Das Aufkommen der Alder-Lake-Familie hat die gesamte Prozessorwelt aufgerüttelt, die hungrig nach echter Konkurrenz ist. Die neuen Chips sind in jeder Hinsicht besser geworden als ihre Vorgänger: Sie haben auf ein modernes technisches Verfahren umgestellt, deutliche Verbesserungen der Mikroarchitektur erhalten, die Anzahl der Rechenkerne erhöht und sogar Verbesserungen in Bezug auf die Wärmeableitung erhalten. Aber das ist nicht alles. Zusammen mit einer Verdoppelung der Anzahl der Rechenkerne und einem Leistungssprung brachte Alder Lake eine Vielzahl neuer Features mit sich, mit denen wir uns noch lange im Detail auseinandersetzen müssen. Rechenkerne von zwei Arten und eine Hybridstruktur, Unterstützung für DDR5 und PCIe 5.0 - dies sind nur die ersten Zeilen in der Liste der Innovationen, für die Sie für jedes Element eine separate Studie durchführen müssen. Und wir werden sicherlich solche Forschungen betreiben, aber ich möchte beginnen, die Nuancen der Nutzung der neuen Intel-Plattform von einer etwas anderen Seite zu untersuchen – nicht von der Hardware, sondern von der Software.
Erste Tests des Senior-Vertreters der Alder-Lake-Familie, des Core i9-12900K-Prozessors, wurden von uns im neuen Betriebssystem Windows 11 durchgeführt sicherlich die Software-Umgebung auffrischen wollen: Windows 11 gehört wie Alder Lake zu den heißesten neuen Produkten in diesem Herbst. Darüber hinaus drängt Intel auch direkt auf den Einsatz des neuen Betriebssystems und spricht von speziellen Optimierungen in der Arbeit des Schedulers. Nach der Rhetorik des Unternehmens kann man sogar davon ausgehen, dass Windows 11 fast schon eine Voraussetzung für den Einsatz von Alder Lake ist, da nur diesem Betriebssystem die Unterstützung der Thread Director-Technologie zugesagt wird, die die korrekte Verteilung der Threads auf verschiedene Arten von Prozessorkernen garantiert .
Es gibt jedoch eine andere Position. Laut Steam-Statistik kommt das Betriebssystem Windows 11 derzeit in weniger als 2% der Gaming-Systeme zum Einsatz, während die meisten Gamer Windows 10 bevorzugen – sein Anteil liegt bei knapp 90%. Das heißt, der Übergang zu einem neuen Betriebssystem steht erst am Anfang, und seine bisherige Geschwindigkeit lässt nicht nur keine Vorhersagen über die Massenakzeptanz zu, sondern gibt auch die feste Zuversicht, dass Computer auf Basis von Alder Lake in der realen Welt häufiger funktionieren werden unter Windows 10.
Daher wäre es falsch, die Tests des Core i9-12900K ausschließlich auf Windows 11 zu beschränken, und der Test seiner Leistung muss in Windows 10 wiederholt werden. Außerdem werden die Testergebnisse in diesem Fall sicherlich unterschiedlich sein. Und das gilt nicht nur für Alder Lake, mit dessen Hybrid-Features der Windows 10-Scheduler viel weniger vertraut ist als der Windows 11.-Scheduler ganz am Anfang. Für Beispiele muss man nicht weit gehen. In den letzten Monaten seit der Veröffentlichung von Windows 11 mussten sich AMD- und Microsoft-Ingenieure beeilen, um mindestens zwei Probleme mit Ryzen zu beheben - den langsamen Betrieb des L3-Cache und die falsche Wahl des bevorzugten Kernels für Single-Thread-Workloads durch der Planer. Natürlich gibt es keine Garantie dafür, dass diese Probleme die einzigen waren, und dies könnte auch für die Unterschiede in der relativen CPU-Leistung in Windows 11 verantwortlich sein.
