Sieben Jahre, eine Fertigung: Mit 14 nm geht bei Intel eine Ära zu Ende - wir blicken zurück, Benchmarks aller Mainstream-Topmodelle inklusive.
Kaum ein Herstellungsprozess war für Intel so prägend wie 14 nm - nie wurden mehr Chips mit einem Node gefertigt, kein anderes Verfahren schaffte bis heute derart hohe Taktraten. Wir schauen uns die Entwicklung von 14 nm und den darauf basierenden CPUs an, gefolgt von Benchmarks der einzelnen Generationen, und geben abschließend einen Ausblick auf 10 nm.
Zehn Jahre ist es nun her, dass Intel es mit 22 nm als erster Hersteller schaffte, dreidimensionale statt planare Transistoren zu entwickeln, sogenannte FinFets. Das Desktop-Topmodell mit Ivy-Bridge-Architektur, der Core i7-3770K, erreichte 2012 immerhin 3,9 GHz und erfreute sich dank geringer Leistungsaufnahme großer Beliebtheit.
Der nachfolgende Core i7-4770K mit Haswell-Technik lief 2013 mit der gleichen Spitzenfrequenz, aber höherer Leistung pro Takt. Zu diesem Zeitpunkt war Intel bereits klar, dass 14 nm nicht mehr 2013 fertig werden und weder die Geschwindigkeit noch die Chip-Ausbeute (Yield) von 22 nm erreichen würde.
Ergo schob Intel erstmal den Core i7-4790K alias Devil's Canyon hinterher, der 2014 mit für damalige Verhältnisse satten 4,5 GHz Boost und gar 4 GHz auf allen vier Kernen antrat. Erst Ende des Jahres erschienen nach monatelanger Verzögerung endlich die ersten 14-nm-Chips, genannt Broadwell: Die Core M für passiv gekühlte Geräte waren mit 4,5 Watt und maximal 2,9 GHz wenig leistungsstark.
Hierzu sei angemerkt, dass der initiale 14-nm-Prozess alias P1272 für höhere Taktraten ausgelegt war, diese Frequenzen zu Beginn aber nicht erreicht wurden. Modelle wie der Core i7-5557U für Ultrabooks schaffte immerhin 3,4 GHz - was aber noch immer 1 GHz weniger war als bei 22 nm. Auch die Yield-Rate lag unterhalb des älteren Fertigungsverfahrens, weshalb die Desktop-CPUs lange auf sich warten ließen.
So kam es, dass im Sommer 2015 der Core i7-5775C unter schlechten Voraussetzungen startete: viel später als gedacht, mit deutlich niedrigeren Taktraten als der Vorgänger und obendrein noch für eine auslaufende DDR3-Plattform. Doch Intel gab dem Broadwell-Chip eine Besonderheit mit auf den Weg, die es bis heute im Desktop-Segment nicht mehr gegeben hat.
Da der Core i7-5775C faktisch ein Mobile-Design im LGA-Package war, hatte er den gleichen Aufbau: Neben vier Kernen integrierte der Prozessor eine flotte Iris-Plus-Grafik (GT3e) und wurde mit einem zusätzlichen Chip ausgeliefert. Dieser bestand aus 128 MByte EDRAM, der als schneller L4-Cache fungiert.
Gegen den wenige Wochen später erschienenen Core i7-6700K mit Skylake-Architektur konnte sich der Core i7-5775C trotz nur 3,7 GHz daher gut behaupten: Der Nachfolger litt ebenfalls unter der initialen 14-nm-Fertigung und trat mit 4,2 GHz an. Die niedrigere Leistung pro Takt (IPC) und den DDR4-Speicher machte der L4-Cache des Broadwell-Designs wett, insbesondere in Spielen schaffte der Core i7-6700K einen Gleichstand.
In den nächsten Monaten verbesserte Intel das Verfahren jedoch und brachte mit 14+ nm eine weitere Iteration - ein Trend, der Tradition werden sollte.
