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23.05.1997 - 

PC-Trends/Auch für künftige Prozessorgenerationen MMX

Intel, AMD und Cyrix ziehen am gleichen Strang

Mit dem MMX-Pentium läutete Intel eine neue CPU-Generation ein. Trotz gleicher Taktrate versprach sie in Verbindung mit speziellen MMX-Boards eine Geschwindigkeitssteigerung von bis zu 400 Prozent. Dieses Versprechen konnte allerdings bisher nicht eingelöst werden, denn ohne speziell auf MMX-Code ausgerichtete Software bleibt die Realität weit hinter den Erwartungen zurück: Mit Standardsoftware ist MMX nur 15 bis 20 Prozent schneller als Prozessoren gleicher Taktrate ohne MMX-Einheit. Immerhin bedeutet dies eine größere Leistungssteigerung als der Schritt von 166- zu 200-Megahertz-Pen- tium-Prozessoren. Schon aus diesem Grund bleibt Intel auch bei zukünftigen Generationen bei einer zusätzlichen MMX-Einheit. Da heute kaum eine Anwendung mehr ohne audiovisuelle Zugaben auskommt und auch die Zukunft vollständig auf Multimedia programmiert ist, werden sich auch die Softwarehersteller schnell den MMX-Prozessoren anpassen und verbesserte Versionen ihrer etablierten Standardprogramme anbieten. Adobe war bisher der erste und einzige Softwareriese, der eine ganze Palette seiner Video- und Bildbearbeitungssoftware dem neuen Code anpaßte (Photoshop 4.0, Photo Deluxe, Premiere 4.2 und After Effects 3.1). Intel will mit der Videokonferenzsoftware "Video Phone" und Microsoft mit dem Programm "Picture It" nachziehen. Die Pioniere unter den MMX-Softwareherstellern waren auch diesmal die Spieleschmieden (zum Beispiel "POD" und "Die Raumstation" von Maris). Und Amerikas erfolgreicher Produzent von Lehrsoftware "Dorling Kindersley Publishing" ist mit seiner neuesten Version von "Ultimate Human Body" auf den MMX-Zug aufgesprungen.

Massenspeicher, Busse, Schnittstellen, RAMs etc. bremsen erheblich den externen Datenfluß, der durch den Prozessor ermöglicht wird. So kommt die hohe Leistung moderner Chips nur bei CPU-interner Befehlsbearbeitung zum Tragen. Dennoch sind Pentium-PCs für die Mehrzahl textorientierter Standardanwendungen schnell genug.

Sowohl der private als auch der geschäftlich genutzte PC ist mittlerweile weit davon entfernt, nur die üblichen DV-Aufgaben zu übernehmen. Statt dessen agiert er als universelles Multitalent: Er beherrscht die Datenkommunika- tion in Bild und Ton, ist Freisprechtelefon, Anrufbeantworter, Faxgerät und Bildtelefon in einem, versteht sich mit Sprachein- und -ausgaben und dient als E-Mail-Briefkasten oder digitaler Rekorder für Musik und Sprache in Hifi-Qualität. Auf Wunsch läßt er sich sogar zum Fernsehempfänger mit integriertem Videorekorder umbauen. All diese Aufgaben werden für gewöhnlich unter dem Namen Multimedia zusammengefaßt und sind - neben der professionellen Bildverarbeitung - die Triebfedern für steigende Rechenleistung in PCs. Vor allem die damit verbundenen grafischen und audiospezifischen Operationen benötigen scheinbar unbegrenzte Performance.

Sehr zeitaufwendig ist auch die Komprimierung und Dekomprimierung der Daten bei der Ton-, Bild- und Bewegtbildverarbeitung, da Speicherkapazität und -geschwindigkeit begrenzt sind. Um diese Anwendungen zu beschleunigen, lag der Gedanke an einen Multimedia-Prozessor nahe, der möglichst viele dieser Aufgaben in den Prozessor verlagert.

