Ein Computer besteht aus verschiedenen Komponenten. Die wohl wichtigste davon ist die CPU. Die Abkürzung steht für Central Processing Unit – auf Deutsch: Prozessor. Er ist das Gehirn des Computers und besteht aus Milliarden winziger Transistoren, die als elektronische Schalter fungieren und den Stromfluss durch komplexe Schaltkreise steuern.
Neben der Ausführung von Programmen koordiniert die CPU auch andere Komponenten im Computer, darunter RAM (Arbeitsspeicher), HDD (Festplatte) und SSD (Solid-State-Drive).
Die Leistung und Effizienz eines Prozessors hängt von vielen Faktoren ab. Eines der meistdiskutierten Themen dabei ist Kerne vs. Threads. Viele gehen davon aus: mehr Kerne bedeutet mehr Leistung. Ganz so einfach ist es aber nicht.
Zu verstehen, was Kerne und Threads leisten, hilft beim Kauf oder der Konfiguration eines Computers die richtige Wahl zu treffen. Im Idealfall maximiert man die Rechenleistung, ohne unnötig viel Geld auszugeben. Je nach Anwendungsfall kann die optimale Anzahl an Kernen und Threads stark variieren.
Wer ein mobiles Gerät wie ein Notebook nutzt, sollte außerdem die Energieeffizienz im Blick behalten. Nichts ist ärgerlicher, als mitten in einer Aufgabe den Akku zu verlieren. Eine CPU mit passendem Energieverbrauch kann dieses Risiko deutlich senken.
In diesem Artikel erkläre ich alles Wichtige zu Prozessorkernen und Threads, ihren Unterschieden und weiteren Faktoren, die die Prozessorleistung beeinflussen.
Was ist ein CPU-Kern?
Ein Kern ist eine physische Verarbeitungseinheit innerhalb einer CPU, die Aufgaben eigenständig ausführt. Man kann sich die CPU wie eine Fabrik vorstellen, in der jeder Kern ein Mitarbeiter ist, der Aufgaben übernimmt. Mehr Mitarbeiter bedeuten in der Regel, dass mehr Aufgaben in kürzerer Zeit erledigt werden können.
Ursprünglich war ein CPU-Kern dafür ausgelegt, Aufgaben der Reihe nach abzuarbeiten. Frühe Computer konnten deshalb nicht wirklich mehrere Dinge gleichzeitig tun. Das änderte sich grundlegend mit der Entwicklung von Multithreading-Technologien, auf die ich später in diesem Artikel eingehe.
Single-Core- vs. Multi-Core-Prozessoren
Frühe Computer hatten Single-Core-Prozessoren, die jeweils nur eine Aufgabe gleichzeitig ausführen konnten. Um mehrere Programme parallel zu betreiben, versuchten Ingenieure, das Mainboard zu erweitern und mehrere CPU-Einheiten miteinander zu kombinieren. Mehrere unabhängig arbeitende Prozessoren verursachten jedoch erhebliche Latenzen und erwiesen sich als unpraktisch.
Die Lösung: Multi-Core-Prozessoren. Da jeder Kern unabhängig arbeitet, kann er seinen eigenen Befehlssatz verarbeiten, ohne andere Kerne zu beeinflussen. Je mehr Kerne ein Prozessor hat, desto mehr Aufgaben kann er gleichzeitig abarbeiten.
Eine Single-Core-CPU verbraucht deutlich weniger Strom und kann für alltägliche Aufgaben wie das Surfen im Web ausreichen. Da die Leistung jedoch begrenzt ist, verlieren sie zunehmend an Bedeutung. Auch wenn man sie noch in älteren Systemen findet, sind Single-Core-Prozessoren heute weitgehend veraltet.
Gängige Computer kommen üblicherweise mit zwei, vier, acht oder 16 CPU-Kernen. Das aktuelle Maximum bei Consumer-Prozessoren liegt bei 64 Kernen. Prozessoren für Rechenzentren und Server können noch mehr Kerne bieten. Der AMD EPYC 9654 zum Beispiel kommt auf beachtliche 96 Kerne.
Was ist ein Verarbeitungs-Thread?
In der Computertechnik bezeichnet ein Thread (auch Ausführungs-Thread) eine einzelne Aufgabe oder Arbeitseinheit, die der CPU verarbeitet. Ein Thread ist die kleinste Folge von programmierten Anweisungen, die das Betriebssystem eigenständig verwalten kann – vom Starten eines Programms bis zum Speichern einer Datei.
Deine CPU-Kerne sind für die Verarbeitung dieser Threads zuständig. In jedem CPU kann jeder Kern mindestens einen Thread gleichzeitig ausführen. Mehr Kerne verbessern die Multitasking-Fähigkeit – das gilt ebenso für die Fähigkeit, mehr Threads zu verarbeiten.