CPUs von Intel, Comet-Lake - von PCGH getestet
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| Produktname | Intel Core i9-10900K | Intel Core i9-10850K | Intel Core i7-10700K | Intel Core i9-10900 | Intel Core i5-10400F | Intel Core i5-10600K |
| Hersteller | Intel | Intel | Intel | Intel | Intel | Intel |
| Weitere Daten anzeigen ... | ||||||
| Leistung** | 88,8 %/58,5 % | 88,5 %/58,6 % | 83,6 %/47,6 % | 87,0 %/42,7 % | 72,0 %/31,6 % | 75,3 %/35,6 % |
| Stromverbrauch | 66/86/58 Watt | 65/86/59 Watt | 10/66/65/71 Watt | 58/65/53 Watt | 30/35/28 Watt | 43/54/39 Watt |
| Kerne | 10c/20t | 10c/20t | 8c/16t | 10c/20t | 6c/12t, | 6c/12t |
| Grafik | Comet Lake GT2 | Comet Lake GT2 | Comet Lake GT2 | Comet Lake GT2 | - | Comet Lake GT2 |
| Basistakt | 3,7 GHz + Turbo | 3,6 GHz (4,8-5,2 GHz) | 3,8 GHz + Turbo | 2,8 GHz (4,3-5,2 GHz) | 2,9 GHz (4-4,3 GHz) | 4,1 GHz (4,5-4,8 GHz) |
| Prozess | 14 nm | 14 nm | 14 nm | 14 nm | 14 nm | 14 nm |
| RAM (max.) | 2× DDR4-2933 | 2× DDR4-2933 | 2× DDR4-2933 | 2× DDR4-2933 | 2× DDR4-2666 | 2× DDR4-2666 |
| Sockel | 1200 | 1200 | 1200 | 1200 | 1200 | 1200 |
| Vorteile |
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| Nachteile |
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| Angebote | ||||||
Dank der überarbeiteten Fertigung lief Anfang 2017 der Core i7-7700K dann auch mit bis zu 4,5 GHz und konnte sich klar vom Core i7-5775C absetzen. Die Skylake-Technik wurde als Kaby Lake verfeinert, per Speed Shift v2 können die CPUs signifikant schneller in höhere P-States takten als zuvor.
Um endlich über die Frequenzen des 22-nm-Verfahrens hinaus zu kommen, legte Intel mit 14++ nm die wichtigste Stufe des Prozesses auf: Hierbei wurde der Gate Pitch der Transistoren von 70 nm auf 84 nm geweitet, sodass eine 24 Prozent höhere Stromstärke verglichen zu den ursprünglichen 14 nm anliegen kann. Zwar sind die CPU-Kerne so größer, die Taktraten aber höher.
An dieser Stelle ist ein Exkurs zum Nanometer-Marketing angebracht: Was Intel als 14 nm bezeichnet, ist hinsichtlich der FinFet-Performance und der SRAM-Zellen-Packdichte zwar nominell besser als das der Konkurrenz; genauer Samsungs Foundrys 14LPE/11LPP und TSMCs 16FF/12FFN. Auch optimiert Intel seine CPU-Designs und die eigene Fertigung extrem stark aufeinander (IDM, Integrated Device Manufacturing). Spätestens mit 14++ nm war aber zumindest die Transistordichte den Mitbewerbern praktisch nicht mehr überlegen.
Zurück zu den Prozessoren und damit dem Core i7-8700K alias Coffee Lake in 14++ nm, dem ersten Mainstream-Hexacore von Intel. Dank sechs statt vier Kernen und bis 4,7 GHz wies dieser im Herbst 2017 den größten Performance-Zuwachs aller 14-nm-Generationen auf. Die gibt es jedoch nicht umsonst, denn die thermische Verlustleistung erforderte einen neuen Sockel mit mehr spannungsführenden Pins für eine Stromstärke von 138 statt 100 Ampere.
Offiziell läuft der Chip mit 95 Watt (PL1), viele Mainboard-Hersteller ignorieren aber dieses Power-Limit. In diesem Fall braucht der Core i7-8700K locker 150 Watt, damit die von Intel spezifizierten Taktraten überhaupt anliegen. Noch heftiger ist der Coffee Lake Refresh, denn der Core i9-9900K trat im Oktober 2018 mit acht verlöteten Kernen und bis zu 5 GHz an: Ungedrosselt braucht der Prozessor etwas über 200 Watt für volle Frequenzen.