Die zentrale Frage, die in diesem Artikel am meisten beachtet wird, betrifft jedoch nach wie vor die Kompatibilität von Alder Lake und Windows 10. Aus dem, was wir unmittelbar vor der Ankündigung der Core-Prozessoren der 12. Generation über die Thread Director-Technologie erfahren haben, folgte Folgendes Sie funktionieren im neuen Betriebssystem, es ist überhaupt nicht dasselbe wie im alten, und aus diesem Grund können Sie in Windows 10 alle möglichen Überschneidungen sowohl bei der Leistung als auch bei der Inoperabilität verschiedener Programme (hauptsächlich Spiele) erwarten. Daher wird die Haupthandlung der weiteren Geschichte ein praktischer Vergleich der Arbeit des Core i9-12900K in Windows 10 und Windows 11 sein.
Noch einmal zum Thema Thread Director:
Der grundlegende Vorteil von Windows 11 gegenüber Windows 10 in Bezug auf Alder-Lake-Prozessoren besteht darin, dass das neue Betriebssystem mit der Thread Director-Technologie vertraut ist und sein Scheduler die Fähigkeiten dieser Technologie nutzt, um die Last auf Prozessorkerne, einschließlich verschiedener Typen, zu verteilen. Vereinfacht gesagt basiert die Arbeit des Schedulers mit verschiedenen Kerneltypen in Windows 10 allein auf deren Leistungsdaten, während in Windows 11 alles kniffliger ist. Darin unterscheidet der Scheduler nicht nur nach der Geschwindigkeit zwischen den Kernen, sondern erhält auch Feedback vom Prozessor – interaktive Informationen über die Arten des ausführbaren Codes und Informationen über den Zustand, die aktuellen Temperaturen und den Energieverbrauch der Kerne.
Auf niedriger Ebene ist Thread Director ein in Alder Lake eingebauter Mikrocontroller, der Daten über die Funktionsweise von Prozessorkernen mit Nanosekunden-Auflösung sammelt, diese analysiert und mit Millisekunden-Auflösung an den Betriebssystem-Scheduler übergibt. Die Telemetrie, mit der der Mikrocontroller umgeht, ist der thermische Zustand und der Verbrauch jedes der Kerne sowie deren Lastindikatoren, einschließlich Informationen über die Typen der ausgeführten Befehle. Eine solche Sammlung von Daten ermöglicht es Ihnen letztendlich, fundierte Entscheidungen darüber zu treffen, ob es ratsam ist, bestimmte Prozesse von produktiven Kernen (P-Kerne) auf energieeffiziente (E-Kerne) und umgekehrt umzustellen.
Bei der gemeinsamen Arbeit unterteilen Thread Director und der Windows 11-Scheduler alle ausführbaren Prozesse in drei grundlegende Klassen: Hintergrund, dh solche, deren Ausführungsgeschwindigkeit nicht von der Leistung des Prozessors abhängt; normale Vordergrundprozesse; und ressourcenintensive Prozesse, die bestimmte Sätze von AVX-Befehlen verwenden. Die allgemeine Logik des Schedulers in Windows 11 ist so, dass Hintergrundprozesse oder Prozesse, die die meiste Zeit damit verbringen, auf das Eintreffen von Daten zu warten, an E-Cores gesendet werden und diejenigen Prozesse, für die die Leistung wirklich wichtig ist, an P-Cores gesendet werden. Gleichzeitig gelten Prozesse, die AVX-Befehle verwenden, als höher priorisiert, und da der Prozessor keine freien P-Kerne hat, werden weniger anspruchsvolle Threads auf E-Kerne verschoben.
Eine solche Einteilung von Threads in Klassen steht dem Windows 10-Scheduler nicht zur Verfügung, er weiß nichts über deren Besonderheiten und schickt einfach Threads, die mehr CPU-Zeit beanspruchen, an produktivere Kerne. Wenn wir über die Leistung von ressourcenintensiven Multithread-Anwendungen sprechen, ist dies offensichtlich in Windows 10 und Windows 11 gleich. In komplexen Workload-Szenarien kann sich die in Windows 11 implementierte reaktionsschnellere Planungsstrategie jedoch positiv auf die Geschwindigkeit der Aufgabenausführung auswirken. Der wichtigste Vorteil von Thread Director liegt jedoch in der Energieeffizienz. Der Windows 11-Scheduler steht vor der Aufgabe, nicht nur die maximale Leistung aus dem Prozessor herauszuholen, sondern dies auch bei möglichst geringem Energieverbrauch (aber ohne Leistungseinbußen) durch den Einsatz des E-Cores. Gleichzeitig wird in Windows 10 das Thema Stromverbrauch überhaupt nicht berücksichtigt.
