Alder Lake: alles was wir über die Intel Hybrid-CPUs mit 16 Kernen wissen

Bald kommt Intel Alder Lake. Es sollen 10nm-Hybrid-CPUs mit kleinen und großen Kernen, PCIe 5.0 und DDR5 sein. Das wissen wir bereits darüber.

Alder Lake, der große Intel-Angriff?

Intel hat es derzeit an allen Fronten ziemlich schwer. Die erst kürzlich vorgestellte Rocket Lake-S-Generation für Desktop-CPUs kann nur bedingt mit AMDs Ryzen 5000-Prozessoren mithalten. Der Stromverbrauch ist enorm und mit nur acht Kernen im Topmodell kann Intel nicht gegen 16 Zen 3-Kerne bestehen. Nicht einmal im Gaming steht Intel noch unangefochten an der Spitze. Lediglich im Mittelklassesegment kann sich der Chip-Riese mit dem i5-11600K(F) für 243 Euro und dem i5-11400F für 165 Euro behaupten. Das Blatt hat sich also massiv zu Gunsten des Rivalen AMD gewendet. Auch in weiteren Segmenten ist das ähnlich: AMDs Umsätze im Markt für Mobilprozessoren und im Servermarkt sind im letzten Quartal geradezu explodiert. Auch Intel konnte im Mobilmarkt durch Corona zulegen, verlor im Servermarkt aber deutlich. Am Marktanteil von über 80 Prozent dürfte das aber dennoch wenig ändern, denn Intel kann deutlich besser liefern.

Am Horizont ist aber noch ein weiterer Silberstreif zu sehen: Alder Lake. Bei Alder Lake handelt es sich um die nächste Generation der Intel Core-Prozessoren. Wir sind damit bereits in der 12. Generation angelangt. Und im Vergleich zur 11. Generation alias Rocket Lake und Tiger Lake ändert sich so einiges sehr radikal. Immer mehr sickert bereits durch, Intel befindet sich im Endspurt. Deshalb begeben wir uns in diesem Artikel auf Spurensuche nach Alder Lake und erklären, was bereits geleakt ist, was als sicher gilt und was noch eher als Spekulation.

Alder Lake mit bis zu 16 Kernen – aber anders als gedacht

AMD hat es vorgemacht nun zieht Intel nach – 16 Kerne scheinen ein neuer Standard im Consumer-Segment zu werden. Auch Alder Lake soll mit bis zu 16 Kernen kommen. Intel wählt dabei aber einen völlig anderen, aber nicht unbedingt neuen Ansatz. Während AMD 16 gleichwertige Kerne in den sehr teuren Ryzen 9 5950X packt, setzt Intel auf ein Hybrid-Design. Dieses Hybrid-Design zeichnet aus, dass zwei unterschiedliche Kern-Architekturen verwendet werden, die beide einen speziellen Aufgabenbereich haben. ARM-Prozessoren nutzen dieses Prinzip, big.LITTLE genannt, bereits seit vielen Jahren. Und auch für Intel ist es nicht das erste Hybrid-Design. Letztes Jahr gab es mit Lakefield bereits einen kleinen Vorgeschmack. Allerdings waren die CPUs mit maximal sieben Watt TDP und „nur“ fünf Kernen ausschließlich für Mobilgeräte gedacht. Lakefield landete auch nur in zwei Geräten – dem Samsung Galaxy Book S und dem sehr teuren Lenovo Thinkpad X1 Fold.

Mit Alder Lake soll dieses Hybrid-Design nun in Mainstream-Prozessoren Einzug halten. Dafür kombiniert Intel die kommende Golden Cove-Architektur mit Gracemont. Golden Cove ist der Nachfolger von Willow Cove, der Kernarchitektur, die bereits in Tiger Lake zum Einsatz kommt und aktuell Intels schnellste Architektur ist. So basieren die „großen“, performanten Kerne auf der Golden Cove-Architektur. Im Vergleich zu den aktuellen Rocket Lake-S-Prozessoren, die noch auf Cypress Cove, einer Abwandlung von Sunny Cove, basieren, springt Intel also ganze zwei Generationen nach vorne. Die Golden Cove-Kerne sind für die leistungshungrigen Aufgaben bestimmt. Gracemont hingegen ist eine Architektur, deren Vorgänger Tremont man vor allem in den Atom-Prozessoren findet. Sie ist darauf ausgelegt, sparsam zu agieren und wenig Abwärme zu erzeugen. Die Gracemont-Kerne stellen die „kleinen“ Kerne dar. Sie sind vor allem für Hintergrundtasks gedacht, die nicht so viel Leistung benötigen. Sie beherrschen übrigens auch kein Hyperthreading. Deshalb kommt der 16-Kerner nur mit 24 statt 32 Threads – 16 Threads für die Golden Cove-Kerne, die Hyperthreading beherrschen, acht Threads für Gracemont ohne Hyperthreading.

