Was ist Hyper-Threading?

Falls Sie die Entwicklung bei den CPUs in den letzten Jahren verfolgt haben, ist Ihnen vielleicht etwas Ungewöhnliches aufgefallen: Intel hat bei seinen Prozessoren für Endverbraucher weitgehend auf Hyper-Threading verzichtet. Das mag seltsam erscheinen, wenn man bedenkt, dass Hyper-Threading jahrzehntelang ein fester Bestandteil von Intel-CPUs war. Die gute Nachricht ist, dass Hyper-Threading nicht vom Markt verschwunden ist. Tatsächlich hat Intel öffentlich erklärt, dass das Unternehmen plant, die Technologie in zukünftigen Prozessoren wieder einzuführen, nachdem man zu dem Schluss gekommen war, dass durch den Verzicht auf diese Technologie Leistungspotenzial ungenutzt blieb.

Bevor wir uns damit befassen, warum Intel seine Meinung geändert hat, lohnt es sich zu verstehen, was Hyper-Threading eigentlich bewirkt und warum diese Funktion schon so lange eine so wichtige Rolle spielt. Wenn Sie eine ausführlichere technische Erläuterung wünschen, lesen Sie bitte unseren begleitenden Leitfaden „Hyper-Threading erklärt“.

Hyper-Threading ist Intels Umsetzung von Simultaneous Multithreading (SMT), einer Technologie, die es einem einzelnen CPU-Kern ermöglicht, gleichzeitig an zwei Befehls-Threads zu arbeiten. Auch wenn ein Prozessorkern scheinbar ständig ausgelastet ist, sind in Wirklichkeit Teile des Kerns oft ungenutzt, während sie auf Daten oder den Abschluss anderer Aufgaben warten. Hyper-Threading trägt dazu bei, diese ansonsten ungenutzten Ressourcen besser auszunutzen, indem es die Ausführung eines zweiten Threads parallel zum ersten ermöglicht.

Es ist wichtig zu betonen, dass dies nicht mit einer Verdopplung der Leistung gleichzusetzen ist, da ein Hyper-Thread-Kern nach wie vor nur ein physischer Kern ist. Stattdessen liegen die Leistungssteigerungen in der Regel zwischen etwa 10 und 30 %, je nach Arbeitslast. Anwendungen, die viele Threads nutzen können, wie beispielsweise Programme zur Erstellung von Inhalten, zum Rendern, zur Videokodierung sowie Produktivitätssoftware, profitieren in der Regel am meisten davon.

Bei der Spieleleistung sieht die Sache oft anders aus. Bei vielen Spielen sind die Leistungssteigerungen durch Hyper-Threading nur gering, zumal moderne CPUs immer mehr physische Kerne aufweisen.

Intel war der Ansicht, dass es ohne Hyper-Threading bessere Ergebnisse erzielen könne. Dieser Schritt begann mit der Einführung der hybriden Prozessorarchitektur. Ab den Core-Prozessoren der 12. Generation kombinierte Intel leistungsstarke P-Kerne mit kleineren und effizienteren E-Kernen. Ursprünglich unterstützten die P-Kerne weiterhin Hyper-Threading, die E-Kerne hingegen nicht.

Angesichts der zunehmenden Anzahl verfügbarer physischer Kerne begann Intel zu hinterfragen, ob Hyper-Threading die damit verbundene zusätzliche Komplexität noch rechtfertige. Diese Überlegungen gipfelten in den „Lion Cove“-Leistungskernen von Intel, die in den Architekturen „Lunar Lake“ und „Arrow Lake“ eingeführt wurden. Dabei wurde Hyper-Threading vollständig aufgegeben, um die Effizienz zu maximieren, das Design zu vereinfachen und mehr Ressourcen für die Verbesserung der Single-Thread-Leistung bereitzustellen.

Es ist anzumerken, dass Hyper-Threading einige Nachteile mit sich bringt. Es beansprucht zusätzliche Siliziumressourcen (häufig werden etwa 5 % angegeben), erhöht die Komplexität und kann den Stromverbrauch steigern. Im Laufe der Jahre haben Sicherheitsforscher zudem Seitenkanal-Schwachstellen identifiziert, die sich die gemeinsam genutzten Hardware-Ressourcen zunutze machen können, was einige Unternehmen und Organisationen dazu veranlasst hat, Hyper-Threading in sicherheitskritischen Umgebungen zu deaktivieren.

