Intel bei der Angabe der Leistungsaufnahme kräftig schummelt.

Intel verspricht, die dünnsten passiv gekühlten 2-in-1-Geräte am Markt möglich zu machen: Flach wie eine Rasierklinge und superschnell sollen Tablets mit dem Core M sein. Intel hat die erste neue Prozessormarke seit den Core-i-Modellen von 2009 auf der Computex-Messe im Juni 2014 angekündigt. Jetzt sind die Geräte auf dem Markt, und wir haben den Chip getestet.

Der Core M ist der indirekte Nachfolger des Pentium M, mit dem Intel vor über einem Jahrzehnt das Notebook-Segment nahezu revolutionierte. Der Core M ist zwar ein ähnlich ambitioniertes Projekt, anders als der Pentium M aber die Weiterentwicklung einer vorhandenen Technik. Der Core M basiert auf der Broadwell-Architektur, die Golem.de im September ausführlich betrachtet hat. Bei allen Core-M-Modellen handelt es sich um Broadwell-Y mit zwei Prozessorkernen, Hyperthreading und einer Grafikeinheit namens HD Graphics 5300. Die Chips werden im 14-Nanometer-FinFET-Verfahren gefertigt, das bisher nur Intel verwendet.

Der Fertigungsprozess benötigte bis zur Serienproduktion länger als geplant, da die aus 13 Schichten bestehenden Core M sehr komplexe Prozessoren sind und Intel Probleme mit der Chip-Ausbeute (Yield) hatte. Mittlerweile läuft der Prozess, es gibt ein neues Stepping, also eine verbesserte Version, und weitere Modelle.



Die Sache mit dem Boost

Laut Lenovo ist der Core M-5Y70 unseres Yoga 3 Pro auf eine TDP von 6 Watt eingestellt. Der Chip hat also einen größeren thermischen Spielraum: Die Prozessorkerne und die Grafikeinheit takten länger mit höheren Frequenzen als bei einer TDP von 4,5 Watt. In der Praxis erreicht der Chip aber oft 12 bis 15 Watt - was er auch darf.

Prozentual sind 6 Watt rechnerisch ein Drittel mehr Hitze, die der Chip abgeben darf, bevor er sein thermisches Limit erreicht und die Taktraten reduziert. Welche Frequenzen der Core M-5Y70 anlegt, ist in der Praxis von vielen Faktoren abhängig: Rechnet ein Prozessorkern oder rechnen alle? Gibt die Grafikeinheit einzig ein Bild aus oder ist ihre Leistung ebenfalls gefordert? Läuft die Anwendung nur für einige Sekunden oder mehrere Minuten?

Die letzte Frage ist vergleichsweise einfach zu beantworten: Je kürzer die Dauer einer Berechnung ist, desto höher taktet der Core M-5Y70 seine Prozessorkerne und die Grafikeinheit. Intel bewirbt den Chip mit einem maximalen CPU-Turbo von 2,6 GHz und einem Grafik-Boost von bis zu 850 MHz. Die Basisfrequenzen hingegen belaufen sich auf weitaus niedrigere 1,1 GHz und 100 MHz.

In der Praxis erreicht der Core M-5Y70 seine Turbo-Taktraten regelmäßig. Egal, ob wir einen neuen Tab mit dem Browser öffnen oder ein Bild für den Upload in unser Content-Management-System verkleinern: Für wenige Sekunden springen die CPU-Kerne auf 2,6 GHz und drosseln nach spätestens einer Minute in den 1- bis 2-GHz-Bereich.

Auch die Grafikeinheit legt kurzfristig ihre vollen 850 MHz an, wenn wir einen selektiven Schärfefilter auf ein Bild anwenden. In beiden Fällen darf der Core M für einige Sekunden die TDP von 6 Watt kräftig überschreiten, sobald die Temperatur steigt, drosselt er sich wieder.

Sprints mit bis zu 15 Watt

Als anschauliches Beispiel haben wir uns für den Sala-Test des Luxmark entschieden. Das Programm arbeitet auf Raytracing-Basis und nutzt die OpenCL-Schnittstelle. Der Nutzer kann wählen, ob die Prozessorkerne oder die GPU oder beide Chipteile gemeinsam rechnen.

Raytracer wie der Luxmark verteilen ihre Arbeit sehr gut auf alle vorhandenen Einheiten, die Shader-Rechenwerke sind ebenso gefragt wie die internen Caches und der Speicher-Controller.

