Bandbreiten: CPU, SDRAM, DDR-RAM & RAMBUS

17. Mai 2001 / von Leonidas / Seite 5 von 5

      Entscheidend: Die Bandbreite der CPU

Alles vorstehende läuft letztlich auf ein was hinaus: Ohne daß die CPU die Datenflut aufnehmen kann, ist die beste Speichertechnologie sinnlos. Die Bandbreite der CPU muß also auch entsprechend groß sein. Entscheidend hierbei ist aber nicht allein der FrontSideBus, auch wenn das in vielen Artikeln zum Thema immer wieder heruntergebetet wird. Der FrontSideBus ist nur eine Variable der Gleichung, die zur Speicherbandbreite führt. Und da der FrontSideBus bei einem Pentium III E 850 MHz und einem Pentium 4 1.7 GHz gleich ist (nämlich 100 MHz), ist er auch nicht einmal die entscheidende Variable, sondern eine ganz andere ist es:

CPU	physik. FSB (MHz)	Interface (bit)	Daten Pakete pro Takt	CPU Bandbr. (GByte/s)	Marketing FSB (MHz)	Marketing Bezeichn.
Pentium II	66	64	1	0,50	66
Pentium II/III	100	64	1	0,75	100
Pentium III	133	64	1	0,99	133
Pentium 4	100	64	4	2,98	400	Quad Pumped
Athlon + Duron	100	64	2	1,49	200	DDR
Athlon + Duron	133	64	2	1,98	266	DDR

Wie zu sehen ist, nimmt der FrontSideBus seinen Einfluß - viel entscheidender ist aber, wie viele der 64bittigen Datenpakete ein Prozessor pro Takt aufnehmen kann. Der Einfluß dieser Größe "Datenpakete pro Takt" ist also bei weitem höher als des reinen FrontSideBuses!

Natürlich sind die genannten CPU-Bandbreiten alles nur Höchstgrenzen - die Bandbreite des Hauptspeichers muß entsprechend gleich hoch sein, um die jeweiligen CPU-Bandbreiten auszunutzen. Gleichzeitig sind die CPU-Bandbreiten aber auch jeweils Begrenzungen nach oben hin für die Bandbreiten des Hauptspeichers - einen Pentium III (je nach FSB 0,75 oder 0,99 GByte/s) mit einer höheren Bandbreite seitens des Hauptspeichers (z.B. 2 GByte/s) füttern zu wollen, macht überhaupt keinen Sinn, weil es die CPU schlicht nicht verarbeiten kann. Prinzipiell ist dies aber der Keypoint zum Verständnis der Thematik: Die Bandbreite der CPU sollte im Idealfall gleich der Bandbreite des Hauptspeicher sein. Ansonsten wird in diese oder jene Richtung hin schlicht verschwendet.

      Sollte gleich sein: Die Bandbreite des Speichers

Dafür, daß die Bandbreite des Hauptspeichers entsprechend passt, führen viele Wege nach Rom. Und hier bestehen auch die meisten Möglichkeiten, etwas schnell einmal zu verändern. Schon mit einem DualChannel-Interface im Chipsatz (zum Hauptspeicher hin) erhöht sich die Bandbreite des Hauptspeichers auf das Doppelte. Bei den CPU´s dagegen beschränken sich Änderungen im Interface auf neue Prozessoren-Klassen - ein einmal auf dem Markt befindlicher Prozessor bleibt in seinem Interface "gefangen". Sicher kann man mittels FSB-Übertakten die Speicherbandbreite der CPU auch etwas nach oben hin verändern, aber eine Verdopplung wie bei einem DDR-Interface ist damit nicht möglich. Um dies ein wenig zu untermaueren, sehen wir uns folgende Tabelle mit den Bandbreiten der heute gängigen Speicherarten an:

