Mit der 13. Generation der Intel Core und AMD Ryzen 7000-Prozessoren war der Wettbewerb im Bereich der Workstation-CPUs noch nie so stark. Greg Corke untersucht die besten CPUs für designzentrierte Workflows, von CAD über Realitätsmodellierung bis hin zum Rendern.
In den letzten Jahren war der Wettbewerb zwischen AMD und Intel intensiv. Dies gilt insbesondere für AMD Ryzen und Intel Core, beliebte Prozessoren für Mainstream-Desktop-Workstations.
AMD hatte in extrem multi-threaded Workflows wie Rendering eine Performanceführung, aber der Kampf um die Vorherrschaft in single-threaded Anwendungen wie CAD und BIM war hart umkämpft. In gewisser Hinsicht haben AMD und Intel seit Ende 2020 mit jeder neuen Generation einander übertrumpft.
Im Herbst 2022 stimmten sich die Veröffentlichungspläne beider Chip-Hersteller ab. Die AMD Ryzen 7000-Serie wurde im August angekündigt, während die 13. Generation der Intel Core-Prozessoren im September erstmals der Öffentlichkeit vorgestellt wurde. Diese Mainstream-Workstation-Prozessoren sind ideal für CAD und BIM aufgrund ihrer hohen Frequenz, bieten jedoch auch genug Leistung für multi-threaded Workloads wie Rendering, Simulation, Punktewolkenerfassung, Photogrammetrie, CAM und mehr.
Beide Prozessorfamilien sind jetzt in Workstations von Spezialherstellern wie Armari, Workstation Specialists, BOXX und Scan erhältlich (die die Testmaschinen für diesen Artikel bereitgestellt haben). Von den großen Workstation-Herstellern haben wir bisher noch keine Maschinen gesehen. Dies ist jedoch bei HP, Lenovo, Dell und Fujitsu üblich. Es gibt immer eine gewisse Verzögerung zwischen der Einführung und der Unterstützung neuer Technologien.
AMD Ryzen 7000-Serie
Die Ryzen 7000-Serie von Desktop-Prozessoren basiert auf der AMD 5-nm- “Zen 4”-Architektur. Es gibt vier Modelle mit unterschiedlicher Frequenz und Anzahl der Kerne.
Das Spitzenmodell AMD Ryzen 9 7950X hat 16 Kerne und eine maximale Boost-Frequenz von bis zu 5,7 GHz. Die Prozessoren der unteren Preisklasse haben etwas niedrigere Taktraten und weniger Kerne, sind aber erheblich günstiger. Zum Beispiel hat der AMD Ryzen 5 7600X sechs Kerne und einen maximalen Boost von 5,3 GHz, ist aber weniger als halb so teuer wie der Ryzen 9 7950X.
Die vollständige Modellpalette können Sie der unten stehenden Tabelle entnehmen.
Verglichen mit der vorherigen Generation Ryzen 5000-Serie bleibt die Anzahl der Kerne für jede Prozessorklasse gleich. Alle Modelle unterstützen “Simultaneous Multithreading” (AMDs Äquivalent zu Intel Hyper-Threading). Dabei werden doppelt so viele Threads wie physische Kerne verwendet, um die Leistung in bestimmten multi-threaded Workflows wie Raytrace-Rendering zu verbessern.
Ryzen 7000 profitiert von einem erheblichen Anstieg der Basis- und Boost-Frequenz, einer behaupteten Zunahme von 13% in der Instructions Per Clock (IPC), der Verdopplung des Level-2-Cache und der Unterstützung des DDR5-Speichers (bis zu 128 GB).
Eine Kompromisslösung bei den neuen Chips ist ein deutlicher Anstieg der Thermal Design Power (TDP), einer Messung des Stromverbrauchs unter maximaler theoretischer Last. Die beiden Top-Modelle der Ryzen 7000-Serie haben eine TDP von 170 W und eine Spitzenleistung von 230 W, im Vergleich zu 105 W und 142 W bei der vorherigen Generation. Die CPUs ziehen jedoch nur dann eine solche Leistung, wenn sie mehrere Kerne in Kombination mit Precision Boost Overdrive (PBO) verwenden, einer Funktion von Ryzen-CPUs, die die Spannung erhöht, um höhere Taktraten zu ermöglichen.