Sie müssen jedoch verstehen, dass die Thread Director-Technologie auch in Windows 11 die Rolle eines Hilfswerkzeugs spielt. Der OS-Scheduler muss den Empfehlungen des Thread-Directors beim Thread-Management nicht folgen. Sie werden beispielsweise nicht berücksichtigt, wenn die laufenden Prozesse unterschiedliche Prioritäten haben oder der Benutzer eine Anwendung auf dem Desktop bereitgestellt hat, die aus Sicht des Thread-Directors keine Priorität hat. Die Low-Level-Interaktion zwischen Hardware und Betriebssystem von Windows 11 ermöglicht jedoch, dass die Alder-Lake-Hybridarchitektur vorteilhafter ist.
Stromverbrauch von Alder Lake: Windows 11 vs. Windows 10:
Der Windows 11 Scheduler kämpft also zusammen mit dem Thread Director um Effizienz. In Worten klingt das alles sehr logisch: Der Scheduler des neuen Betriebssystems kann, da er die aktuellen Anforderungen der ausführbaren Threads kennt, anspruchslose Prozesse an E-Cores schicken, die eine einfachere Mikroarchitektur und niedrigere Frequenzen haben. Und es ist leicht zu überprüfen, ob dies zu einem Ergebnis führt - schauen Sie sich einfach den Verbrauch von Alder Lake an, wenn Sie dieselben Aufgaben in verschiedenen Betriebssystemen ausführen.
Für die Experimente haben wir ein System auf Basis eines Core i9-12900K-Prozessors mit 32 GB DDR5-4800 verwendet, an dem wir in identischen Szenarien in Windows 10 und Windows 11 den Stromverbrauch gemessen haben. Der erste Check war das Rendern in Cinebench R23 . Diese Aufgabe zeichnet sich dadurch aus, dass beim Rendering alle verfügbaren Kernel mit Arbeit belastet werden, wodurch der Thread Director wohl kaum weiterhelfen wird: Der Scheduler muss lediglich 24 von der Anwendung erstellte Threads entsprechend den verfügbaren 24 Threads des Prozessors zuordnen Kerne (einschließlich virtuelle).
Dieses Bild wird jedoch nicht immer beobachtet. Es gibt viele Fälle, in denen sich die Funktionsweise von Alder Lake unter Windows 10 und unter Windows 11 erheblich unterscheidet. Am häufigsten sind Spiele. Moderne Spieleanwendungen versuchen, die Last zu parallelisieren, und viele von ihnen erstellen eine beträchtliche Anzahl von Threads. Die Besonderheit dieser Ströme besteht jedoch darin, dass sie meist ungleich sind. Ein oder zwei Streams spielen normalerweise die Rolle von Moderatoren, während der Rest Hilfscharakter hat, bei Bedarf sekundäre Berechnungen durchführt oder auf die Reaktion des Spielers oder andere Ereignisse wartet. Und dies ist der perfekte Boden, auf dem Thread Director und Windows 11 Scheduler mit voller Kraft eingesetzt werden können.
Als Beispiel haben wir das Spiel Horizon Zero Dawn genommen, das aktiv Multithreading nutzt und problemlos alle verfügbaren 16 virtuellen Kerne auf Achtkern-Prozessoren lädt. Und wie Tests gezeigt haben, unterscheidet sich der Verbrauch des Core i9-12900K in verschiedenen Betriebssystemen.
Der durchschnittliche Verbrauch des Core i9-12900K während des Testlaufs in Horizon Zero Dawn betrug 103 W in Windows 11 und 109 W in Windows 10. Das heißt, die Thread Director-Technologie kann aufgrund der genauen Anordnung der Threads zwischen den Kernen erreichen ca. 6% Stromersparnis.
Aber ein noch interessanteres Bild zeigt sich, wenn man in den Task-Manager schaut. Unter Windows 11 ist die Prozessorlast während des Spiels ebenfalls geringer, und zwar um beachtliche 10 %.