Viele Kerne, viele Kombinationen

Diese beiden Kernarchitekturen verheiratet Intel nun auf einem Chip. Im Maximalausbau von Alder Lake-S sollen acht Golden Cove-Kerne mit acht Gracemont-Kernen in Desktop-CPUs kombiniert werden. Darunter existieren vermutlich viele verschiedene Kombinationen aus Kernen. Auch eine Version mit nur sechs aktivierten Golden Cove-Kernen ohne Gracemont soll es geben. In einem anderen Leak tauchen acht Golden Cove-Kerne auf. Damit segmentiert Intel den Markt noch einmal deutlich stärker nach Nutzungsszenarien. Für jedes einzelne Nutzungsszenario gibt es in Zukunft wohl eine eigene Kombination aus Kernen. Spannend dürfte dabei vor allem werden, wie Windows 10 mit den unterschiedlichen Kernen fertig wird. Der Windows Scheduler hatte anfangs so seine Probleme mit Lakefield. Da Alder Lake aber einen sehr großen Aufschlag darstellt, was die Stückzahlen betrifft, dürfte Intel vermutlich eng mit Microsoft zusammenarbeiten, um das Maximale aus den Prozessoren herauszuholen. Eine andere Möglichkeit wäre, dass Intel eine Art hardwareseitigen Scheduler direkt in Alder Lake integriert.

10nm Enhanced SuperFin: neuste Fertigung für Alder Lake

Während das Hybrid-Design einer der spannendsten Aspekte bei Alder Lake ist, bleibt auch rund um die Fertigung die Zeit nicht stehen. So setzt Alder Lake laut Intel nun endlich auf die 10nm-Fertigung. Konkret kommt „10nm Enhanced SuperFin“ zum Einsatz. Man verabschiedet sich damit nicht nur von der +-Schreibweise (z.B. 14+++), sondern auch vom 14nm-Node. Natürlich wird 14nm noch eine Zeit lang weiterlaufen, mit Alder Lake steigt aber die letzte große Sparte auf die modernere 10nm-Fertigung um.

Sieht man sich die aktuellen Desktop-Prozessoren alias Rocket Lake-S an, ist der Sprung abermals gigantisch. So springt Alder Lake von 14nm+++ auf die bereits dritte Generation von 10nm und damit die fortschrittlichste Technologie, die Intel aktuell zu bieten hat. Vergleichbar soll sie mit TSMCs 7nm-, wenn nicht gar 5nm-Fertigung sein. In geleakten Folien spricht Intel selbst von einem Leistungssprung von 20%. Ob damit im Vergleich zu Willow Cove/Tiger Lake oder Rocket Lake-S gemeint ist, ist nicht ganz klar. Das verbesserte Design dürfte sowohl eine hohe IPC als auch einen hohen Takt zulassen. Bereits die zweite Generation an 10nm-Prozessoren, genannt 10nm SuperFin, hat Tiger Lake zu deutlich höheren Taktraten verholfen. Möglicherweise kann Intel mit Alder Lake-S über 5 GHz im Boost erreichen.

Erstmals Support für DDR5 und PCIe 5.0

Eines der spannendsten Features ist ein neuer Standard für Arbeitsspeicher: Alder Lake bringt wohl Kompatibilität für DDR5. Der Nachfolger von DDR4 verdoppelt die Bandbreite und kann laut SK Hynix bereits bei DDR5-3200 über 36% mehr Durchsatz. Spezifiziert ist DDR5 anfangs aber auf DDR5-4800 bis DDR5-6400, also deutlich höhere Taktraten, während bei DDR4 schon bei 3200 MHz Schluss ist. Zusätzlich soll Alder Lake auch noch DDR4 unterstützen. Da DDR5 aktuell noch kein Markt ist, wir die Auswahl an verschiedenen Speicher-Kits am Anfang wohl gering sein. Man kann daher einen Early Adopter-Preis erwarten, DDR5 wird Alder Lake-S aber vermutlich in neue Leistungshöhen treiben.