In Autodesk Revit 2021 mit dem RFO v3-Benchmark war die Intel-Workstation bei der Modellerstellung und -export etwa 10% schneller und überraschenderweise beim Rendern etwa 5% schneller. Wir erzielten ähnliche Ergebnisse in Solidworks 2021 mit dem SPECapc 2021-Benchmark, obwohl Intels Vorsprung in “Modellrebuild” deutlich größer war.
Bei dem Benchmark InvMark for Inventor von Cadac Group und TFI hatte Intel in den meisten Untertests eine kleine Führung, die entweder single-threaded waren, nur wenige Kerne (Threads) gleichzeitig verwendet haben oder viele Kerne verwendet haben, aber nur in kurzen Schüben. AMD schnitt besser im Rendertest ab, der alle verfügbaren Kerne verwendet, sowie beim Öffnen von Dateien und dem Speichern auf der Festplatte.
Sowohl die Solidworks- als auch die Inventor-Benchmarks testen auch die CAD-eigenen Simulationsfähigkeiten über Solidworks Simulate und Autodesk Inventor dynamische Simulation / FEA. Diese Tests verwenden einige CPU-Kerne, während einige der fortschrittlicheren Simulationstools wie Ansys Mechanical von mehr Kernen profitieren können.
Hier ist es erwähnenswert, dass in der folgenden Grafik zu sehen ist, wie die Frequenz abnimmt, wenn mehr Kerne (Threads) aktiviert sind.
Zwischen 1 und 8 Threads behält Intel eine höhere Frequenz als AMD bei, was Intel einen Vorteil bei Workloads verschafft, die eine ähnliche Anzahl von Threads verwenden.
Natürlich ist der Kerncode vieler CAD-Tools ziemlich alt, und neue Generationstools wie nTopology für das Design für additive Fertigung wurden von Grund auf für Multi-Core-Prozessoren (und in letzter Zeit auch für GPU-Berechnungen) entwickelt. Bei unserem nToplogy-Geometrieoptimierungstest haben wir uns ausschließlich auf die CPU konzentriert, und mit allen Kernen in Betrieb hatte die Intel-Workstation die Nase vorn vor AMD.
Realitätsmodellierung
Agisoft Metashape ist ein photogrammetrisches Werkzeug, das ein Mesh aus mehreren hochauflösenden Fotos erzeugt. Es ist multi-threaded, verwendet CPU-Kerne aber sporadisch und nutzt eine Kombination aus CPU- und GPU-Verarbeitung.
Wir haben einen Benchmark des US-amerikanischen Workstation-Herstellers Puget Systems getestet. In den meisten unserer Tests schnitt der Ryzen 9 7950X schlecht ab und war sogar langsamer als der Ryzen 5950X. Hier hatte Intel einen klaren Vorsprung von 25% bis 39%.
In der Punktewolkenerfassungssoftware Leica Cyclone Register 360, die auf Maschinen mit 64 GB Arbeitsspeicher auf bis zu fünf CPU-Threads ausgeführt werden kann, hatte Intel eine Führung von 7-10% bei der Registrierung unserer Punktewolkendatensätze. In der Praxis wäre der Vorsprung gegenüber der 11./12. Generation von Intel Core und Ryzen 5000 sogar noch größer gewesen, da diese Maschinen 128 GB Arbeitsspeicher hatten und die Software alle 6 CPU-Kerne verwendet.
Rendern
Der Ryzen 9 7950X zeigt echte Vorteile beim Rendern, einem Prozess, der jeden einzelnen Kern jederzeit nutzen kann. In V-Ray und KeyShot, zwei der beliebtesten Tools für Designvisualisierung, zeigte der Ryzen 9 7950X einen Vorsprung von etwa 10% gegenüber dem Core i9-13900K.
In Unreal Engine war der Vorsprung beim Neukompilieren von Shadern, einem Prozess, der alle CPU-Kerne und die GPU verwendet, geringer.
Bei Cinebench 23, einem Benchmark auf Basis von Cinema4D, gab es praktisch keinen Unterschied zwischen den beiden Prozessoren.