Was ist neu an MMX? Zählt man die unterschiedlichen Datentypen und Vorzeichen mit, verfügt Intels MMX-Prozessor über 57 neue Instruktionen. Um das Zwischenspeichern interner Daten und damit die Gesamtgeschwindigkeit des Prozessors bei der Datenverarbeitung zu beschleunigen, wurde der Cache (First-Level-Cache) auf 32 KB verdoppelt. Dem Caching stehen nun vier statt bisher zwei Schreibpuffer zur Verfügung. In zwei getrennten Pipelines lassen sich zwei MMX-Befehle gleichzeitig bearbeiten. Per SIMD (Single Instruction Multiple Data) kann sich ein Befehl auf mehrere Daten beziehen. Während eines Systemtakts sind dadurch mehrere Operationen gleichzeitig möglich. Auch die Vorhersage von Befehlsverzweigungen, sogenannten Sprüngen, wurde verbessert (Programme rufen zum Beispiel Unterprogramme auf).

In der aus dem Pentium Pro stammenden BPU (Branch Prediction Unit) werden die Rücksprungadressen für bis zu vier Sprungebenen gespeichert.

All diese Funktionen werden im MMX-Prozessor von 4,5 Millionen Transistoren bearbeitet (bisher 3,3 Millionen). Dazu setzte Intel 0,35 Mikrometer-Technik ein. Die Strukturbreite (Abstand von Leiterbahn zu Leiterbahn) beträgt dabei nur noch 0,35-tausendstel Millimeter.

Da der Prozessor nicht nur seine innere Struktur änderte, sondern jetzt mit zwei verschiedenen Spannungen (2,8 und 3,3 Volt) statt mit einer (3,5 Volt) arbeitet, sind neue Motherboards mit entsprechender Stromversorgung und anderen Prozessorsockeln notwendig. Diese Dual-Voltage-Technik hilft thermische Probleme im Prozessor zu vermeiden. Die MMX-Prozessoren sind deshalb auch weiterhin mit den gleichen Lüftern betreibbar.

Wer MMX-Prozessoren einsetzen möchte, benötigt aufgrund der anderen Spannungsversorgung, dem neuen Sockel und dem speziellen Chipsatz gleich ein neues Motherboard beziehungsweise einen neuen Rechner. Der Verdacht, daß der MMX-Pentium auch mit den bisherigen Betriebsspannungen und dem eingeführten Sockel auskommt und Intel die Änderungen aus strategischen Gründen vornahm, liegt nahe. Immerhin verdienen alle Motherboard-Hersteller - auch Intel gehört dazu - nicht schlecht an der Umstellung. Fast jeder Hersteller wartete zur CeBIT mit mindestens einem MMX-Board auf.

Um auch die Anwender zu erreichen, die nicht mit dem Strom geschwommen sind und nur wegen MMX einen neuen Rechner kauften, schiebt Intel nun einen MMX-Overdrive-Prozessor nach. Zwei Versionen für 75/90-Megahertz-Pentium-Systeme und 100- Megahertz-Systeme sind zum Preis von 650 beziehungsweise 800 Mark erhältlich. Die MMX-Prozessoren werden einfach gegen die alten ausgetauscht und verfügen über einen integrierten Spannungswandler und einen Lüfter. Gleichzeitig erhöht der Overdrive-Prozessor auch die interne Taktfrequenz eines 75/90-Megahertz-Systems auf 125/150 Megahertz beziehungsweise eines 100-Megahertz-Systems auf 166 Megahertz. Dadurch läßt sich die Performance auch ohne MMX-Software steigern, während zugleich die Weichen für die MMX-Zukunft gestellt sind.

Pünktlich zur CeBIT präsentierte Intel seinen neuesten MMX-Prozessor, den Pentium II - bisher unter dem Codenamen "Klamath" bekannt. Es handelt sich um den Pentium Pro mit MMX-Erweiterung und 230 Megahertz-Taktfrequenz, der ab Mitte des Jahres das Flaggschiff der Intel-Prozessorflotte sein soll. Mit seiner 32-Bit-Architektur eignet er sich hervorragend für Anwendungen unter Windows NT, OS/2, Unix etc.