Während der Umstieg auf DDR5 schon länger überfällig ist, wirkt der Einsatz von PCIe 5.0 etwas überstürzt. Schließlich ist Intel mit Rocket Lake-S gerade erst auf PCIe 4.0 umgestiegen. Einem Leak zufolge sollen dennoch 16 PCIe 5.0-Lanes in den Alder Lake-S-Prozessoren integriert sein. Dazu kommen weitere vier PCIe 4.0-Lanes direkt von der CPU, die für eine NVMe-SSD gedacht sind. PCIe 5.0 erreicht bei 16 Lanes 64 GB/s an Bandbreite, doppelt so viel wie der Vorgänger PCIe 4.0. Da aktuell keine Grafikkarten mit PCIe 5.0 in Sicht sind, handelt es sich hier eher um Zukunftssicherheit als um ein dringend benötigtes Feature. Ob sowohl DDR5 als auch PCIe 5.0 fürs Gaming etwas bringen, klären wir in diesem Artikel im Detail.

Motherboards: neuer LGA-1700-Sockel, bessere Anbindung und PCIe 4.0

Durch die vielen neuen Features ändert sich auch bei den Motherboards einiges. Allen voran kommt mit Alder Lake-S ein deutlich größerer Sockel zum Einsatz: der LGA-1700. Dieser bietet ganze 500 Kontakte mehr als noch der Vorgänger LGA-1200. Fotos erster Engineering-Samples zeigen ein eher rechteckiges Aussehen der CPUs. Damit fällt natürlich jede Art der Aufrüstmöglichkeit weg. Die 500 zusätzlichen Pins sind vermutlich hauptsächlich wegen der DDR5-Unterstützung notwendig. Damit ändert sich auch einiges bei den Kühlern. Während LGA-1200 noch die gleichen Lochabstände wie LGA-1151 und weitere Vorgänger hatte, sind aktuelle Kühler nicht sofort kompatibel, wie auch der Kühlerhersteller Noctua bestätigt. Anfangs braucht es wohl Kompatibilitäts-Kits.

Mechanisch ändern sich auch die Bänke für die RAM-Module. DDR5 setzt zwar weiterhin auf 288 Pins, hat jedoch eine andere Einkerbung, da es keine mechanische Kompatibilität mit DDR4 gibt. Alder Lake ist zu beiden Generationen kompatibel. Motherboard-Hersteller müssen sich also entscheiden, welchen Standard sie mit ihren Boards unterstützen möchten. Günstige Boards setzen eventuell nur auf DDR4.

Wie jedes Jahr kommen mit Alder Lake-S auch neue Chipsätze auf den Markt. Viele Details gibt es zu ihnen noch nicht. Die 600er-Chipsätze sollen allerdings PCIe 4.0 unterstützen und jetzt auch mit acht DMI 4.0-Lanes an den Prozessor angebunden sein – eine deutliche Aufwertung bei der Geschwindigkeit. Rocket Lake-S setzt noch auf DMI 3.0, aber immerhin schon auf acht Lanes. Wifi 6E ist ab sofort integriert, weitergeführt werden USB 3.2 Gen 2×2, also 20G, Thunderbolt 4 und Intel Optane Memory H20.

Alder Lake Mobile: bis zu 14 Kernen in Ultrabooks

Abseits des Desktop-Markts ist vor allem der Mobile-Markt für ein Hybrid-Design wie Alder Lake interessant. Durch die stromsparenden Kerne halten Notebook-Akkus deutlich länger durch. Chips für Notebooks sind für Intel außerdem seit vielen Jahren das größte Geschäftsfeld – das kostet das Unternehmen mit Alder Lake nun vollkommen aus. Aktuell sind drei Hauptklassen im Notebook-Segment gängig: Y, U und H. Die Y-Modelle sind sehr stromsparende Prozessoren und gehen bis maximal 7 Watt TDP. U-Prozessoren stecken in den meisten Notebooks und haben eine Spannweite von 7 bis 28 Watt bei der TDP, bei Tiger Lake mit den Abstufungen UP3 und UP4. Die H-Prozessoren sind vor allem für Gaming-Notebooks und Desktop Replacements gedacht.

Laut einem Leak segmentiert Intel mit Alder Lake die Klassen neu. So gibt es nun andere Bezeichnungen für die Packages, die Alder Lake-P, -H, und M heißen. Die Hauptpackage ist dabei Alder Lake-P mit einer Spannweite von 15 bis 45 Watt. Die Klassen U15 und U28 teilen die bei Tiger Lake eingesetzte Klasse UP3 und schaffen eine neue Klasse. U15 liegt zwischen 12 und 20 Watt TDP und kommt immer mit zwei großen und bis zu acht kleinen Kernen. Bei U28 sind schließlich auch Varianten mit bis zu sechs großen Kernen möglich, die TDP liegt zwischen 20 und 28 Watt. Das bedeutet, dass wir bald bis zu 14 Kerne und erstmals i9-Prozessoren in Ultrabooks haben könnten.

