Intel Core Ultra 200S vorgestellt: Arrow Lake-S soll vor allem mit der Effizienz punkten

Mit Arrow Lake beziehungsweise der Core-Ultra-200S-Serie bringt Intel das mit Meteor Lake eingeführte, aber verhinderte desintegrierte Design nun endlich auf den Desktop. Intel will einen Schlussstrich unter die hochgezüchteten und ineffizienten Raptor-Lake-Generationen ziehen und von Neuem beginnen. Gelingen soll dies nun auch auf dem Desktop mit einem Chiplet-Design und allerlei Neuheiten in nahezu allen Bereichen eines modernen Prozessors.

Zusammen mit der Core-Ultra-200S-Serie führt Intel auch eine neue Plattform mit Sockel LGA1851 als Basis ein. Dazu gibt es heute aber bis auf ein paar Details zu den I/O- und Speicher-Funktionen noch nicht viel zu berichten bzw. dies werden wir zusammen mit den Mainboards noch einmal genauer beleuchten. Jetzt soll es um Arrow Lake-S gehen. Wir schauen uns den Aufbau und die einzelnen Funktionsblöcke an. Außerdem gab Intel noch einen Ausblick auf Arrow Lake-HX als kommende Notebook-Lösung, die über der Core-Ultra-200V-Serie alias Lunar Lake angesiedelt ist.

Im Zusammenhang mit Arrow Lake spricht Intel davon den AI-PC nun auch auf den Desktop bringen zu wollen. Unserer Meinung nach sollte man aber auf den PC mit gutem Desktop-Prozessor konzentrieren – der AI-PC kommt dann von ganz alleine, wenn der Nutzer das Verlangen danach hat.

Arrow Lake nimmt sich dabei ein paar Anleihen von Lunar Lake – nicht nur bei der Fertigung und dem Packaging – und mischt diese mit Funktionseinheiten wie einer NPU oder Grafik, die wir schon von vorherigen Generationen (vor Lunar Lake) kennen. Damit wird auch einmal mehr ersichtlich, dass es sich bei Lunar Lake um ein gesondertes Projekt gehandelt hat, welches ein ganz spezifisches Ziel hatte und für das sich Intel aus allen Bereichen bei den neuesten Entwicklungen bedient hat.

Für Arrow Lake hingegen war die Zielsetzung eine andere und entsprechend hat man sich im Baukasten auch an anderer Stelle bedient.

Alle aktiven Tiles kommen von TSMC

Vor einigen Wochen musste Intel verkünden: Arrow Lake wird nicht in Intel 20A gefertigt und damit wurde die gesamte Foundry-Strategie auf Intel 18A umgestellt, da Arrow Lake das einzige Produkt gewesen wäre, welches Intel 20A nutzt. 

Die Fortschritte bei Intel 18A seien groß genug, um diesen Schritt zu rechtfertigen und so wolle man sich stattdessen darauf konzentrieren im kommenden Jahr mit Intel 18A voll durchzustarten. Vor allem aber spart Intel damit hunderte Millionen an Kosten, wenngleich Intel 20A und 18A nah miteinander verwandt sind und es sicherlich gewisse Synergien in der Fertigung gegeben hätte. Intel 20A sollte den RibbonFET GAA-Transistor (Gate-all-Around) sowie das PowerVia BSPDN (Backside Power Delivery Network) einführen. Mit Intel 18A soll der verfeinerte Prozess mit diesen Neuerungen dann nicht nur für die eigenen Chips, sondern auch externe Partner zur Verfügung stehen.

Der aktuellen Kostendruck dürfte eine Rolle bei dieser Entscheidung gespielt haben und so oft Intel auch wiederholt, dass man technologieoffen sei und seine Produkte nicht mehr an eine eigene Fertigung binden wolle: Am Stolz der vergangenen Jahre dürfte die Entscheidung gerüttelt haben, Arrow Lake zumindest in Teilen nicht selbst fertigen zu können.

Arrow Lake gehört auf Seiten der Endkundenprodukte aber dennoch – oder vielleicht gerade wegen der Nutzung der Fertigung von TSMC – zu den technologisch interessantesten Produkten der letzten Zeit. Die Performance- und Efficiency-Kerne befinden sich im Compute-Tile, der bei TSMC in N3B gefertigt wird. Der GPU-Tile für rudimentäre Bildausgabe, aber auch Encoding- und KI-Funktionen wird in N5P gefertigt. Hinzu gesellen sich ein SoC- und ein I/O-Tile, die ebenfalls beide von TSMC gefertigt werden, allerdings in N6. Nur der Base-Tile kommt von Intel selbst und wird in 22FFL (P1227.1B) gefertigt. Ein Filler-Tile füllt die Lücke und sorgt für die notwendige mechanische Stabilität.