Wir haben auch Stresstests durchgeführt, um zu sehen, wie die CPU-Frequenz im Laufe der Zeit abnimmt. Beim Rendern in KeyShot startete der Core i9-13900K mit 4,89 GHz und sank nach einigen Minuten auf 4,63 GHz, hielt diese Frequenz aber über eine Stunde lang konstant. Der Ryzen 9 7950X schnitt hier besser ab, startete mit 5,5 GHz, hielt aber konstant 5,0 GHz.
Vieles davon hängt vom relativen Stromverbrauch der beiden CPUs ab, den Sie später genauer nachlesen können.
Multitasking
Heutzutage verwenden nur wenige Architekten, Ingenieure oder Produktdesigner einzelne Anwendungen. Mit zunehmenden rechenintensiven Workflows wie Realitätsmodellierung, Rendern und Simulation ist es sehr wichtig, die Fähigkeit einer CPU zum Multitasking zu berücksichtigen.
Selbst mit den preisgünstigeren 13. Generation der Intel Core-Prozessoren und den AMD Ryzen 7000-Serien mit weniger Kernen ist es möglich, eine oder mehrere multi-threaded Aufgaben im Hintergrund laufen zu lassen und dennoch Ressourcen für grundlegende 3D-Modellierung freizuhalten.
Um das Potenzial zum Multitasking zu erkunden, haben wir beide Maschinen bis an ihre Grenzen gebracht und dabei die Punktewolkenverarbeitung und die Photogrammetrie verwendet.
Wir haben einen 24-GB-Punktewolkendatensatz in Leica Cyclone Register 360 registriert und gleichzeitig eine Reihe von hochauflösenden Fotos in Agisoft Metashape verarbeitet.
Wenn diese sequenziell durchgeführt würden, hätte die AMD-Maschine 1.039 Sekunden und die Intel 826 Sekunden benötigt. Wenn jedoch beide Jobs parallel ausgeführt werden, konnte die AMD in 625 Sekunden fertiggestellt werden, während die Intel 646 Sekunden benötigte. Mit mehr Threads, die gleichzeitig ausgeführt werden sollen, sinkende Taktraten und einige Prozesse, die auf langsamere E-Kerne verschoben werden, verlangsamt sich die Intel-Workstation.
Um die Maschinen noch stärker zu belasten, haben wir das Raytracing in den Mix aufgenommen und eine 8K-Szene in KeyShot mit 8 Kernen und 16 Threads gerendert. Hier zeigten die 16 Hochleistungskerne von AMD einen echten Vorteil und erledigten alle drei Aufgaben in 729 Sekunden im Vergleich zu 779 Sekunden bei Intel.
Grafik
Die CPU-Geschwindigkeit hat Einfluss auf die Grafikleistung, aber in welchem Maße hängt von der Software ab. In Revit, einer Anwendung, die für ihre CPU-Beschränkung bekannt ist, zeigte der Intel Core i9-13900K einen Leistungsvorsprung von etwa 7% gegenüber dem AMD Ryzen 9 7950X bei Verwendung derselben Nvidia RTX A4500-GPU. Dieser Vorsprung war bei Solidworks geringer, das eine modernere Grafik-API hat und die Leistung der GPU besser nutzt.
In Unreal Engine 4.26, einer Anwendung, die eher von der GPU als von der CPU begrenzt ist, war der Unterschied zwischen Intel und AMD beim Testen mit dem Audi Car Configurator-Modell vernachlässigbar.
Stromverbrauch
Im Vergleich zu den vorherigen Generationen verbrauchen beide Prozessoren viel Strom. Der Intel Core i9-13900K hat eine Thermal Design Power (TDP) von 125 W und eine maximale Turboleistung von 253 W. Der AMD Ryzen 9 7950X hat eine TDP von 170 W und eine Spitzenleistung von 230 W. Aber die technischen Daten erzählen nur einen Teil der Geschichte.
