Im Gegensatz zur letzten, bereits 2013 eingeführten und unter dem Code­namen 'Haswell' bekannten vierten ­Generation der Intel-Core-Prozessoren handelt es sich bei der fünften Generation (Codename 'Broadwell') primär um einen Wechsel der Fertigungstechnologie auf die stromsparende 14-nm-FinFET-Technologie. In Intels Tick-Tock-Modell der jährlich abwechselnden Weiterentwicklungen von Mikroarchitektur und Fertigungstechnologie ist dies ein 'Tick'. Ganz einfach hat es sich der Klassenprimus Intel diesmal allerdings nicht gemacht: Wie schon bei den Core-M-Prozessoren wird auch bei den Core-i-Prozessoren der fünften Generation die neue, stark verbesserte HD-Grafik in ihrer achten Generation eingesetzt. Diese gibt es wie bei den Vorgängermodellen als GT1-, GT2- oder als GT3-Version mit jeweils 12, 24 oder 48 Grafikeinheiten (Execution Units, EU) im Gegensatz zu den jeweils 10, 20 oder 40 EUs bei der vierten ­Generation. Allein dadurch wäre die Leistung schon rund 20 % höher, jedoch wurde die Leistungsfähigkeit durch die Optimierungen der Architektur, unter anderem durch größere Buffer und L1-Caches, weiter optimiert, so dass es je nach Anwendung zu einem Leistungszuwachs von bis zu 50 % kommen kann. Die höher getaktete GT3-Grafik in 'Iris'-Version (HD6100) bleibt auch weiterhin speziellen Notebook-Prozessoren mit einer TDP von 28 W vorbehalten.

Wie unterscheiden sich i3, i5 und i7 bei der neuen U-Serie? Zunächst die Gemeinsamkeiten: Alle hier erwähnten Embedded-Singlechip-Modelle der U-Serie der 5. Generation haben eine einheitliche TDP von maximal 15 W, Hardware-Unterstützung für AES-Verschlüsselung (AES-NI) und unter­stützen DDR3-1600L Memory mit 1600 MT/s und 1,35 V Betriebsspannung. Auf Prozessorseite entspricht die Mikroarchitektur der Vorgängergeneration mit Hyperthreading, der Hochleistungs-Vektorrechnereinheit AVX2, Intel-Remote-Management und komplett integriertem Low-Power Chipsatz (Plattform Controller Hub, PCH) mit kleineren Erweiterungen im Bereich der Security- und Management-Funktionen. Das Topmodell i7-5650U verfügt über 4 MByte L3 Cache, während die klei­neren i5-5350U und i3-5010U mit 3 MByte L3 Cache auskommen müssen; darüber hinaus verfügen nur i7 und i5 über Turbo-Boost für die CPU, konfigurierbares TDP-Management und die Intel-vPro-Virtualisierungsmöglichkeiten. Mit einem Grundtakt von 2,2 GHz und einem Turbo-Boost-Takt von 3,2 GHz verfügt der i7-5650U über eine hervorragende Singlethread-Performance für klassische Anwendungen, während die Leistung des i5-5350U bei einem Grundtakt von 1,8 GHz deutlich niedriger ausfällt und auch im Turbo-Boost-Modus nur bis zu 2,9 GHz möglich sind. Der i3-5010U als Einsteigermodell verfügt über eine feste Taktfrequenz von 2,1 GHz, einen Turbo-Boost für den Prozessor gibt es hier nicht.

Die von Congatex verwendeten neuen Prozessoren

© Congatec

Bei i7-5650U und i5-5350U wird die fast doppelt so leistungsfähige GT3-Grafik (HD 6000) eingesetzt; bei i3-4010U die einfachere GT2-Standardgrafik (HD5500). Der Grundtakt liegt dabei jeweils bei 300 MHz, im HD-Boost-Modus können die Grafikeinheiten auf bis zu 1 GHz (HD 6000 bei i7-5650U und i5-5350U) beziehungsweise 900 MHz (HD5500 beim i3-5010U) hochgetaktet werden.

Mit DirectX 12, OpenGL 4.3 und OpenCL 2.0 unterstützt die integrierte Grafik jeweils die aktuellsten Versionen dieser Standards, bei HDMI aktuell nur die Version 1.4. Drei voneinander unabhängige Grafik-Ausgänge ermöglichen jeweils bis zu 4K Ultra-HD-Display-Auflösung mit bis zu 3840 × 2160 Pixel bei DisplayPort und 4096 × 2304 Pixel bei HDMI. Neue, erweiterte Codecs ermöglichen flüssiges Streaming selbst bei höchsten Auflösungen.

Was bringt die neue ­Technologie?