• Base-Tile: Intel 22FFL (P1227.1B)
• Compute-Tile: TSMC N3B
• SoC-Tile: TSMC N6
• GPU-Tile: TSMC N5P
• I/O-Tile: TSMC N6
• Filler-Tile

Für das Packaging kommt Intels Foveros Direct 3D zum Einsatz. Die erste Generation von Foveros Direct 3D wird Bump-Abstände von 9 µm ermöglichen und darüber stellt Intel die Verbindung der einzelnen Tiles her.

P- und E-Kerne ohne Hyperthreading und neue Cache-Hierarchie

Der Compute-Tile ist mit bis zu acht Performance- und sechzehn Efficiency-Kernen bestückt. Die Performance-Kerne basieren auf dem Lion-Cove-Design, wie wir es von Lunar Lake kennen. Die Karte, das Hyperthreading für die Core-Ultra-200S-Serie zu aktivieren, hat Intel allerdings nicht gezogen. Intel bleibt bei seiner Ausrichtung die P-Kerne ohne Hyperthreading effizienter gestalten zu können. Gegenüber Raptor Cove soll Lion Cove um 9 % in der IPC-Leistung zulegen.

Auch die Efficiency-Kerne auf Basis von Skymont kennen wir von Lunar Lake. Sie sind das eigentliche Highlight, denn Intel kann mit der Anzahl der E-Kerne die Multi-Threaded-Leistung steuern und Skymont bietet als Architektur ein deutliches IPC-Plus in der Integer- und Floating-Point-Leistung gegenüber Gracemont. Konkret spricht Intel hier von 32 % in der Integer- und 72 % in der Fließkomma-Leistung – jeweils Single-Threaded.

Schaut man auf die Multi-Threaded-Leistung, soll das Plus mit 32 und 55 % auf ähnlichem Niveau liegen. Bereits bei Lunar Lake scheute Intel den Vergleich zwischen den neuen E-Kernen und den bisherigen P-Kernen (Raptor Cove) nicht und sprach davon, dass Skymont in der IPC-Leistung auf Augenhöhe mit der P-Kern-Architektur läge.

Neue Cache-Hierarchie

Ein paar Unterschiede zwischen der Implementation von Lion Cove in Lunar Lake und Arrow Lake gibt es aber. Dies betrifft vor allem den L2-Cache, der bei Lunar Lake 2,5 MB umfasst und bei Arrow Lake 3 MB. Zudem gibt es einen 36 MB großen LLC (Last Level Cache, oder auch L3-Cache), den sich die Performance-Kerne und E-Kern-Cluster teilen.

Für die E-Kerne stehen 4 MB an L2-Cache für das E-Kern-Cluster aus jeweils vier Kernen zur Verfügung. Bei 16 E-Kernen sprechen wir also von 16 MB an L2-Cache für Arrow Lake. Müssen die E-Kerne bei Lunar Lake auf den Intel Smart Cache mit nur 8 MB zurückgreifen, können die E-Kerne bei Arrow Lake (genau wie auch schon ab Alder Lake) den LLC mit verwenden.

Auf untenstehendem Bild ist zu erkennen, dass sich der Aufbau des Compute-Tiles bzw. der Kerne etwas ändert. Waren die P-Kerne bisher immer zusammengefasst und über einen Ring angebunden und kamen hier die E-Kern-Cluster noch in einem gesonderten Bereich hinzu, ist der Floorplan bei Arrow Lake bzw. im Compute-Tile etwas anders aufgebaut.

Die E-Kern-Cluster sitzen nun zwischen den P-Kernen. Wie immer sieht Intel vier E-Kerne je E-Kern-Cluster vor, die sich dann jeweils auch die 4 MB an L2-Cache teilen. Die E- und P-Kerne teilen sich den gemeinsamen LLC mit bis zu 36 MB. Die Anbindung der einzelnen P-Kerne und E-Kern-Cluster erfolgt über einen Ring-Bus.

Ein Grund für die neue Anordnung der P- und E-Kerne soll die bessere Verteilung der Abwärme unter Last sein. Anstatt konzentriert in einem Bereich für die P-Kerne, die üblicherweise etwas wärmer werden als die E-Kerne, verteilt sich die Wärmeentwicklung über den gesamten Compute-Tile.