Es ist hier angebracht, daran zu erinnern, dass die in modernen Betriebssystemen angezeigte Metrik "Prozessorlast" nicht wirklich eine solche ist. Tatsächlich zeigt das Betriebssystem nicht die relative Zeit an, die der Prozessor für die Arbeit aufwendet, sondern einen anderen Wert - seine "Nicht-Leerlaufzeit", dh die relative Zeit, die der Prozessor außerhalb des speziellen Leerlauf-Threads verbracht hat, der von . erstellt wurde der Planer. Und das bedeutet, dass der Leerlaufprozess, wenn die laufenden Threads nicht beendet werden, sondern im Leerlauf sind und auf den Empfang einiger Daten warten, in den Messwerten des Task-Managers als Last und nicht als einfache interpretiert werden. Daher bedeutet die geringere CPU-Auslastung in Windows 11 nicht, dass es weniger Arbeit macht. Durch einfaches Empfangen von Informationen vom Thread Director darüber, welche Threads tatsächlich Prozessorressourcen verwenden und welche nur auf Daten warten, hat der Scheduler die Möglichkeit, Leerlauf-Threads besser auf E-Cores zu packen und P-Cores für echte Rechenlast freizugeben.
Für den Anwender bedeutet dies, dass in Systemen auf Basis von Alder-Lake-Prozessoren durch den Einsatz von Windows 11 nicht nur eine bessere Effizienz, sondern generell eine bessere Umsetzung von Multithreading erreicht wird.
Horizon Zero Dawn ist bei weitem nicht das einzige Spiel, bei dem der Core i9-12900K unter Windows 11 einen geringeren Stromverbrauch zeigt. Eine ähnliche Situation ist bei vielen anderen Anwendungen zu beobachten. Die folgende Grafik zeigt beispielsweise den Verbrauch des älteren Alder Lake in zwei Betriebssystemversionen in einer anderen Spielanwendung – Shadow of the Tomb Raider.
Und wieder das Gleiche, nur hier beträgt der Unterschied im durchschnittlichen Verbrauch bereits ca. 9 W, d. h. der Einsatz von Windows 11 mit Thread Director-Technologie reduziert den Prozessorverbrauch um fast 10 %.
Das Bild, wenn der Verbrauch von Alder Lake in Windows 11 geringer ist, tritt jedoch nicht in hundert Prozent der Situationen auf. Es gibt auch gegenteilige Beispiele, insbesondere die übliche Büroarbeit in Anwendungen aus der Microsoft Office Suite. Wir haben das Procyon Office Productivity Testskript verwendet, um die tägliche Arbeit eines Benutzers in Word, Excel, PowerPoint und Outlook zu simulieren. Und bei der Ausführung überstieg wider Erwarten der Verbrauch einer auf dem Core i9-12900K basierenden Plattform in Windows 11 den Verbrauch derselben Plattform, jedoch in Windows 10, um mehrere Watt.
Auf den ersten Blick ist dies ein sehr seltsames Ergebnis, da Office-Anwendungen ein offensichtliches Beispiel für eine Arbeitslast sind, die auf energieeffizienten Kernen ausgeführt werden kann, was den Stromverbrauch reduziert. In der Praxis fällt der durchschnittliche Verbrauch von Core i9-12900K in Windows 11 um 1-2 W höher aus als in Windows 10. Für dieses Phänomen gibt es aber auch eine einfache Erklärung: Der Schlüssel suggeriert eine Verschiebung der Kurven entsprechend dem Verbrauch in Windows 10 und Windows 11 relativ zueinander auf der rechten Seite des Diagramms. Dies liegt daran, dass Office-Anwendungen unter Windows 11 schneller ausgeführt werden, was zu einem erhöhten Stromverbrauch führt.