Wenn du die Unterschiede zwischen Threads und Cores verstehst und weißt, welche Rolle sie in deinem CPU spielen, kannst du die für dich passende Wahl treffen.
Was ist Multithreading?
Wie man sich vorstellen kann, ist es sehr zeitaufwendig, nur einen Thread an den Prozessor zu senden, auf den Abschluss zu warten und dann erst den nächsten zu schicken. Deshalb haben Computeringenieure verschiedene Methoden und Strategien entwickelt, um mehr Threads in kürzerer Zeit zu verarbeiten.
Die einfachste Lösung ist, einen Thread in kleinere, separate zu teilen und CPU parallel laufen zu lassen. Das nennt sich "Multithreading" (nicht zu verwechseln mit Simultaneous oder Temporal Multithreading). Ein Programm kann je nach Entwicklung wenige oder viele Threads nutzen.
Konzepte zur Integration verschiederer Multithreading-Strategien reichen bis in die 1950er Jahre zurück. Doch erst Ende der 1990er Jahre nutzte Intel eine Technologie namens Simultaneous Multithreading (SMT), um eine hardwarebasierte Multithreading-Technik für Desktop-Computer zu entwickeln. Intel nannte diese Funktionalität Hyper-Threading-Technologie und führte sie 2002 im Intel Pentium 4 Desktop-Prozessor ein.
Dank Hyper-Threading verarbeitet der Intel bis zu zwei Threads gleichzeitig auf einem einzigen CPU-Kern. Das verdoppelt effektiv die Anzahl der verfügbaren Ausführungseinheiten – allerdings teilen sich je zwei Threads dieselben Kernressourcen.
Hyper-Threading: Vor- und Nachteile
Der größte Vorteil von Hyper-Threading: Es steigert die Systemleistung deutlich, weil mehr der vorhandenen Prozessorressourcen genutzt werden. In manchen Fällen ist Single-Threading dennoch die bessere Wahl.
In den meisten Fällen – besonders beim alltäglichen Multitasking – sind die CPU-Kerne deines Computers nicht voll ausgelastet. Das bedeutet, es ist noch Rechenkapazität vorhanden. Hyper-Threading nutzt diese ungenutzten Reserven innerhalb eines CPU-Kerns, um weitere Threads auszuführen, und sorgt so dafür, dass das volle Potenzial des CPU effizienter ausgeschöpft wird.
Hyper-Threading bringt zwar Vorteile, hat aber auch klare Nachteile. Der größte davon ist der erhöhte Stromverbrauch. Im Vergleich zu ARM-basierten Chips sind Intel-Prozessoren dafür bekannt, Laptops besonders stark zu belasten – und Hyper-Threading ist einer der Gründe dafür.
Da der Prozessor mehr Leistung aufnimmt, führt Hyper-Threading zu höheren Temperaturen und Thermal Throttling, bei dem der CPU die Taktrate drosselt, um Überhitzung zu vermeiden. Hinzu kommt, dass portable Geräte mit solchen Intel CPUs aufwendigere Kühlsysteme benötigen, was Gewicht und Abmessungen des Geräts merklich erhöhen kann.
Da der tatsächliche Leistungsgewinn stark von der jeweiligen Anwendung abhängt, liegt es letztendlich an den Entwicklern, Software zu schreiben, die Hyper-Threading gezielt nutzt. Das erhöht die Komplexität bei der Entwicklung effizienter Programme erheblich. Hinzu kommt: Software ohne Hyper-Threading-Unterstützung kann unter hoher CPU-Last instabil laufen oder deutlich an Leistung verlieren.
Mehr Kerne vs. Threads: Was bringt mehr?
Da es stark von den Programmen abhängt, die du verwenden möchtest, lässt sich nicht pauschal sagen, welches der beiden wichtiger ist. Mehr Kerne bedeuten in der Regel mehr verfügbare Ressourcen. Mehr Threads können dagegen die Multitasking-Leistung verbessern – allerdings nicht immer.
Bei stark parallelisierten Programmen führen mehr Threads pro CPU-Kern häufig zu besserer und schnellerer Ausführung. Programme, die auf Single-Thread-CPU-Architekturen optimiert sind, können hingegen einen Leistungsabfall zeigen, wenn Hyper-Threading auf einem CPU aktiviert ist.
Dennoch haben einige Nutzer festgestellt, dass bestimmte Spiele – sowohl ältere als auch neuere – deutlich besser laufen, wenn Hyper-Threading deaktiviert ist. Ein Reddit-Nutzer berichtet beispielsweise, dass er eine 30 % mehr FPS in den meisten Spielen, nachdem er Hyper-Threading deaktiviert hatte auf seinem Intel Core i9 CPU.