Ebenfalls am P-Package hängt das H45-Segment. Dieses kommt auf die gleiche Anzahl von Kernen wie U28, darf sich aber 35 bis 45 Watt TDP genehmigen. Spannend ist, dass im ganzen P-Segment immer 96 Execution Units der Xe-Grafikeinheit zum Einsatz kommen. Ausnahme: Der kleinste Prozessor im U15-Segment, ein Core i3, kommt mit 80 EUs.

Alder Lake-M für Tablets und Ultra-Thin mit bis zu 10 Kernen

Ein Segment, das Intel in den letzten Jahren immer mehr vernachlässigt hat, ist das Segment für ultramobile Geräte. Gemeint sind damit besonders schlanke und leichte Notebooks, aber auch Tablets. Diese haben die OEMs in dieser Generation mit Tiger Lake-U im UP4-Package ausgestattet. Mit Alder Lake gibt es ein eigenes Segment mit dem Namen Alder Lake-M. Dieses teilt sich in zwei weitere Klassen. U9 hat eine TDP von 9 bis 15 Watt und ist laut dieser Folie für „Ultra-Thin“-Notebooks gedacht. Bis zu 10 Kerne spendiert Intel diesem Segment – zwei große und acht kleine. Die i3-Variante kommt mit zwei Golden Cove- und vier Gracemont-Kernen. Die Grafikeinheit der oberen Modelle bleibt bei 96 EUs, nur der i3 muss sich mit 80 EUs zufrieden geben.

Alder Lake-M ist in gewisser Weise auch die Ablösung für Lakefield. Die neu geschaffene Klasse namens M5 reicht von 5 bis 7 Watt TDP, genau dem Spektrum, in dem auch Lakefield zu finden ist. Es gibt sie nur als 1+4-Kombination mit wahlweise 64 oder 48 Execution Units im i5 bzw. i3-Modell. Intel hat hier vermutlich hauptsächlich lüfterlose Designs im Auge und nennt das Segment entsprechend „Tablet“.

„Muscle“-Notebooks mit 55 Watt und 16 Kernen

Eine weitere, neue Klasse gibt es oberhalb der H45-Prozessoren, die auf dem Alder Lake-P-Package basieren. Intel schafft eine Segment, das „MWS/Muscle“ heißt. MWS steht dabei wohl für Mobile Work Station, Muscle könnte sich von den amerikanischen Muscle-Cars ableiten – also auf das absolute Highend hindeuten. Laut der Folie soll dieses Segment auf die vollen 16 Kerne kommen. Möglich macht das das S-BGA-Package. Konkret sind also Alder Lake-S-Prozessoren auf einem verlötbaren Package in diesen Notebooks. Es handelt sich also um das Topmodell der Desktop-CPUs mit bis zu acht großen und acht kleinen Kernen. Die TDP liegt bei 45 bis 55 Watt, eine ziemliche Ansage für Notebooks.

Ein interessantes Detail findet sich in dieser Klasse noch bei der Grafikeinheit. Sie ist mit 32 Execution Units angegeben. Das Muscle-Segment soll also definitiv mit dedizierte Grafikchips kombiniert werden. Da die Prozessoren eng mit Alder Lake-S verwandt sind, dürften wohl auch in den Desktop-CPUs maximal 32 EUs verbaut sein.

Engineering Samples bereits mit 4,6 GHz und 20% mehr Single Thread-Performance

Zur Leistung von Alder Lake lässt sich aktuell noch sehr wenig sagen. Erste geleakte Benchmarks sind noch mit Engineering Samples durchgeführt worden, sind also wenig aussagekräftig. In einem dieser geleakten Benchmarks erreicht ein auf 2,2 GHz getaktetes Engineering Sample aber bereits mehr Singlecore-Leistung als der Intel Core i9-9900K. Die Multicore-Performance liegt sogar über dem i9-10900K. Intel selbst gibt aber in einer geleakten Präsentation an, dass die Single Thread-Performance um satte 20% gestiegen ist. Der Hersteller bezieht sich dabei offenbar auf die Golden Cove-Kerne. Angeführt ist zudem auch die neue 10nm-Fertigung, mit der der Leistungssprung ebenfalls zusammenhängen dürfte. Völlig unklar ist jedoch, worauf sich Intel hier bezieht. Da die Folie explizit von der Architektur spricht, könnte der Vergleich mit dem Vorgänger Willow Cove gemeint sein. Der Sprung zum Desktop-Vorgänger Rocket Lake-S, der noch auf Sunny Cove und damit den Vorvorgänger von Golden Cove setzt, könnte also noch deutlich größer sein.