Xe+-GPU-Architektur und NPU 3

Der GPU-Tile verwendet die Xe-Architektur – also die erste Generation wie sie auch für Meteor Lake zum Einsatz kommt. Lunar Lake hingegen verwendet bereits die Xe2-Architektur.

Vier Xe-Kerne kommen für Arrow Lake zum Einsatz. Der L2-Cache hat eine Kapazität von 4 MB – genau wie bei Meteor Lake. Bei der integrierten Grafikeinheit von Arrow Lake geht es um die rudimentäre Bildausgabe und ein Decoding von Videos, alles andere soll und wird im Zweifel ohnehin über die dedizierte GPU laufen. Im Vergleich zu Raptor Lake soll die GPU in Arrow Lake aber dennoch um den Faktor zwei schneller sein.

Während Lunar Lake bereits eine NPU 4 mit einer INT8-Rechenleistung von 48 TOPS einsetzt, verwendet Intel für Arrow Lake noch die von Meteor Lake bekannte NPU 3 mit einer Rechenleistung von 13 TOPS. Damit erfüllen die Prozessoren der Core-Ultra-200S-Serie nicht die Anforderungen für den Copilot+-PC. Dies war laut Intel aber eine bewusste Entscheidung. Die GPU und CPU-Kerne steuern 8 bzw. 15 TOPS bei.

Während die GPU auf einem eigenen Tile sitzt, befindet sich die NPU im SoC-Tile, zu dem wir nun kommen.

SoC-Tile für Media und Display Engine sowie schnellen DDR5

Der SoC-Tile bildet die Schnittstelle zwischen dein einzelnen Tiles. Anders als bei Meteor Lake setzt Intel aber nicht mehr auf LP-E-Kerne im SoC-Tile. Dessen wichtigsten Komponenten sind unter anderem die Media und Display Engine. Erstgenannte bietet ein Decoding in 8K60 mit 10 Bit sowie ein Encoding in 8K120 ebenfalls mit 10 Bit. Unterstützt werden die Codecs VP9, AVC, HEVC und AV1.

Über die Display Engine erfolgt die Ausgabe auf einem oder mehreren Displays. Bis zu vier Monitore mit 4K60 können angesteuert werden. Von insgesamt vier Display Pipelines sind zwei als Low-Power-Variante auf besondere Sparsamkeit ausgelegt. An Standards für die Ausgänge unterstützt werden HDMI 2.1, eDP 1.4 und DisplayPort 2.1.

Der Speichercontroller sitzt ebenfalls im SoC-Tile und nicht, wie viele erwarten würden, im Compute-Tile. Dies dürfte Auswirkungen auf die Speicherlatenzen haben, denen Intel mit einem schnellen C2C-Interface (Chip two Chip) begegnen dürfte. Unterstützt werden UDIMMs und SODIMMs für DDR5-5600 sowie die neuen CUDIMM und CSODIMM für DDR5-6400 über zwei Speicherkanäle. Maximal möglich sind 48 GB pro DIMM und insgesamt 192 GB. Je nach Plattform wird auch ECC unterstützt.

Soweit die Vorgaben für den Speichercontroller, denn natürlich kann (zum Beispiel über das XMP-Profil) auch schnellerer UDIMM verwendet werden. Intel garantiert eben nur 5.600 MT/s für UDIMM und SODIMM sowie 6.400 MT/s für CUDIMM und CSODIMM. Werden mehr als Zwei Module pro Speicherkanal verwendet, sind nur noch DDR5-4800 bei Single-Rank und DDR5-4400 bei Dual-Rank möglich. Laut Intel liegt der Sweet-Spot für Arrow Lake bei 8.000 MT/s. Diese sollten sowohl mit UDIMMs wie auch CUDIMMs zu erreichen sein.

Eine weitere wichtige Funktion des SoC-Tile ist die Bereitstellung einer gewissen Anzahl an PCI-Express-Lanes. Zusammen mit den Lanes des I/O-Tiles stellt Arrow Lake 24 PCIe-Lanes zur Verfügung. 20 dieser Lanes stehen für PCI-Express-Erweiterungssteckplätze sowie M.2-Slots zur Verfügung. Die vier übrigen werden für die Anbindung des Chipsatzes verwendet. Wie genau sich diese zwischen dem SoC- und dem I/O-Tile aufteilen wissen wir aktuell nicht. Die Frage wurde uns bis zum Zeitpunkt der Veröffentlichung seitens Intel nicht beantwortet. Über den I/O-Tile können zudem zwei Thunderbolt-4-Schnittstellen realisiert werden.