In der Realität verbraucht der Intel-Chip in multi-threaded Workflows spürbar mehr Strom als AMD. Dies wurde an der Steckdose beobachtet, wenn der Stromverbrauch der Gesamtsysteme gemessen wurde – unter Berücksichtigung von CPU, Hauptplatine, Speicher, Speicher und Kühlung.
Beispielsweise verbraucht die AMD-Workstation beim Rendern in Cinebench mit allen Kernen 341 W an der Steckdose, während die Intel-Workstation mit beeindruckenden 451 W deutlich mehr verbraucht. In KeyShot ist es sogar noch mehr, mit 509 W für Intel und 382 W für AMD.
Der Stromverbrauch in single-threaded Workflows ist deutlich niedriger und viel ausgeglichener, wobei die AMD- und Intel-Workstations jeweils 127 W und 122 W verbrauchen.
Wie Sie aus der folgenden Grafik ersehen können, zieht Intel jedoch bei zunehmender Kernnutzung bald mehr Strom.
Natürlich bedeutet mehr Strom auch mehr Wärme, was wiederum bedeutet, dass die Lüfter der Workstation härter arbeiten müssen. Die Intel-Maschine war insbesondere beim Rendern über lange Zeiträume deutlich lauter. Dies könnte möglicherweise mit einem hochwertigeren All-in-One-Kühlsystem gemildert werden.
Aber was Sie wirklich wissen möchten, ist, wie sich der erhöhte Stromverbrauch auf Ihre Stromrechnung auswirken könnte. Basierend auf dem aktuellen britischen Strompreis von £0,34 pro kWh für Haushalte (und £0,211 pro kWh für Unternehmen) würde das Rendern für acht Stunden pro Tag, fünf Tage pro Woche, £241 pro Jahr mit der AMD Ryzen 9 7950X-Workstation und £319 pro Jahr mit der Intel Core i9-13900K-Workstation kosten.
Während das ständige Rendern ein extremes Anwendungsbeispiel ist, sollten Sie darüber nachdenken, insbesondere wenn Ihr Unternehmen mehrere Workstations verwendet. Die Energiepreise werden ab April 2023 voraussichtlich steigen. Wir werden dies in einem kommenden Artikel genauer untersuchen.
Das Urteil
Jahrelang war Intel die einzige ernsthafte Option für Workstation-Prozessoren. Aber jetzt haben Designer, Ingenieure und Architekten mit den AMD Ryzen 7000 und der 13. Generation der Intel Core tatsächlich eine echte Wahl.
Aus unseren Tests geht hervor, dass der Intel Core i9-13000K einen klaren Vorteil gegenüber dem AMD Ryzen 9 7950X in single-threaded und leicht threadend Workflows hat. Und mit mehr E-Kernen als zuvor hat Intel den Abstand auch beim Raytracing erheblich verringert.
Vor 1,5 Jahren bot der AMD Ryzen eine fast doppelt so hohe Rendingleistung wie der Intel Core (Ryzen 5000 vs. 11. Gen). Dieser Vorsprung hat sich jetzt auf etwa 10% reduziert.
Und obwohl AMD nach wie vor beim Multitasking führend ist, konkurriert Intel nun viel stärker, selbst in Szenarien, in denen es zuvor gescheitert ist.
Aber die gute Allround-Leistung von Intel hat ihren Preis. Während der Stromverbrauch der beiden CPUs in single-threaded Workflows ähnlich ist, beginnt der Core i9-13900K schnell mehr Watt zu verbrauchen, wenn mehr CPU-Kerne ins Spiel kommen. AMDs überlegene Energieeffizienz ist ein großer Vorteil, sowohl hinsichtlich des Energieverbrauchs als auch der Geräuschkulisse.
Natürlich geht es bei den Ryzen 7000- und 13. Generation Intel Core-Prozessoren nicht nur um die Top-Modelle. Für CAD-Benutzer mit kleinem Budget scheinen der Intel Core i5-13600K und der AMD Ryzen 5 7600X großartige CPUs zu sein. Und da der 7600X eine etwas höhere Boost-Frequenz hat, erwarten wir, dass es in single-threaded CAD-Workflows kaum einen Unterschied zwischen beiden Prozessoren gibt.
Dieser Artikel ist Teil des Workstation Special Reports von DEVELOP3D.
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