Efficiency-Cores

Der Prozessor ist das Bauteil, das in einem Computer oder Handy die eigentlichen Rechenschritte ausführt. Er besteht heute nicht mehr aus einem einzigen Rechenwerk, sondern aus mehreren, die man Kerne nennt. Jeder Kern kann unabhängig eine Aufgabe abarbeiten. Bei vielen aktuellen Chips sind diese Kerne aber nicht alle gleich gebaut. Ein Teil davon ist auf Tempo ausgelegt, ein anderer Teil auf niedrigen Stromverbrauch. Die sparsamen heißen Efficiency-Cores, oft abgekürzt als E-Cores.

Warum Chips heute zwei Sorten Kerne haben

Ein schneller Kern verbraucht überproportional viel Strom. Doppelte Rechenleistung kostet nicht doppelt, sondern oft das Vier- bis Fünffache an Energie. Umgekehrt gilt: Ein Kern, der etwas langsamer arbeitet, kommt mit sehr wenig Strom aus. Genau diesen Zusammenhang nutzen Hersteller aus, wenn sie beide Sorten in denselben Chip einbauen.

Der praktische Nutzen zeigt sich bei Laptops und Smartphones. Die meiste Zeit tut ein Gerät nämlich nichts Anspruchsvolles: Es prüft Mails ab, hält die Uhr aktuell, lädt im Hintergrund Updates. Für solche Aufgaben ist ein Hochleistungskern maßlos überdimensioniert. Läuft das alles auf Efficiency-Cores, hält der Akku deutlich länger, und der Lüfter bleibt still.

Ein zweiter Grund ist Platz. Ein Efficiency-Core braucht auf dem Chip nur einen Bruchteil der Fläche eines schnellen Kerns. Auf derselben Fläche passen also vier sparsame Kerne statt eines schnellen. Wenn viele Aufgaben gleichzeitig laufen, ist das die bessere Rechnung: Vier langsame Kerne schaffen zusammen mehr als ein schneller.

Wie die Arbeit auf die Kerne verteilt wird

Die Aufteilung übernimmt der Scheduler, also der Teil des Betriebssystems, der entscheidet, welches Programm gerade wo rechnen darf. Er beobachtet, wie viel Rechenzeit eine Aufgabe braucht und ob ein Mensch auf das Ergebnis wartet. Ein Videoschnittprogramm im Vordergrund landet auf den schnellen Kernen. Ein Backup-Dienst im Hintergrund wandert auf die Efficiency-Cores.

Damit das zuverlässig klappt, meldet der Prozessor dem Betriebssystem laufend Hinweise. Intel nennt diese Technik Thread Director, Apple und Qualcomm nutzen ähnliche Verfahren. Ohne solche Rückmeldungen rät das System nur. Ältere Windows-Versionen schoben deshalb anfangs Spiele versehentlich auf die sparsamen Kerne, was spürbar Leistung kostete.

Technisch sind Efficiency-Cores oft einfacher aufgebaut. Sie verzichten auf aufwendige Schaltungen, die Befehle vorausschauend umsortieren, und takten niedriger. Beides spart Strom, macht sie aber pro Sekunde langsamer. Die Befehle, die sie verstehen, sind dagegen dieselben. Ein Programm merkt also nicht, auf welcher Kernsorte es gerade läuft.

In welchen Geräten und Meldungen E-Cores auftauchen

Erfunden wurde das Prinzip im Handybereich. ARM brachte es 2011 unter dem Namen big.LITTLE heraus, seither steckt es in praktisch jedem Smartphone. Apple übernahm es 2020 für seine Mac-Chips, Intel 2021 mit der Prozessorgeneration Alder Lake. Ein Chip wie der Apple M4 hat vier schnelle und sechs sparsame Kerne.

Beim Kauf eines Rechners begegnet dir das in den technischen Daten. Dort steht dann etwa „8 P-Cores + 16 E-Cores“. Die Gesamtzahl der Kerne sagt dabei wenig aus. Zwei Prozessoren mit je 24 Kernen können sich stark unterscheiden, je nachdem wie das Verhältnis der beiden Sorten aussieht.

Ein verbreiteter Irrtum ist, Efficiency-Cores seien nur eine Notlösung für schwache Geräte. In Servern und in Rechenzentren für Künstliche Intelligenz gilt oft das Gegenteil. Dort zählt, wie viel Arbeit pro Watt Strom erledigt wird. Chips mit sehr vielen sparsamen Kernen sind für solche Aufgaben häufig die wirtschaftlichere Wahl.