CPU-Aufrüsten: Sandy Bridge bis Coffee Lake mit Overclocking im Vergleich

tl;dr: Der Leumund sagt: Aufrüsten lohnt nicht, ein übertakteter Core i7-2600K von 2011 ist noch vorne mit dabei. Auch der Core i7-4770K, 6700K und 7700K reicht noch aus. Stimmt das? Im Vergleich zum Coffee-Lake-Topmodell Core i7-8700K zeigt sich, dass der Rückstand vor allem in Anwendungen enorm sein kann – trotz Übertaktung.

Überblick: Haswell, Skylake, Kaby Lake und Coffee Lake OC ergänzt

Sandy Bridge war/ist die Massen-Quad-Core-CPU

Das Jahr 2011 startete furios: Der im Januar veröffentlichte CPU-Test war einer der längsten seiner Art, es gab eine Kaufempfehlung und bis heute erfolgten mehrere Millionen Zugriffe. Die Rede ist von Sandy Bridge, einem echten Meilenstein in der Entwicklung. Doch Intels neue Prozessorarchitektur entpuppte sich nicht nur damals als stark sondern auch als echter Langläufer, denn noch heute liegen die Unterschiede an der Architektur zu damals nur im Detail. Dies hat wiederum zur Folge, dass die Prozessoren auch noch bis heute im Einsatz sind. Zeit für ComputerBase, die sechs Jahre alten Systeme mit der aktuellen CPU-Generation zu vergleichen.

Der Core i7-2600K gilt (mit OC) heute noch als konkurrenzfähig

Insbesondere das Flaggschiff Intel Core i7-2600K mit seinen vier Kernen und acht Threads überzeugte mit langer Lebenszeit – für den Kunden gut, für Intel aber sicherlich ein Dorn im Auge, weil die alte CPU über Jahre als Sinnbild für den fehlenden Fortschritt immer wieder hervor geholt wurde. Oberflächlich sah es in den darauffolgenden Jahren in der Tat auch so aus, da oft nur etwas mehr Takt mit einem geringeren Energiebedarf kombiniert wurde. Die Leistung stieg so nur moderat, die Effizienz aber deutlich.

1. 

Bild 1 von 2

Haswell brachte eine neue Architektur in die 22-nm-Fertigung

Die zweite „alte“ CPU im Generationenvergleich mit dem neuen Flaggschiff Core i7-8700K ist der Intel Core i7-4770K, Codename Haswell. Dieser brachte Anfang 2013 eine neue Architektur ins Spiel, während Ivy Bridge im Jahre 2012 nur die Sandy-Bridge-Architektur von 32 nm auf 22 nm schrumpfen ließ, ohne dabei eine erhöhte Leistung abzuliefern – die Energieaufnahme stand seinerzeit im Fokus, gleichzeitig wurde die Ausstattung und Anschlussvielfalt der Plattform ausgebaut (PCIe 3.0 und USB 3).

Mit Haswell wurde die 22-nm-Fertigung mit einer neuen Architektur kombiniert. Erstmals gab es AVX2-Unterstützung und FMA. Der Core i7-4770K markierte im Frühjahr 2013 das Flaggschiff und sollte auch das letzte Modell sein, welches den klassischen Tick-Tock-Rhythmus einhielt. Dieser bedeutete bis dahin, dass es jedes Jahr abwechselnd eine neue Architektur oder eine neue Fertigungsstufe geben sollte, was gleichzeitig in neuen CPUs münzte. Aber der geplante Umstieg auf 14 nm im darauffolgenden Jahr mit Broadwell war ein Desaster, erst Jahre später erklärte Intel das Tick-Tock-Modell jedoch für tot.

Das Gegenstück im Test ist der Paukenschlag von Intel zum Ende dieses Jahres: Coffee Lake. Sechs Kerne und zwölf Threads im Mainstream-Markt waren so früh von Intel nicht angedacht, AMDs Ryzen zwang den Marktführer zu einem Frühstart – mit fatalen Folgen für die Verfügbarkeit, die weiterhin sehr eingeschränkt ist. Dennoch dürfte die neue CPU-Generation bei einigen auf dem Wunschzettel für Weihnachten stehen, denn die Leistungsgewinne sind teilweise massiv, von der Effizienz ganz zu schweigen.