Wir haben mit der Betaversion von HW-Info unter anderem die Taktraten der CPU-Kerne und der GPU, die Temperaturen und die Leistungsaufnahme ausgelesen: Rechnet nur der Prozessor, liegt dessen Frequenz für geraume Zeit bei 2,6 GHz um dann durchgehend 1,6 bis 1,8 GHz zu halten. Zur Erinnerung: Der Basistakt beträgt bei 1,1 GHz. Die Grafikeinheit läuft mit 450 MHz.

Starten wir den Sala-Test auf der GPU, springt deren Takt kurz auf 850 MHz, pendelt dann zwischen 500 und 550 MHz. Manchmal liegen aber auch 750 bis 800 MHz für ein zwei Sekunden an. Die CPU-Kerne drosseln nach einem kurzen Sprint mit 2,6 GHz auf 800 MHz. Interessant: Die Uncore-Frequenz erhöht sich auf 1,3 GHz - so kann der Speichercontroller schneller Daten verarbeiten.

Das ist wichtig für die Grafikeinheit: Diese ist anders als die Prozessorkerne sowohl auf eine hohe Datentransferrate als auch auf eine geringe Latenz angewiesen. Ansonsten müssen die Shader-Rechenwerke warten, die GPU kann nicht ihre volle Geschwindigkeit erreichen.

Die höchsten Benchmark-Werte gibt der Luxmark aus, wenn Grafikeinheit und CPU parallel rechnen. Da sich beide aber nun das thermische Budget teilen müssen, steigt die TDP parallel zu den Boost-Frequenzen kurz auf 15 Watt. Danach (6 Watt) liegen geringe Taktraten an: Die Kerne arbeiten mit rund 1.000 MHz, die GPU pendelt zwischen 450 und 600 MHz.

Die TDP gibt die Verlustleistung an, welche die Kühlung abführen muss. Die reale Leistungsaufnahme darf und soll darüber liegen, sofern die Temperaturen dies ermöglichen.

Je kälter, desto schneller

Wird der Core M über mehrere Minuten belastet, so steigen die Temperaturen der Kerne und der Grafikeinheit an - wie bei jedem Prozessor. Die integrierte Power Control Unit im Core M misst in Echtzeit dessen Verlustleistung, die sich aus drei Faktoren zusammensetzt: Taktraten, Spannung und Temperaturen.

Höhere Frequenzen benötigen eine höhere Spannung, beides steigert die Verlustleistung und der Chip wird wärmer. Die Hitze-Entwicklung hat ebenfalls Einfluss auf die Leistungsaufnahme, da ein heißerer Prozessor mehr Leckströme produziert. Das mag bei einem Desktop-Chip mit 140 Watt kaum ins Gewicht fallen, bei einem Core M mit 6 Watt aber schon.

Intel macht sich die thermische Trägheit zunutze, um die Leistungsaufnahme des Prozessors auf mehr als 6 Watt zu erhöhen. Wie bei einer eingeschalteten Herdplatte erwärmt sich auch ein Chip nur langsam, obwohl bereits die volle Leistung anliegt.

Bis sich der Core M so stark aufgeheizt hat, dass er seine Frequenzen und die anliegende Spannung reduzieren muss, dauert es anders als bei einer Herdplatte aber nur einige Sekunden. In diesem Zeitraum boostet der Chip auf bis zu 2,6 GHz CPU- und 850 MHz Grafiktakt und benötigt kurzfristig bis zu 15 Watt.

Im Umkehrschluss verringert die thermische Trägheit aber auch die Geschwindigkeit, wenn mehrere Aufgaben nacheinander abgearbeitet werden sollen. Heizen sich die Prozessorkerne und die Grafikeinheit des Core M auf, so heizen sich auch das Chip-Gehäuse, der Träger sowie das Mainboard auf.

Bei diesen Bauteilen sinkt die Temperatur deutlich langsamer als im Chip selbst, die abgestrahlte Wärme beeinflusst daher den Core M. Statt bei einem Benchmark eine Weile die vollen Turbotaktraten anzulegen, springt der Boost beim Betrieb mit durchgehender Last nur noch kurz oder gar nicht mehr.

Dies reduziert die Geschwindigkeit des Chips im Dauerbetrieb deutlich, wie unsere Messungen mit dem Luxmark zeigen. Der Lüfter des Yoga 3 Pro dreht zwar mit voller Geschwindigkeit, kann den Core M aber nicht so stark abkühlen, dass der Turbo längere Zeit aktiv sein kann.