Zu einer Plattform wird die Core-Ultra-200S-Serie aber erst mit dem neuen Z890-Chipsatz. Dieser bietet weitere PCIe-4.0-Lanes sowie 8x SATA 3.0, Wi-Fi 6E, Bluetooth 5.3 sowie insgesamt 32 USB-3.2-Ports, die sich in verschiedenen Sub-Standards wie USB 3.2 Gen 2×2 mit 20 GBit/s, 2×1 mit 10 GBit/s oder 1×1 mit 5 GBit/s umsetzen lassen. Hinzu kommen 14 USB-2.0-Ports, so dass es den Mainboards im Hinblick dessen an nichts fehlen sollte.

Über diskrete Chips lässt das Plattform-Angebot mit Wi-Fi 7, 2.5GbE und Bluetooth 5.4 erweitern.

Die CPU-Modelle und Leistungsvergleiche

Heute werden fünf verschiedenen Modelle der Core-Ultra-200S-Serie konkret vorgestellte und auch wenn dies in der Bezeichnung der Serie wenig Sinn ergibt, so wird es wieder K-Modelle geben, die mit offenem Multiplikator daherkommen und als KF-Versionen auf die integrierte Grafikeinheit verzichten.

Der Core Ultra 9 285K ist das Flaggschiff-Modell mit 8 P- und 16 E-Kernen. Der Maximale Takt wird hier mit 5,7 GHz im Thermal Velocity Boost angegeben. Wieder einmal gibt es aber auch einen Turbo Boost 3.0 sowie den Standard-Boost und Basis-Taktraten für die P- und E-Kerne. Allesamt sind diese in der Tabelle zu finden.

Als Core Ultra 7 265K und 265KF setzen diese ebenfalls auf acht P-Kerne, verzichten aber auf ein E-Kern-Cluster und bieten daher nur zwölf E-Kerne. Der maximale Takt dieses Modells liegt bei 5,5 GHz und entsprechenden Abstufungen bei den weiteren Boost-Taktraten – allerdings einem Plus beim Basis-Takt.

Abgerundet wird das Angebot vorerst vom Core Ultra 5 245K und 245KF. Bei diesen Modellen reduziert sich die Anzahl der P-Kerne auf nur noch sechs und die der E-Kerne auf acht. Auch bei diesen Modellen gehen die Boost-Taktraten noch weiter zurück – mit einem Plus für die Basis-Taktraten.

In den vergangenen Monaten sorgten zu hohe Spannungen, Power-Limits, Instabilität und letztendlich eine Degradierung für viele Negativschlagzeilen rund um die Desktop-Prozessoren von Intel. Mit Arrow Lake möchte man gegensteuern und endlich auch wieder ohne die vielbeschworene Brechstange auskommen. Dabei spielen die von Intel angesetzten Power-Limits eine wichtige Rolle. Allesamt haben die Prozessoren der Core-Ultra-200S-Serie eine Base-Power von 125 W. Für den Core Ultra 9 285K sowie den Core Ultra 7 265K und 265KF weist Intel ein PL1=PL2 von 250 W aus. Die beiden vorerst kleinsten Modelle Core Ultra 5 245K und 245KF sollen mit einem PL1=PL2 von 159 W auskommen. Die Tjmax, also maximale Temperatur, ab der eine Drosselung vorgenommen wird, wird von 100 auf 105 °C erhöht.

Fast allen Modellen gemein ist die integrierte Grafikeinheit mit vier Xe-Kernen, was natürlich nicht für die KF-Modelle gilt. Ein paar Unterschiede gibt es hier im Takt. 100 MHz mehr oder weniger dürften in der Praxis aber keine Rolle spielen. Auch die NPU ist für alle Modelle in Ausbau und Rechenleistung identisch schnell.

In der Tabelle aufgeführt sind die US-Preise ohne Steuern. Im Vergleich zur 14. Core-Generation sind diese zumindest stabil, fallen teilweise sogar um wenige Prozente niedriger aus. Zum aktuellen Zeitpunkt kennen wir die Euro-Preise noch nicht bzw. typischerweise gibt Intel solche auch nicht bekannt.

Thread Director und Overclocking

Schon mit Lunar Lake legt Intel den Thread Directer derart aus, dass eine hardwarebasierte Vorhersage für die E-Kerne erstellt wird und diese auch priorisiert werden. Je nach Workload – und vor allem in Spielen – kommen dann aber natürlich primär die P-Kerne zum Einsatz.