Spannend wird es auch bei den Taktraten, die Alder Lake bietet. Zumindest für Alder Lake-S gibt es bereits einen interessanten Leak. So erreicht ein Engineering-Sample der zweiten Generation (ES2) im B0-Stepping bereits bis zu 4,6 GHz auf zwei Golden Cove-Kernen. Mit vier Kernen sind 4,4 GHz möglich, sechs Kerne erreichen 4,2 GHz und alle acht Golden Cove-Kerne 4,0 GHz. Die kleineren Gracemont-Kerne erreichen im Viererpack 3,4 GHz und 3,0 GHz auf allen Kernen. Da es sich nur um ein Engineering-Sample handelt, können sich die Taktraten noch ändern. Typischerweise sind Engineering Samples niedriger getaktet. Alder Lake könnte mit den großen Kernen also wieder an 5 GHz oder mehr erreichen.

Marktstart und Preis von Alder Lake

Derzeit nur spekuliert werden kann über den Preis der Alder Lake-CPUs. Intel behält das grundsätzliche Schema bestehend aus i3 bis i9 laut den letzten Leaks bei. Da sowohl AMD als auch Apple gerade sehr stark in den Markt drängen, dürfte der Preis für Alder Lake aber definitiv nicht höher ausfallen. Möglicherweise setzt Intel sogar auf eine günstige Preispolitik, um wieder Marktanteile zurückzugewinnen. Auch im Desktop-Bereich bleibt die Klassifizierung gleich, die Preise werden es wohl ebenso bleiben.

Ausblick: ist Alder Lake Intels Comeback?

Intel steckt aktuell vielfach in der Klemme. Während das Notebook-Geschäft vor allem Dank Corona stabil läuft, sieht der weltgrößte Chiphersteller im Desktop- uns Serversegment seine Felle davonschwimmen. AMD bietet am Desktop mit Ryzen in vielen Preisbereichen die bessere Lösung, vor allem im Highend und bei Multicore-Anwendungen. Im Datacenter ist AMD mit Epyc ebenfalls stark vertreten – vielfach kommt es aber auf die Anwendung an, ob Lösungen von Intel oder AMD schneller sind. Schlecht für Intel dort aber auch das Aufkommen immer leistungsfähigerer ARM-Lösungen. So bauen die großen Hyperscaler AWS, Microsoft Azure und Google Cloud allesamt an eigenen ARM-Prozessoren. Den großen Vorteil, den Intel noch hat, ist die eigene Fertigung. So ist man nicht auf TSMC, Samsung oder andere Auftragsfertiger angewiesen.

Mit Alder Lake macht Intel nun aber einen gigantischen Sprung vorwärts. Das Hybrid-Design könnte tatsächlich eine Wende auslösen. Vor allem im Notebook-Bereich könnten die kleinen Kerne bisher undenkbare Akkulaufzeiten ermöglichen. Apple setzt mit seinem M1-Prozessor auf eine ähnliche Strategie. Doch auch am Desktop ist die Technologie interessant. Dort hat Intel zusätzlich den Vorteil, dass man vom alten 14nm-Node auf die aktuellste 10nm-Fertigung namens 10nm Enhanced SuperFin wechselt – das ist ein Sprung von drei Generationen. Auch die Architektur springt von Cypress Cove/Sunny Cove direkt auf Golden Cove und damit das beste, was Intel zu bieten hat. Dazu kommen der neue Speicherstandard DDR5, der für mehr Leistung sorgen wird, sowie PCIe 5.0.

Ob Intel mit Alder Lake ein Comeback oder gar Vorsprung gelingt, ist aber noch offen. Zwar leaken immer wieder Benchmarks, die sind zum jetzigen Zeitpunkt aber noch nicht aussagekräftig. Außerdem gibt es weitere Faktoren wie den Windows Scheduler, der mit Alder Lake auch umgehen können muss, um die Hybrid-Architektur optimal zu nutzen. Wünschenswert wäre es allerdings – was Konkurrenz im CPU-Markt bewirkt, hat AMD in den letzten vier Jahren endgültig bewiesen.