Eigentlich hatte Intel da schon längst auf 10 nm wechseln wollen, die erste Iteration war aber derart schlecht, dass vom Cannon-Lake-Design nur ein einziger Prozessor erschienen ist. Der Core i3-8121U kam Anfang 2018 mit deaktivierter Grafikeinheit in den Handel, erst 10+ nm eignete sich im Herbst 2019 für Ice Lake U und voll funktionsfähige Chips. Die Taktraten aber blieben hinter den Erwartungen zurück, Intel musste 2020 mit 10++ nm (mittlerweile 10 nm Super Fin genannt) und Tiger Lake U gegensteuern.
| i7-5775C | i7-6700K | i7-7700K | i7-8700K | i9-9900K | i9-10900K | i9-11900K | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Codename | Broadwell | Skylake | Kaby Lake | Coffee Lake | Coffee Lake R | Comet Lake | Rocket Lake |
| Fertigung | 14 nm | 14 nm | 14+ nm | 14++ nm | 14++ nm | 14+++ nm | 14++++ nm |
| Die-Size* | ~170 mm² | ~120 mm² | ~130 mm² | ~150 mm² | ~180 mm² | ~200 mm² | ~270 mm² |
| μArch | Broadwell | Skylake | Kaby Lake | Kaby Lake | Kaby Lake | Kaby Lake | Cypress Cove |
| CPU-Kerne | 4 + SMT | 4 + SMT | 4 + SMT | 6 + SMT | 8 + SMT | 10 + SMT | 8 + SMT |
| Takt | 3,3 bis 3,7 GHz | 4,0 bis 4,2 GHz | 4,2 bis 4,5 GHz | 3,7 bis 4,7 GHz | 3,6 bis 5,0 GHz | 3,7 bis 5,3 GHz | 3,5 bis 5,3 GHz |
| L3-Cache | 6 MByte | 8 MByte | 8 MByte | 12 MByte | 16 MByte | 20 MByte | 16 MByte |
| Grafik | GT3e, Gen8 | GT2, Gen9 | GT2, Gen9.5 | GT2, Gen9.5 | GT2, Gen9.5 | GT2, Gen9.5 | GT2, Gen12 (Xe) |
| Speicher | DDR3-1600 | DDR4-2133 | DDR4-2400 | DDR4-2666 | DDR4-2933 | DDR4-2933 | DDR4-3200 |
| TDP (PL1) | 65 Watt | 91 Watt | 91 Watt | 95 Watt | 95 Watt | 125 Watt | 125 Watt |
| PL2, TAU | 81W, 28 sec | 114W, 28 sec | 114W, 28 sec | 119W, 28 sec | 119W, 28 sec | 250W, 56 sec | 251W, 56 sec |
Also weiter mit Plan B, was bedeutete: 14+++ nm mit mehr Kernen und mehr Takt und mehr Verlustleistung. Der Core i9-10900K war der letzte seiner Art, trat er doch mit zehn Kaby-Lake-Cores und bis zu 5,3 GHz an. Damit er seine Performance ansatzweise ausspielen konnte, streckte Intel das kurzfristige Power-Limit (PL2) von 119 auf 250 Watt und verdoppelte dessen Dauer (TAU) von 28 auf 56 Sekunden; dauerhaft sind es 125 statt 95 Watt. Ohne Bremse genehmigt sich der Chip jedoch locker 250 Watt.
Erst für die allerletzte und aktuelle 14-nm-Generation wandte sich Intel von Kaby Lake ab: Der Core i9-11900K nutzt Cypress Cove, eine von Ice Lake sowie 10+ nm geborgte und auf 14+++ nm zurück portierte Architektur. Das bläht den Chip stark auf, selbst mit nur acht Kernen weist er 50 Prozent mehr Transistoren auf und ist gut ein Drittel größer. Angesichts der vergleichsweise wenig gestiegenen Performance wirkt dieses Frankenstein-Design grotesk, erfüllt aber seinen Zweck.
Schauen wir uns nun an, wie sich die Leistung ausgehend vom Core i7-5775C über die Jahre entwickelt hat.