Jahrelang dominierte Intel den CPU-Markt bei Laptops und Desktop-Computern mit Chips, die dank Hyper-Threading doppelt so viele Threads wie Cores boten. Inzwischen arbeiten einige Konkurrenten an anderen CPU-Architekturen, die sich als deutlich effizienter erwiesen haben und dabei auf Single-Thread-Cores setzen.
Apple Silicon beispielsweise ist eine ARM-basierte Chip-Reihe, die in Apples neueren Computern deutlich energieeffizienter ist als Intel-basierte Modelle. Auch einige neue Windows-Laptops, darunter das Microsoft Surface Pro 11, setzen für bessere Akkulaufzeit und Alltagsleistung auf ARM-Prozessoren. All diese ARM-basierten Chips verfügen über Single-Threaded-Kerne.
Alles in allem bedeuten mehr Threads nicht zwangsläufig eine bessere CPU-Leistung. Mehr Kerne hingegen sind ein direkterer Faktor dafür, wie gut ein Prozessor komplexe und ressourcenintensive Befehle verarbeiten kann.
Welche weiteren Faktoren bestimmen die Leistung einer CPU?
Wir haben die Unterschiede zwischen Prozessorkernen und Threads in Computern behandelt. Das sind jedoch nicht die einzigen Faktoren, die die endgültige Leistung Ihres CPU bestimmen.
Taktfrequenz (auch "Taktrate" oder einfach "Frequenz") ist einer der Hauptunterschiede zwischen Computer-Prozessoren. Kurz gesagt, misst die Taktfrequenz, wie viele Zyklen ein CPU pro Sekunde abschließt. Ein Prozessor mit einer Taktfrequenz von 3,2 GHz kann beispielsweise 3,2 Milliarden Zyklen pro Sekunde ausführen.
Ein weiterer wichtiger Parameter ist der Cache-Speicher einer CPU. Der Cache der CPU ist ein schneller Zwischenspeicher, der häufig abgerufene Daten vorhält. Ein größerer und schnellerer Cache beschleunigt die Ausführung von Aufgaben, bei denen häufig auf Daten zugegriffen wird.
Computerprozessoren werden in Nanometer-Fertigungsverfahren (nm) hergestellt – zum Beispiel 7nm oder 5nm. Kleinere Strukturgrößen ermöglichen mehr Transistoren auf demselben Chip, was die Energieeffizienz und Rechenleistung verbessert: Signale legen kürzere Strecken zurück und benötigen dadurch weniger Zeit und Energie.
Weitere Faktoren wie IPC (Instructions Per Cycle), Busgeschwindigkeit und thermische Verlustleistung beeinflussen ebenfalls, wie viel Leistung sich aus einem CPU herausholen lässt.
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Jetzt loslegenFazit: Thread vs. Kern
Was die Rechenleistung betrifft, ist die CPU die zentrale Einheit, die Programme ausführt. Ein CPU-Kern ist eine physische Einheit innerhalb der CPU, die Aufgaben verarbeitet. CPUs verfügen in der Regel über mehrere Kerne, von denen jeder mindestens einen Thread ausführt.
Ein Thread bezeichnet die kleinste Folge von Anweisungen, die zur Verarbeitung an einen CPU-Kern gesendet wird. Jeder CPU-Kern kann mindestens einen Thread gleichzeitig verarbeiten. Bei Prozessoren mit Hyper-Threading steigt diese Zahl auf zwei: Zwei Threads können die Ressourcen eines Kerns gleichzeitig nutzen, um unterschiedliche Aufgaben auszuführen.
Obwohl Kerne mit SMT-Unterstützung theoretisch mehrere Threads gleichzeitig verarbeiten und damit das Multitasking verbessern können, führt das nicht zwangsläufig zu einem proportionalen Anstieg der Rechenleistung.
Häufig gestellte Fragen
Ist es besser, mehr Kerne oder mehr Threads zu haben?
Das hängt von den Programmen ab, die Sie verwenden möchten. Stark parallelisierte Anwendungen profitieren in der Regel von mehr Threads, während manche Programme auf weniger, dafür schnelleren Kernen besser laufen. Mehr Kerne bedeuten jedoch eine nahezu lineare Leistungssteigerung bei CPU.
Wie viele Threads hat ein Kern?
Bei den meisten heutigen Intel CPUs kann jeder Kern dank Hyper-Threading zwei Threads gleichzeitig verarbeiten. Das gilt jedoch nicht für alle Prozessorchips. ARM-basierte CPUs beispielsweise verarbeiten pro Kern nur einen Thread.
Was ist der Unterschied zwischen einem Kern und einem Prozessor?
Ein Kern ist eine physische Verarbeitungseinheit innerhalb eines Computerprozessors (CPU). Ein Prozessor kann mehrere solcher Kerne enthalten – jeder davon führt Befehle eigenständig aus.