Mit anderen Worten, hier kommt ein weiterer Vorteil von Windows 11 zum Vorschein: Da dieses Betriebssystem mit den Besonderheiten der Intel-Hybrid-Prozessor-Architektur bestens vertraut ist, kommt es bei verschiedenen Kerntypen nicht durcheinander, und einige Anwendungen zeigen höhere Werte Leistung darin. Insbesondere die Ausführungsgeschwindigkeit des Office-Skripts von Procyon Office Productivity in Windows 11 war um etwa 9 % höher als in Windows 10. Dies bedeutet, dass die Leistung des Core i9-12900K in verschiedenen Betriebssystemen wirklich unterschiedlich ist, und dieses Problem verdient eine separate Diskussion.
Windows 11 und virtualisierungsbasierte Sicherheit (VBS):
Bevor Sie jedoch zu den Testergebnissen wechseln, müssen Sie auf eine Windows 11-Sicherheitseinstellung achten, die sie direkt betrifft – Virtualization-based Security (VBS). Alarmberichte zeigten, dass diese Option die Spielleistung leicht beeinträchtigen kann, und in einigen Fällen ist sie standardmäßig aktiviert.
VBS oder "virtualisierungsbasierte Sicherheit" ermöglicht es Windows 11, eine sichere Speicherenklave für geschäftskritische Anwendungen zu erstellen, die vollständig von potenziell unsicherem Code isoliert ist, einschließlich des Betriebssystems selbst und seiner Schwachstellen. Darüber hinaus arbeitet ein weiteres eingebautes Sicherheitsfeature, Hypervisor-Enforced Code Integrity (HVCI), auf Basis von VBS, das verhindert, dass nicht signierte oder fragwürdige Treiber und Software in den Systemspeicherbereich gelangen. Gemeinsam zielen die Funktionen von VBS und HVCI darauf ab, das Betriebssystem und sensible Benutzerdaten vor Malware zu schützen, auch wenn es den bestehenden Virenschutz umgehen kann.
VBS und HVCI konnten in Windows 10 aktiviert werden, dort waren diese Funktionen jedoch zunächst immer deaktiviert. Mit der Veröffentlichung von Windows 11 hat Microsoft die Sicherheitsstandards verschärft und wird VBS und HVCI nun automatisch auf ausgewählten Systemen aktivieren. Dies gilt zunächst für Fälle, in denen Windows 11 von Grund auf auf einem Computer installiert wird. Bei einer Neuinstallation werden die Sicherheitseinstellungen wahrscheinlich aktiviert, es sei denn, die Virtualisierung wurde über das BIOS deaktiviert. Wenn jedoch beim Upgrade von Windows 10 auf Windows 11 die entsprechenden Optionen im alten Betriebssystem nicht aktiviert waren, bleiben sie im neuen Betriebssystem deaktiviert. Wenn es sich um den Kauf eines vorgefertigten Computers handelt, wird in diesem Fall die Entscheidung, VBS und HVCI in den Einstellungen zu aktivieren, vom Hersteller getroffen.
Daher erhalten Benutzer von Windows 11 standardmäßig zwei verschiedene Konfigurationsoptionen, abhängig von der Herkunft des Computers und der Art der Betriebssysteminstallation. Und zu sagen, welche davon "richtiger" ist, ist unmöglich. Intel empfiehlt, auf Systemen, die auf Alder-Lake-Prozessoren basieren, nicht auf VBS und HVCI zu verzichten, da dies die Systemsicherheit erhöht. In diesem Fall müssen Sie jedoch nicht nur einen leichten Leistungsabfall in Kauf nehmen, sondern auch die Funktionsfähigkeit bestimmter Programmversionen, beispielsweise Raubkopien.
Wenn wir über die Leistung moderner Systeme in Windows 11 sprechen, müssen wir daher zwei Einstellungsoptionen in Betracht ziehen - sowohl mit aktivierter VBS- und HVCI-Funktionalität als auch ohne.
Ob der VBS-Mechanismus in einem bestimmten System aktiv ist, können Sie mit dem Standardtool MSInfo32.exe (System Information) überprüfen.
VBS wird mit dem Schalter für die Speicherintegrität ein- und ausgeschaltet, der sich in den Systemeinstellungen auf der Seite Core Isolation im Abschnitt Datenschutz & Sicherheit / Windows-Sicherheit / Gerätesicherheit befindet.
2021-11-22 13:00:58
Autor: Vitalii Babkin