Um die Leistung der Arrow-Lake-Prozessoren zu optimierten, stattet Intel die P-Kerne mit einer neuen Telemetrie aus, sodass die Kerne besser ausgelastet werden können. Taktstufen von 16,66 MHz sollen dabei helfen das mögliche Optimum an Maximaltakt zu erreichen und erlauben gleichzeitig feinere Abstufungen.

An dieser Stelle rutschen wir auch schon etwas in das Themengebiet der Herstellerbenchmarks, denn laut Intel ist ein Core Ultra 285K zwar nur so schnell wie ein Core i9-14900K, er erreicht dieses Leistungsniveau aber mit einer deutlich geringeren Leistungsaufnahme. Im Schnitt spricht Intel von einer 73 W geringeren Leistungsaufnahme, je nach Spiel können es aber auch bis zu 165 W sein. Dass es aber auch das Power-Limit von 250 W in Spielen nicht benötigt, weiß auch Intel und zeigt eine gleichwertige Spielerleistung bei 250, 175 und 125 W für einige Titel.

Damit gehen auch geringere Temperaturen einher. Je nach Spiel und reduzierter Leistungsaufnahme solle die Temperaturen um 10 bis 17 °C geringer ausfallen.

Zur Spannungsversorgung erstmals wieder zum Einsatz kommt ein DLVR – also ein im Chip integrierter Spannungscontroller. Jeder CPU-Kern, egal ob P- oder E-Kern, verfügt über sein eigenes Spannungslevel. Auch mit dieser Maßnahme will Intel eine Optimierung des Taktes erreicht haben. Jeder Tile verfügt über einen eigenen Basis-Takt, die Tile-2-Tile-Interfaces sowie Fabrics können getrennt voneinander getaktet und auch übertaktet werden.

Der DLVR kann allerdings auch umgangen werden. Dann erfolgt die Spannungskontrolle über das Mainboards, was vor allem für das Overclocking wichtig sein soll. Wer seinen Core Ultra 200S out of the Box möglichst schnell und effizient betreiben möchte, bleibt wohl eher beim DLVR.

Benchmarks

Zum aktuellen Zeitpunkt haben wir natürlich nur die Benchmarks von Intel. In der Single-Threaded-Leistung soll der Core Ultra 9 285K um 9 % schneller als der Vorgänger Core i9-14900K sein und noch 4 % vor einem Ryzen 9 9950X liegen. Kommen alle Kerne zum Einsatz, soll der Vorsprung gegenüber dem Raptor-Lake-Vorgänger bei 15 % liegen, während es 13 % gegenüber dem AMD-Gegenspieler sein sollen.

In Spielen sieht sich Intel mit dem Core Ultra 9 285K  auf Augenhöhe zum Ryzen 9 9950X, wenngleich es hier einige Titel gibt, welche das Intel-Modell bevorzugen und solche, bei denen AMD deutlich vorbeizieht. Auch den Vergleich mit dem Ryzen 7 7950X3D scheut man nicht, wenngleich hier ein Ryzen 7 7800X3D die Karten noch einmal anders gemischt hätte. Da Intel aber auch Content-Creation-Benchmarks mit anführt, ist der Ryzen 9 7950X3D für Intel sicherlich der bessere Gegenspieler. An dieser Stelle muss man sich aber vor Augen führen, dass die Ryzen-9000X3D-Prozessoren noch folgen werden.

Dank der starken E-Kerne, von denen der Core Ultra 9 285K immerhin 16 besitzt, schlägt dieses Modell den Ryzen 9 9950X bei 125 W deutlich. Die “Einschränkung” auf 125 W spielt dabei aber natürlich auch eine Rolle und scheint die Intel-CPU zu favorisieren. In dieser Grafik die größten Vorteile zeigen allerdings Encoding-Benchmarks, die per QuickSync über die Media Engine laufen.

Somit haben wir einen ersten Überblick zur Core-Ultra-200S-Serie alias Arrow Lake in der Desktop-Variante bekommen. In den kommenden Tagen werden wir uns dann an die entsprechenden Tests machen, um euch zu gegebener Zeit einen Vergleich mit der aktuellen AMD-Konkurrenz sowie den vorherigen Generationen präsentieren zu können. Diese Vergleiche werden dann mit Windows 24H2 sowie den aktuellen AGESA- und Microcode-Updates stattfinden.

Die Prozessoren der Core-Ultra-200S-Serie werden ab dem 24. Oktober im Handel erhältlich sein.