Durch die auf 14 nm geschrumpfte Fertigungstechnologie sinken zunächst einmal Stromverbrauch und Platzbedarf. Die geringere Chipgröße senkt nach ­einer gewissen Anlaufzeit die Her­stellungskosten durch geringeren Platzbedarf (mehr Chips pro Wafer) und die prinzipbedingt größere Ausbeute bei Chips kleinerer Fläche. Intel hat ­sinnvollerweise einen Teil des gesparten Platzes in größere Zwischenspeicher und weitere kleinere Architekturver­besserungen investiert: zum Beispiel breitere Register, womit bei praktisch unveränderter Mi­kroarchitektur zusätz­liche Effizienzgewinne gegenüber der Vorgängergeneration realisierbar waren. Dadurch ließen sich bei ­gleicher beziehungsweise höherer Leistung die maximalen Taktfrequenzen und damit auch der Stromverbrauch reduzieren. Dies ermöglicht bei gleichem Leistungsbudget von 15 W TDP eine bei Bedarf deutlich höhere Grafikleistung und kann ein Herabregeln der Rechenleistung (Throttling) bei hoher geforderter Grafik­leistung wirksamer vermeiden.

Salopp ausgedrückt: Intel hat an den richtigen Schrauben ­gedreht, wodurch die Prozessoren der fünften GSingleboard Computer oder Modul?eneration der Core-i-U-Serie gegenüber den Vorgängern nur Vorteile ­bieten – und dies bei identischem Gehäuse mit 100%iger ­Pin-Kompatibilität!

Singleboard Computer oder Modul?

Blockdiagramm des neuen COM-Express-Compact-Embedded-Moduls

© Congatec

Congatec hat bereits sowohl ein COM-Express-'compact'-Modul als auch einen kompletten Einplatinencomputer im gängigen Thin-Mini-ITX-Format für die neuen Prozessoren entwickelt. Modulare Computersysteme eignen sich dann besonders gut, wenn spezielle eigene Peripherie zum Einsatz kommt und die Stückzahlen oder die Fertigungssituation vor Ort kein eigenes Design erlauben. Einplatinencomputer sind kostengünstig, sofort verfügbar und bieten sich als gute Lösung an, wenn alle benötigten Schnittstellen bereits auf der Platine oder per Erweiterungskarte verfügbar sind. In beiden Fällen profitieren die Kunden von der Langzeitverfügbarkeit von mindestens sieben Jahren, die zeit- und kostenaufwendige Anpassungen und Neuzertifizierungen bei Re-Designs erspart.

Bei höheren Stückzahlen kann es auch interessant sein, kostenoptimierte kundenspezifische Varianten von den vorhandenen Lösungen abzuleiten.

Beide Plattformen unterstützen drei voneinander unab­hängige Displays via LVDS/eDP und 2x HDMI/DP++, natives USB3.0, vier SATA Interfaces mit bis zu 6 Gbit/s und Gbit Ethernet sowie spezielle Embedded-Features wie Real-Time Clock.

Und die Anwendungen?

Die Core-Prozessoren der fünften Generation (U-Serie) zeichnen sich als echte Systems-on-Chip (SoC) durch gute Grafikleistung und hohe Single-Thread-Performance bei geringstem Energieverbrauch aus. Damit eignen sie sich besonders gut für Anwendungen, die eine hohe Grafikleistung erfordern wie etwa komplexe Leitstände, Digital Signage Systeme mit mehreren Monitoren oder auch Gaming-Systeme. Hier sind die herausragenden Eigenschaften 4K-Support auf bis zu drei unabhängigen Display-Ansteuerungen, die sich selbst wiederum auf mehrere Monitore verteilen können, der geringe Energieverbrauch sowie die flache Bauweise bei den 'Thin'-Mini-ITX-Einplatinensystemen. Die Kombination aus geringem Energieverbrauch und hoch leistungsfähiger Grafik eignet sich zudem perfekt für den Einsatz in mobilen und semistationären Geräten mit komplexer Grafik und Touch-Bedienung, wie sie im Bereich der Diagnostiksysteme insbesondere in der Medizintechnik zum Einsatz kommen. Die Leistungsaufnahme von lediglich 15 W TDP erlaubt einfache passive Kühlkonzepte und ermöglicht eine hermetische Kapselung und damit hohe Schutz- und Isolationsklassen. Durch die hohe Single-Thread-Performance können auch ältere Anwendungen ohne aufwendige Nach­optimierungen einfach portiert werden.

Als Fazit bleibt: Die neuen Core-Prozessoren der fünften Generation (vormals: Haswell-U) übertreffen ihre Vorgänger in allen Bereichen, und dies bei voller Pin- und Applikationskompatibilität und gleich ge­bliebenem Leistungsbudget von nur 15 W TDP. Mit ihrer überragenden ­Effizienz und der hohen Grafikleistung sind sie die ideale Lösung für passiv gekühlte und mobile Anwendungen mit hohen Anforderungen an Grafikleistung und Singlethread-Performance.

Autor:
Markus Hofmeister ist Entwicklungsingenieur bei Congatec.