RAM	Speichertyp	physik. Taktrate (MHz)	Interface (Bit)	genutze Flanken	Speicher Bandbr. (GByte/s)	Marketing Taktrate (MHz)
PC66	SDRAM	66	64	1	0,50	66
PC100	SDRAM	100	64	1	0,75	100
PC133	SDRAM	133	64	1	0,99	133
PC150	SDRAM	150	64	1	1,12	150
PC166	SDRAM	166	64	1	1,24	166
PC1600	DDR SDRAM	100	64	2	1,49	200
PC2100	DDR SDRAM	133	64	2	1,98	266
PC600	RAMBUS	300	16	2	1,12	600
PC700	RAMBUS	356	16	2	1,33	700
PC800	RAMBUS	400	16	2	1,49	800

Wie schon erwähnt, kann man mit einem DualChannel-Interface im Chipsatz die entsprechende Bandbreite des Hauptspeichers noch verdoppelt (Beispiele: i840, i850, nVidia Crush) oder mit einem QuadChannel-Interface vervierfachen (i860). Dies hat aber nicht mit der eigentlichen Bandbreite der Speicher-Module zu tun, es ist sozusagen nur ein Trick des Chipsatzes. Für den Pentium 4 mit seinen 2,98 GByte/s Bandbreite ist dieser Trick allerdings schon notwendig, denn keiner der oben zu sehenden Speicher kann in einem SingleChannel-System (was Standard wäre) diese 2,98 GByte/s bieten.

      Fazit

Wie wir sehen, haben wir damit eine funktionierende theoretische Erklärung für den Umstand gefunden, daß der Pentium III nicht von RAMBUS profitiert. Interessant ist dabei, daß diese theoretische Lösung problemlos schon vor dem RAMBUS/i820-Start im Herbst 1999 hätte entwickelt werden können. Schon damals wäre diese vorgeschilderte Lösung aufzeigbar gewesen - physikalische Gleichungen sind nun einmal da und müssen nicht erst "erfunden" werden. Irritiernd ist es somit, daß seinerzeit diese doch recht einfache und logische Lösung nicht zu lesen war.

Wenn wir den Fall "Pentium III kann mit RAMBUS nicht" nun jedoch entgültig abhaken, stellen sich sofort natürlich die weiteren Fragen aus der Einleitung: Wird der Pentium III mit DDR-RAM "können"? Nein - er wird es nicht, die Begründung ist die gleiche wie beim RAMBUS: Der Prozessor bräuchte mehr Bandbreite und dies würde ein Re-Design der CPU oder eine komplett andere CPU erfordern.

Für den Pentium 4 mit DDR-RAM ergibt sich vorausschauenderweise, daß diese Kombination gut gehen wird - beide haben hohe Bandbreiten und passen so recht gut zusammen. Ob langsames SDRAM zum Pentium 4 passt, wäre vorerst zu bezweifeln, allerdings kann man dort auch getrost auf die entsprechenden ersten Boards respektive der ersten Tests warten. Die Kombination "Athlon/Duron mit DDR-RAM Speicher" stellt ebenfalls wie die des "Pentium 4 mit (DualChannel) RAMBUS" eine ziemlich gelungene dar - die Bandbreiten von CPU und Hauptspeicher sind jeweils gleich.

Bei zukünftigen CPUs wird man hingegen sehen müssen, was diese für Interfaces mitbringen und dann kann man diese ebenfalls laut vorstehenden Berechnungen einordnen - dies sollte nun mit all den abgelieferten Erläuterungen kein Problem mehr darstellen.

Nachtrag vom 18. Mai:
Es existiert hier natürlich der (berechtigte) Einwand, daß die zur Verfügung stehende Bandbreite nicht allein von der CPU genutzt wird, sondern auch von PCI- und AGP-Geräte direkt "angezapft" werden kann. Dies ist ja auch schon einfach den vorstehenden Diagrammen der Chipsätze zu entnehmen. Aber (und nun folgt meine "Ausrede"): Die dabei "verbratenen" Bandbreiten sind so arg gering, das sie kaum ins Gewicht fallen. Denn der meisten Teil dieser Transfers geht eben doch zuerst über die CPU - und der Rest (Festplatten-Transfers, Texturentransfers zur Grafikkarte) ist wirklich arg gering einzustufen. Diese kummuliert im Idealfall (!) vielleicht 100 MByte/s sind eben gar nichts im Vergleich zu den GByte-Werten, mit denen die CPU hantiert.