Skylake erschien Mitte 2015 – und war Monate nicht lieferbar

Erst Mitte 2015 stand bei Intel die nächste neue Architektur an: Skylake. Der sehr schleppende Beginn der 14-nm-Fertigung ließ das erste daraus entstandene Produkt Broadwell im Desktop-Umfeld bis auf zwei Alibi-Spezial-Prozessoren komplett ausfallen, Intel rückte den Fokus auf den Nachfolger. Doch auch dieser war nicht mehr im Zeitplan: Im August 2015 kamen nur zwei Modelle ohne technischen Hintergrund, bis Jahresende wurde dann langsam nachgelegt. Auch damals gab es bereits erhebliche Lieferschwierigkeiten, eine ComputerBase-Meldung zwei Monate nach dem Start titelte „Lieferbarkeit des Core i7-6700K schlechter als je zuvor“ – 100 Euro über der UVP und dann auch nur mit Glück zu bekommen, die Parallelen zur aktuellen Coffee-Lake-Generation sind klar erkennbar.

Viele Anpassungen bei der Plattform im Gepäck

Die Skylake-Architektur machte einen Schritt zurück aber auch zwei nach vorn. Die mit Haswell eingeführte Technologie der fully integrated voltage regulators (FIVR) flog wieder raus, das klassische Design der Generationen zuvor kam wieder zum Zuge und schob FIVR auf die lange Bank, um in einer zukünftigen CPU-Generation wieder aufzutauchen. An der Architektur änderten sich speziell für den Desktop und das Notebook sonst wieder nur kleine Details, die größte Neuerung galt dem Speicher: Fortan war DDR4 im Massenmarkt angekommen. Der TSX-Schluckauf wurde endlich behoben, beim L2-Cache wurde die Assoziativität von acht- auf vierfach halbiert.

Doch viel wichtiger bei der Skylake-Plattform war der Chipsatz. Der Z170 und seine Ableger brachten deutlich mehr Freiheiten, dank PCIe 3.0 auch über den Chipsatz und das gleich in Form von bis zu 20 Lanes wurden viele neue Möglichkeiten geschaffen. Storage konnte es fortan ohne größere Einschränkungen geben, auch zusätzliche Controller wie Thunderbolt 3 oder USB 3.1 mit 10 Gbps wurden angesprochen.

Kaby Lake war ein ungeplanter aber flotter Refresh

Die letzte CPU im Generationenvergleich ist der Intel Core i7-7700K. Dieser ist zwar erst ein knappes Jahr alt und gegenüber Skylake und auch dem Neuling Coffee Lake kaum verändert, doch er fungiert als Bindeglied zum neuen Prozessortestsystem, bei dem keine älteren Intel-CPUs mehr berücksichtigt werden als der Quad-Core-Prozessor von Januar 2017.

Beim Intel Core i7-7700K handelt es sich eigentlich um einen gar nicht geplanten Prozessor. Doch der 10-nm-Fertigungsprozess läuft nicht rund bei Intel, die Cannon Lake deshalb bis heute nicht verfügbar. Also hat Anfang 2017 der Hersteller noch einmal an der Taktschraube gedreht, was sich insbesondere unter den Lastzuständen zeigt. Der Takt für Maximallast auf allen Threads steigt gegenüber dem Vorgänger Core i7-6700K noch einmal um beachtliche 400 MHz – entsprechend mehr Leistung liefert die CPU auch. Die weiter optimierte Fertigung zeigt sich auch beim Overclocking-Potential: Mit 4,8 GHz taktet der Kaby-Lake-Prozessor so gut wie kaum eine CPU vorher, wenn die Rahmenbedingungen stimmen. Gepaart mit schnellem DDR4-Speicher ist dies auch Ende 2017 noch ein sehr leistungsfähiges Gespann.

Sandy Bridge (OC), Haswell (OC), Skylake (OC) und Kaby Lake (OC) vs. Coffee Lake (OC)

Um die Prozessorleistung zu testen, bedarf es der bestmöglichen Eliminierung des Grafiklimits, also der schnellstmöglichen Grafikkarte. Dies ist Ende 2017 auch weiterhin die GeForce GTX 1080 Ti in Form eines (übertakteten) Partnerdesigns. Im Artikel kommt deshalb die Asus GeForce GTX 1080 Ti Strix OC (Test) zum Einsatz.