Benchmark-Analyse

Um die Leistung des Core M-5Y70 einordnen zu können, haben wir zwei Tablet-Prozessoren zum Vergleich herangezogen. Der Core i5-4200U ist ein Haswell-U-Chip, wie er beispielsweise in Microsofts Surface Pro 2 oder in vielen aktuellen Ultrabooks steckt.

Der Atom Z3770 ist zwar ein flotter Bay-Trail-T-Chip, ein Gerät mit dem schnellsten Atom-SoC Z3795 konnten wir kurzfristig aber ebenso wenig auftreiben wie einen Haswell-Y mit 11,5 Watt TDP. Ein solches Modell, genauer der Core i3-4020Y, ist im Surface Pro 3 verbaut.

Bei Workloads, die eine Weile dauern und Prozessorkerne wie Grafikeinheit auslasten, ist der Core M-5Y70 klar langsamer als der Core i5-4200U. In Luxmark ist der Haswell-U-Chip deutlich schneller mit der Raytracing-Berechnung fertig, da der Core M-5Y70 seine Taktraten stark drosselt.

Ohnehin reizt der Luxmark, typisch für OpenCL-Messungen, die TDP des Broadwell-Y-Prozessors ziemlich aus. Dauerhaft hohe Frequenzen kann hier nur der Core i5-4200U mit 15 statt 6 Watt abrufen. Das gilt teils auch für längere Lasten auf allen Kernen, im Geekbench holt der Z3770 den Core M fast ein.

Im 3DMark Ice Storm Unlimited hält der Core M-5Y70 mit dem Haswell-U-Chip mit. Der Physics-Score ist etwas geringer, der Graphics-Wert dafür leicht höher. Hier machen sich die 24 statt 20 Ausführungseinheiten der HD Graphics 5300 des Broadwell-Y-Prozessors und die verbesserte Architekur bemerkbar. Lastet ein Benchmark oder Programm nur einen Kern aus, kann der Core M-5Y70 seinen Prozessor-Turbo über längere Zeit nutzen. Zusammen mit der laut Intel leicht höheren Leistung pro Takt reicht das im Singlecore-Test des Cinebench R11.5, um den Core i5-4200U einzuholen.



Fazit

Intel versucht, mit dem Core M die Leistungslücke zwischen teuren Ultrabooks und günstigen Atom-basierten Geräten zu schließen. Erfolgreich, wie wir finden - und nun kommt das Aber: Noch nie war die Geschwindigkeit eines Prozessors von so vielen Faktoren zugleich abhängig und noch nie hat ein Chip seine TDP derart weit überschritten.

Wir kennen Boost-Frequenzen, die mehr als doppelt so hoch liegen wie der Basistakt, jedoch selten erreicht werden. Wir kennen TDP-Limits und Temperaturen, bei denen die Chips drosseln. Wir kennen Intel-Prozessoren mit 15 Watt und mit 11,5 Watt - aber 6 Watt bei gleichen Einschränkungen?

Der von uns getestete Core M-5Y70 ist im besten Fall schneller als ein Ultrabook-Prozessor mit Haswell-Technik: Nämlich dann, wenn er für wenige Sekunden die thermische Trägheit ausnutzt, vollen Boost-Takt anlegt und bis zu 15 Watt benötigt.

Im schlechtesten Fall und nach einigen Minuten Laufzeit ist Intels Core M-5Y70 kaum flotter als ein Atom-Chip, wie er in einem 300-Euro-Tablet steckt. Diese Situation tritt allerdings nur selten ein, und gerade Programmstarts oder kurze Aufgaben wie das Nachschärfen eines Fotos erledigt der Core M sehr viel zügiger.

Einen Punkt haben wir bisher nicht getestet: Der Core M soll besonders sparsam sein und lange Akkulaufzeiten ermöglichen. Unsere Vorabmessungen des Yoga 3 Pro Convertible zeigen jedoch keine Verbesserung. Durch die sehr dünne Bauart und das enorm hoch auflösende Display (3.200 x 1.800 Pixel) ist die Laufzeit geringer als bei den meisten Haswell-Ultrabooks.

Das Potenzial für schnelle Geräte mit langen Laufzeiten mag prinzipiell gegeben sein. Wenn aber die Hersteller die Akkugröße zugunsten eines sehr flachen Gehäuses verringern, wird es zumindest im Windows-Lager keine 15-Stunden-Ultrabooks geben.  (ms)


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