Aber auch die bisher etwas zurückgefallenen Konkurrenten AMD und Cyrix schlagen nun nach einer längeren Entwicklungs- und Koordinationsphase mit MMX-fähigen Prozessoren zurück. AMD stellte kürzlich ebenfalls einen neuen Mikroprozessor vor: K6. Gerüchten zufolge soll er schneller sein als das Intel-Up- grade. Fest steht, daß er im Unterschied zum Pentium Pro keine Probleme mit dem 16-Bit-Code hat. Außerdem paßt er auf jedes Motherboard mit Sockel sieben und wird laut der neuesten Spezifikationsänderung mit 3,1 Volt betrieben.

Cyrix' jüngste Produktinnovation heißt M2. Wie K6 ist dieser Prozessor mit 64 KB internem L1-Cache ausgestattet und Angaben des Herstellers zufolge vollständig kompatibel zu Intels MMX. Der für eine Taktrate zwischen 180 und 225 Megahertz geplante M2 wird K6 und Pentium II Paroli bieten - trotz der aus Kostengründen in die FPU (Fließkommaeinheit) integrierten MMX-Einheit, was nebenbei der FPU, die nun über eine Pipeline verfügt, zu mehr Performance verhilft.

Da sich in der MMX-Einheit mehrere Befehle zu einem zusammenfassen lassen und sich gleichzeitig eine Anweisung auf mehrere Daten anwenden läßt, ist der Prozessor nicht mehr dazu verdammt, jeden Schritt einzeln auszuführen. Falls die Software den MMX-Code ausgiebig nutzt, muß der Prozessor wesentlich seltener mit der Grafikkarte Daten austauschen. Die Befürchtung, die Standardgrafikkarte könnte über kurz oder lang zum Bildzwischenspeicher degenerieren und 3D-Grafikkarten mit aufwendigen Zwischenspeichern und schnellen Grafikprozessoren würden unnötig, ist nicht von der Hand zu weisen. Die führenden Hersteller von Hochleistungsgrafik-Chips, wie zum Beispiel S3, ATI, Spea/ Diamond, Elsa und MAG, rechnen aber mit keinen Umsatzeinbußen. Statt dessen wollen sie verbesserte Grafikadapter entwickeln, die einerseits MMX bestmöglich nutzen und andererseits an den Stellen beschleunigen, wo die MMX-Technologie noch zu langsam ist. Langfristig ist es jedoch möglich, daß Intel mit zukünftigen Prozessorgenerationen den Grafik-Chip vollständig ersetzt. Aussagen des Marktführers zufolge ist der Ein-Chip-PC das technologische Ziel eines jeden CPU-Entwicklers.

Dramatische Geschwindigkeitssteigerungen sind per MMX bei sämtlichen Bildbe- und -verarbeitungen zu erwarten, ebenso bei der Komprimierung von Bild- und Tondaten, der schnellen Verarbeitung von Audiodaten in hoher Qualität, im CAD-Bereich, bei Video und Animation und sämtlichen Multimedia-Anwendungen. Hier rechnet sich der Gedanke an einen Umstieg auf MMX schon jetzt, zumal viele Software-Entwickler bereits MMX-Varianten ihrer Anwendungen angekündigt haben. Da auch im Office-Bereich immer mehr multimediale Komponenten (zum Beispiel Videokonferenzen, digitale Telefonie, Sprachverarbeitung und -verwaltung, Multimedia-Internet, digitale Bild- und Dokumentenverwaltung etc.) integriert werden, wird MMX auf lange Sicht auch diese Funktionen beschleunigen.

Ob MMX-Systeme in der Bürowelt sinnvoll sind, hängt somit von der Ausprägung der multimedialen Komponenten ab. Man muß sich jedoch im klaren darüber sein, daß eine Investition in MMX-Hardware bei effizienter Nutzung der Technologie eine Investition in MMX-Software bedeutet. Es sei denn, es handelt sich grundsätzlich um Neuinstallationen: Da MMX-Hardware nicht wesentlich teurer ist und MMX-Anwendungen nicht mit Aufpreisen verbunden sind, ist man in diesem Fall mit MMX-Technologie immer besser bedient und auf den Zug der Zeit aufgesprungen.

ANGEKLICKT Das Akronym MMX wurde in der Branche zunächst als Multimedia-Extension des Pentium-Prozessors von Intel gelesen beziehungsweise interpretiert. Intel selbst, immerhin Kreator des so benannten, erweiterten Befehlssatzes -