CPUs von Intel, Comet-Lake - von PCGH getestet
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| Produktname | Intel Core i9-10900K | Intel Core i9-10850K | Intel Core i7-10700K | Intel Core i9-10900 | Intel Core i5-10400F | Intel Core i5-10600K |
| Hersteller | Intel | Intel | Intel | Intel | Intel | Intel |
| Weitere Daten anzeigen ... | ||||||
| Leistung** | 88,8 %/58,5 % | 88,5 %/58,6 % | 83,6 %/47,6 % | 87,0 %/42,7 % | 72,0 %/31,6 % | 75,3 %/35,6 % |
| Stromverbrauch | 66/86/58 Watt | 65/86/59 Watt | 10/66/65/71 Watt | 58/65/53 Watt | 30/35/28 Watt | 43/54/39 Watt |
| Kerne | 10c/20t | 10c/20t | 8c/16t | 10c/20t | 6c/12t, | 6c/12t |
| Grafik | Comet Lake GT2 | Comet Lake GT2 | Comet Lake GT2 | Comet Lake GT2 | - | Comet Lake GT2 |
| Basistakt | 3,7 GHz + Turbo | 3,6 GHz (4,8-5,2 GHz) | 3,8 GHz + Turbo | 2,8 GHz (4,3-5,2 GHz) | 2,9 GHz (4-4,3 GHz) | 4,1 GHz (4,5-4,8 GHz) |
| Prozess | 14 nm | 14 nm | 14 nm | 14 nm | 14 nm | 14 nm |
| RAM (max.) | 2× DDR4-2933 | 2× DDR4-2933 | 2× DDR4-2933 | 2× DDR4-2933 | 2× DDR4-2666 | 2× DDR4-2666 |
| Sockel | 1200 | 1200 | 1200 | 1200 | 1200 | 1200 |
| Vorteile |
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| Nachteile |
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| Angebote | ||||||
Wir testen alle Core i7/i9 auf einem MSI H97M-G43, einem MSI Z270 SLI Plus, einem Asus Maximus XI Hero (Z390), einem Asus ROG Maximus XII Hero WiFi (Z490) und einem Asus ROG Maximus XIII Hero (Z590). Die Prozessoren laufen mit 32 GByte DDR3/DDR4-Speicher nach den jeweiligen Intel-Spezifikationen, auch PL1/PL2/TAU sind entsprechend eingestellt.
Apps und Spiele sowie Windows 10 x64 20H2 liegen auf einer Corsair MP600 mit 2 TByte, einer der schnellsten NVMe-SSDs. Als Grafikkarte nutzen wir eine Geforce RTX 3080 (Test) von Nvidia, als Netzteil kommt ein Seasonic Prime TX mit 1.000 Watt zum Einsatz. Wir verwenden CapFrameX, um die Framerate/Frametimes zu messen.
Getestete Spiele
- Anno 1800 (Anno Engine)
- CSGO (Source Engine)
- Flight Simulator (Asobo Engine)
- Grand Theft Auto 5 (RAGE)
- Kingdom Come Deliverance (Cry Engine)
- Planet Zoo (Cobra Engine)
- Total War Troy (TWW2 Engine)
-chart.png "H97, Z270, Z390, Z490, Z590, RTX 3080, 32GB DDR3/DDR4, Win10 20H2 (Bild: Golem.de)")
Der Core i7-6700K hat es in Spielen schwer gegen den Core i7-5775C. Dessen L4-Cache überkompensiert die IPC und den Takt des Nachfolgers, erst der Core i7-7700K kann sich vom Broadwell-Chip absetzen. Da aktuelle Titel oft von mehr als vier Kernen profitieren, macht der Core i7-8700K einen deutlichen Sprung verglichen zu den drei Quadcores. Der Core i9-9900K und der Core i9-10900K können sich wenig absetzen, einzig Total War Troy nutzt deren zusätzliche Kerne. An der Spitze aber steht der Core i9-11900K, denn die Cypress-Cove-Architektur liefert pro Takt die beste Performance.
Getestete Anwendungen
- 7-Zip (reales Packen)
- Blender (Cycles)
- Cinebench R15/R20
- Faststone Image Viewer
- Unreal Engine 4
- y-Cruncher (AVX-512)
-chart.png "H97, Z270, Z390, Z490, Z590, RTX 3080, 32GB DDR3/DDR4, Win10 20H2 (Bild: Golem.de)")
Die meisten Apps reagieren weniger auf den EDRAM des Core i7-5775C, nur in 7-Zip düpiert der 14-nm-Erstling beide Quadcore-Nachfolger. Der sechskernige Core i7-8700K, der achtkernige Core i9-9900K und der zehnkernige Core i9-10900K skalieren dank mehr Rechenwerken in vielen Anwendungen wie Blender oder der Unreal Engine 4. Der Core i9-11900K als Octacore hingegen verliert hier und da gegen seinen Vorgänger, denn die höhere IPC kann die geringere Kernmenge nicht immer ausgleichen.