Sandy Bridge mit und ohne OC im Benchmark

Sandy Bridge in Form des Core i7-2600K wird im Test aber nicht nur in seiner Basiskonfiguration antreten, die 3,4 GHz mit Turbo-Taktraten von bis zu 3,8 GHz bei DDR3-1333-Arbeitsspeicher vorsieht, sondern das seinerzeit 317 US-Dollar teure Modell wird auch übertaktet, sowohl auf der CPU-Seite als auch beim Arbeitsspeicher. Denn auch beim DDR3-Speicher ging es bereits damals schnell über die Standard-Spezifikationen hinaus, DDR3-2133 wurde später der Defacto-Standard, wenngleich nur von AMDs APU offiziell unterstützt – dort profitierte die integrierte Grafik ungemein davon.

Im Test wird der Core i7-2600K deshalb zusätzlich auch mit 4,6 GHz angesteuert und greift auf DDR3-2133-Speicher zurück. Damit ist der Takt im Vergleich zum Core i7-8700K sogar etwas höher, denn der Core i7-8700K darf zwar im Einzel-Kern-Turbo auf bis zu 4,7 GHz, für alle sechs Kerne nutzt er aber nur 4,3 GHz in der Standard-Konfiguration, die unangetastet bleibt.

Auch Haswell tritt normal und übertaktet an

Die Haswell-Prozessoren kamen beim Ruhm nicht an die Sandy Bridge heran, waren jedoch – auch aufgrund der langen Laufzeit ohne Nachfolger – oft verkaufte, verbaute und genutzte CPUs. An den Basistaktraten änderte sich seit 2011 kaum etwas. Und während sich eine 22-nm-Fertigung samt neuer Architektur und geringerer Eingangsspannungen sehr vorteilhaft für das Overclocking anhörte, sah es in der Realität anders aus. Denn seit Ivy Bridge nahm Intel kein Lötzinn mehr für den Zwischenraum zwischen CPU-Die und Heatspreader, sondern Wärmeleitpaste. Die Wärmeübertragung litt merklich, was bereits in der Standard-Konfiguration in hohen Temperaturen resultierte. Beim Overclocking war dies folglich die größte Bremse, das zuvor geglaubte und erhoffte „OC-Wunder“ war Haswell keinesfalls und ebnete vielmehr den Grundstein für das Delidding – das Entfernen des Heatspreaders zum Übertakten.

Haswell tritt in Form des Core i7-4770K wie Sandy Bridge neben den Standard-Taktraten von 3,5 bis 3,9 GHz bei Default-Speichertakt von DDR3-1600 auch mit übertakteten 4,5 GHz und DDR3-2133 an. Mehr als 4,5 GHz waren im Jahre 2013 schon nicht möglich, das Temperaturlimit kam sehr schnell bedrohlich nah – die 100 Grad wurden im AVX-Test erreicht.

Skylake und Kaby Lake machten da weiter wo Haswell aufhörte

Das Mittelklasse-Desktop-Flaggschiff des Jahres 2015 Core i7-6700K kommt als zweite Ausführung jedoch primär über den Takt. Mit Devil's Canyon hatte Intel dies das erste Mal erprobt, fortan war es Serie. Der Basistakt des Intel Core i7-6700K lag folglich nun bei 4 GHz, 4,2 GHz stand bei Last auf einem Kern zur Verfügung. Der Übertaktungsspielraum wurde jedoch zunehmend geringer, denn auch bei Skylake war in der Regel bei 4,5 GHz Schluss weil die Temperaturen zu stark anstiegen, prozentual gesehen ein nur noch leichter Zugewinn. Doch dafür war beim RAM mehr möglich: DDR4-Speicher konnte unter Umständen sogar doppelt so schnell betrieben werden, sofern die Hauptplatine mitgespielt hat. Im ComputerBase-Test kommt DDR4-3600 statt DDR4-2133 beim Übertaktungstest zum Einsatz.

Für Einzelheiten zum neuen Flaggschiff von Intel in der Mittelklasse wird auf den Test des Core i7-8700K verwiesen. Die erstmals für den Mainstream-Sockel LGA 1151 bei Intel angebotenen sechs Kerne und zwölf Threads sind dank hohem Takt von bis zu 4,7 GHz ab Werk nicht nur für Anwendungen sehr gut positioniert, im Bereich Gaming schieben sich die neuen CPUs ganz an die Spitze.