Insgesamt war Intel der Ansicht, dass umfangreichere architektonische Verbesserungen und eine höhere Anzahl physischer Kerne die Vorteile von Hyper-Threading überwiegen könnten.

Die Sache ist die: Ungeachtet der Argumentation von Intel sind die Vorteile nie wirklich verschwunden. Intels neuere Architekturen mögen zwar beeindruckende Verbesserungen hinsichtlich Effizienz und Single-Thread-Leistung gebracht haben, doch das Unternehmen hat inzwischen eingeräumt, dass der Verzicht auf Hyper-Threading möglicherweise zu weit gegangen ist.

Intel-Vorstandsvorsitzender Lip-Bu Tan erklärte, dass die Abkehr von SMT Intel einen Wettbewerbsnachteil beschert und Leistungslücken verursacht habe, die das Unternehmen nun bei künftigen Produkten beheben wolle.

Die Begründung ist einfach: Auch wenn das Hinzufügen weiterer physischer Kerne oft die beste Lösung ist, ist es nicht immer die praktischste. Hyper-Threading bleibt eine effektive Methode, um zusätzliche Leistung aus vorhandenen Kernen herauszuholen, insbesondere bei Workloads mit vielen Threads. Dies ist vor allem in professionellen und Serverumgebungen von Bedeutung, in denen Virtualisierung, Datenbanken, Cloud-Infrastruktur, technische Anwendungen und viele KI-bezogene Workloads davon profitieren können, wenn mehr Threads gleichzeitig verarbeitet werden.

Zum Zeitpunkt der Erstellung dieses Artikels hat Intel Pläne bestätigt, SMT in künftigen Serverprozessoren wieder einzuführen. Ob Hyper-Threading auch bei Desktop- und Gaming-CPUs für Endverbraucher wieder zum Einsatz kommen wird, ist noch unklar; Intels Kurswechsel deutet jedoch darauf hin, dass diese Technologie weiterhin eine wichtige Rolle spielen wird.

Moderne Ryzen- und EPYC-Prozessoren nutzen weiterhin SMT in allen CPU-Produktreihen von AMD für Privatanwender und Unternehmen, wodurch die meisten Kerne zwei Threads gleichzeitig verarbeiten können. AMD hat keinerlei Anzeichen dafür gegeben, dass das Unternehmen plant, SMT aufzugeben, und betrachtet diese Technologie weiterhin als wichtigen Bestandteil zur Maximierung der Prozessorleistung.

Infolgedessen haben die heutigen CPUs von AMD und Intel leicht unterschiedliche Ansätze verfolgt, um eine höhere Leistung zu erzielen. Intel konzentrierte sich über mehrere Generationen hinweg auf Hybridarchitekturen, verbesserte Kerndesigns und zusätzliche physische Kerne, während AMD weiterhin eine hohe Kernanzahl mit SMT kombinierte.

Für kurze Zeit sah es so aus, als würde Hyper-Threading bald ausgedient haben. In den neuesten Consumer-Architekturen von Intel wurde diese Technologie aufgegeben, und angesichts der steigenden Anzahl an Kernen schien sie an Bedeutung verloren zu haben. Die Meldungen über ihr Ende waren jedoch möglicherweise verfrüht.

Auch wenn Hyper-Threading kein magischer Leistungsmultiplikator ist, stellt es dennoch eine wirksame Methode dar, die CPU-Auslastung zu verbessern und die Leistung bei vielen Arbeitslasten zu steigern. Intels Entscheidung, Hyper-Threading wieder einzuführen, deutet darauf hin, dass es trotz der Fortschritte im Prozessordesign nach wie vor von Vorteil ist, wenn ein einzelner Kern mehrere Threads verarbeiten kann.

Für Verbraucher lässt sich daraus ganz einfach folgende Schlussfolgerung ziehen: Hyper-Threading ist zwar nicht mehr bei jedem Intel-Prozessor garantiert, aber es ist auch noch lange nicht verschwunden. Da Intel seine zukünftigen CPU-Designs weiterentwickelt, dürfte Hyper-Threading auch in den kommenden Jahren ein fester Bestandteil der Prozessorlandschaft bleiben.