Mit 10 nm endlich durchstarten
In Zukunft plant Intel nominell mit AMDs 16-kernigen Modellen gleichzuziehen: Für Ende 2021 ist mit Alder Lake die nächste Generation mit 10+++ nm alias 10 nm Enhanced Super Fin statt 14++++ nm angesetzt. Zudem baut Intel ein Hybrid-Design mit heterogenen x86-Kernen, ähnlich dem im Smartphone-Segment erfolgreichen Big-Little-Prinzip von ARM.
Die Idee wurde mit Lakefield im Mobile-Segment bereits umgesetzt, hier gibt es eine 1+4-Konfiguration aus einem schnellen Core- (Sunny Cove) und vier sparsamen Atom-Kernen (Tremont). Bei Alder Lake hingegen wird ein 8+8-Aufbau (Golden Cove & Gracemont) verwendet, überdies führt diese Generation auch DDR5-Arbeitsspeicher ein.
Auf Alder Lake soll 2023 dann Meteor Lake mit 7 nm folgen - auch hier zeichnet sich aber seit Jahren eine Verzögerung ab. 2022 dürfte Intel daher mit Raptor Lake eine weitere 10-nm-Enhanced-Super-Fin-Generation einschieben, um die Zeit zu überbrücken.
| Chip | Fertigung | CPU-Kerne | µArch | Sockel | Launch | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Broadwell | Core i7-5775C | 14 nm | 4 | Broadwell | LGA 1150 | 2015 |
| Skylake | Core i7-6700K | 14 nm | 4 | Skylake | LGA 1151 | 2016 |
| Kaby Lake | Core i7-7700K | 14+ nm | 4 | Kaby Lake | LGA 1151 | 2017 |
| Coffee Lake | Core i7-8700K | 14++ nm | 6 | Kaby Lake | LGA 1151 v2 | 2018 |
| Coffee Lake R | Core i9-9900K | 14++ nm | 8 | Kaby Lake | LGA 1151 v2 | 2019 |
| Comet Lake | Core i9-10900K | 14+++ nm | 10 | Kaby Lake | LGA 1200 | 2020 |
| Rocket Lake | Core i9-11900K | 14+++ nm | 8 | Cypress Cove | LGA 1200 | 2021 |
| Alder Lake | (?) | 10 nm ESF | 8+8 | Golden Cove + Gracemont | LGA 1700 | 2021 |
| Raptor Lake | (?) | 10 nm ESF | 8+8 | Ocean Cove + Gracemont (?) | LGA 1700 | 2022 |
| Meteor Lake | (?) | 7 nm EUV | (?) | Redwood Cove + Gracemont (?) | LGA 1700 | 2023 |
| Lunar Lake | (?) | (?) | (?) | (?) | (?) | (?) |
CPUs von Intel, Comet-Lake - von PCGH getestet
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| Produktname | Intel Core i9-10900K | Intel Core i9-10850K | Intel Core i7-10700K | Intel Core i9-10900 | Intel Core i5-10400F | Intel Core i5-10600K |
| Hersteller | Intel | Intel | Intel | Intel | Intel | Intel |
| Weitere Daten anzeigen ... | ||||||
| Leistung** | 88,8 %/58,5 % | 88,5 %/58,6 % | 83,6 %/47,6 % | 87,0 %/42,7 % | 72,0 %/31,6 % | 75,3 %/35,6 % |
| Stromverbrauch | 66/86/58 Watt | 65/86/59 Watt | 10/66/65/71 Watt | 58/65/53 Watt | 30/35/28 Watt | 43/54/39 Watt |
| Kerne | 10c/20t | 10c/20t | 8c/16t | 10c/20t | 6c/12t, | 6c/12t |
| Grafik | Comet Lake GT2 | Comet Lake GT2 | Comet Lake GT2 | Comet Lake GT2 | - | Comet Lake GT2 |
| Basistakt | 3,7 GHz + Turbo | 3,6 GHz (4,8-5,2 GHz) | 3,8 GHz + Turbo | 2,8 GHz (4,3-5,2 GHz) | 2,9 GHz (4-4,3 GHz) | 4,1 GHz (4,5-4,8 GHz) |
| Prozess | 14 nm | 14 nm | 14 nm | 14 nm | 14 nm | 14 nm |
| RAM (max.) | 2× DDR4-2933 | 2× DDR4-2933 | 2× DDR4-2933 | 2× DDR4-2933 | 2× DDR4-2666 | 2× DDR4-2666 |
| Sockel | 1200 | 1200 | 1200 | 1200 | 1200 | 1200 |
| Vorteile |
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