Sandy Bridge, Haswell und Skylake (Kaby Lake) steckt auch noch in Coffee Lake

Der CPU-Z-Screen zeigt wiederum, wie viel Sandy Bridge und Haswell auch noch in der neuesten Generation steckt. Die Caches wurden seit Jahren nicht angerührt, die Kapazitäten mit 32 KByte für Daten und Instruktionen auf dem L1-Level sowie 256 KByte in der L2-Ebene sind auch heute weiterhin an die Anzahl der Kerne geknüpft. Lediglich bei der Assoziativität des L2-Caches wurde gefeilt, zudem hat Coffee Lake einige zusätzliche Instruktionen erhalten – AVX2 mit FMA3 und TSX. Diese kamen zum Teil bereits mit Haswell, weshalb der Schritt dort in erster Linie im Datacenter-Bereich, also bei den Intel Xeon ein mehr als großer war. Dort war die Haswell-Generation die wichtigste seit der Umstellung auf die neue Architektur mit integrierten Speichercontroller, Codename Nehalem. Skylake setzte genau dort an, die Änderungen überlies Intel dort aber einer separaten Server-Architektur mit Mesh-Verbindungen, im Desktop und Notebooks blieb es nahezu beim Alten.

Im Vergleich treten die alten und der neue Prozessor mit den folgenden Spezifikationen an. Alle Modelle sitzen auf Asus-Mainboards, für Sandy Bridge ein P8P76 Deluxe, bei dem jedoch viele der Zusatzcontroller deaktiviert wurden, um den Stromverbrauch ein wenig zu verringern und die Effizienz des Systems zu steigern. Haswell wird auf dem Asus Z87 Deluxe mit ebenfalls vielen deaktivierten Zusatzchips betrieben, Skylake auf einem Z170 Deluxe, Kaby Lake auf einem Z270A Prime und Coffee Lake findet auf dem Asus Maximus Hero X seinen Platz.

Als Bonus: Core i7-8700K übertaktet

Die optimierte Fertigung von Kaby Lake zeigt sich auch noch an anderer Stelle imposant. Wenngleich Intel im offiziellen Rennen um die fortschrittlichste Fertigung auf dem Papier zurückfallen mag, hat der Chipriese die angestammte 14-nm-Fertigung stark verbessert. Was als Problemkind Mitte 2015 startete und nicht über 3,8 GHz (im Single-Core-Turbo bei 95 Watt) bei vier Kernen hinaus kam, zeigt nun übertaktet bis zu 5 GHz für sechs Kerne und zwölf Threads, was nur von schlechter Wärmeleitpaste begrenzt wird. Mit diesem Takt tritt deshalb für den finalen Vergleich auch der Core i7-8700K an: Mit 5 GHz für alle Threads, unterstützt von DDR4-4000.

CPU-Serie	Prozessor	Kerne/Threads	Takt/mit Turbostufen	Speicher, Timings
Sandy Bridge	Core i7-2600K	4/8	3,4 GHz/3,5 (QC)/3,7 (DC)/3,8 (SC)	DDR3-1333, 9-9-9-24-1T
Sandy Bridge	Core i7-2600K (OC)	4/8	4,6 GHz/4,6 (QC)/4,6 (DC)/4,6 (SC)	DDR3-2133, 13-13-13-35-2T
Haswell	Core i7-4770K	4/8	3,5 GHz/3,7 (QC)/3,9 (DC)/3,9 (SC)	DDR3-1600, 9-9-9-24-1T
Haswell	Core i7-4770K (OC)	4/8	4,5 GHz/4,5 (QC)/4,5 (DC)/4,5 (SC)	DDR3-2133, 13-13-13-35-2T
Skylake	Core i7-6700K	4/8	4,0 GHz/4,0 (QC)/4,0 (DC)/4,2 (SC)	DDR4-2133, 15-15-15-35-1T
Skylake	Core i7-6700K (OC)	4/8	4,5 GHz/4,5 (QC)/4,5 (DC)/4,5 (SC)	DDR4-3600, 19-21-21-41-2T
Kaby Lake	Core i7-7700K	4/8	4,2 GHz/4,4 (QC)/4,4 (DC)/4,5 (SC)	DDR4-2400, 15-15-15-35-1T
Kaby Lake	Core i7-7700K (OC)	4/8	4,8 GHz/4,8 (QC)/4,8 (DC)/4,8 (SC)	DDR4-3866, 19-21-21-43-2T
Coffee Lake	Core i7-8700K	6/12	3,7 GHz/4,3 (HC)/4,4 (QC)/4,6 (DC)/4,7 (SC)	DDR4-2666, 15-15-15-35-1T
Coffee Lake	Core i7-8700K (OC)	6/12	5,0 GHz/5,0 (HC)/5,0 (QC)/5,0 (DC)/50, (SC)	DDR4-4000, 19-21-21-43-2T
Bei Last auf HC = Hexa-Core, QC = Quad-Core, DC = Dual-Core, SC = Single-Core.