Mehr GHz, mehr Leistung?

Mehr GHz, mehr Leistung?

Vor ungefähr vier Jahren schrieb ich meine Bachelorarbeit. Dabei ging es um einen Performancevergleich zwischen einer x86-64-CPU, einer CUDA-fähigen GPU und einer RISC-V-CPU anhand des Twofish-Verschlüsselungsalgorithmus.
Mit der Verfügbarkeit einer neuen x86-64-CPU und einer neuen GPU habe ich mich entschieden, den Vergleich zu wiederholen.

Der damalige Versuch fand auf einem Intel Core i7-6700K-Prozessor, einer NVIDIA GeForce GTX 970-GPU und einem Freedom E310-G002-Prozessor auf einer SiFive HiFive 1 Rev. B-Entwicklungsplatine statt.
Bei der neuen Hardware handelt es sich um einen Intel Core i7-13700KF-Prozessor und eine NVIDIA GeForce RTX 4070 Ti Super-GPU.

* Verschlüsselungen pro Sekunde
** Verschlüsselungen pro Sekunde pro Megahertz Prozessorgeschwindigkeit

Die normalisierte Verschlüsselungsleistung des Prozessors hat sich fast verdoppelt, während die GPU lediglich einen 60-prozentigen Anstieg verzeichnen kann, obwohl sie mehr als doppelt so schnell taktet.
Dabei ist zu beachten, dass die RTX 4070 zwar über sechsmal so viele Recheneinheiten wie die GTX 970 verfügt, sich ihre Speicherbandbreite allerdings nur um den Faktor 2,25 erhöht hat. Insbesondere bei großen Speicheroperationen oder relativ kurzen Berechnungen kann ein Entwickler also Hardwarepotenzial verschenken.

Die x86-64-CPU hat sich deutlich weiterentwickelt und liefert trotz geringerer Taktung fast das doppelte an Leistung. Zusätzlich kann auch das 'F' in der Modellbezeichnung einen geringen Einfluss auf das Ergebnis gehabt haben, denn es indiziert, dass der Prozessor über keine integrierte Grafikkarte verfügt.
Insgesamt zeigt sich an diesen beiden Fällen: GHz sind nicht alles.

Der RISC-V-Prozessor schneidet deutlich am schlechtesten ab, dabei handelt es sich allerdings auch um einen Mikroprozessor, es handelt sich also nicht um einen fairen Vergleich. Er wurde damals als kostengünstige Option gewählt, um RISC-V-Daten in die Bachelorarbeit einfließen zu lassen.
Innerhalb der letzten Jahre hat sich RISC-V zwar weiterentwickelt, hängt aber immer noch hinter den etablierten Architekturen her. Der leistungsstarke Sophgo SG2042 liefert zwar bei rechenintensiven Aufgaben vergleichbare Leistungen, nicht aber bei speicherintensiven Aufgaben, da auch hier die Speicherbandbreite zu gering ist.

Trotzdem etabliert sich RISC-V weiter, so hat beispielsweise SiFive im April 2026 in ihrem Blog bekannt gegeben, 400 Millionen US-Dollar an Investitionen gesichert zu haben. Weiterhin plant SiFive, in Richtung Infrastruktur für KI und Rechenzentren zu expandieren.
Aktuell findet sich RISC-V hauptsächlich in IoT-Geräten. So wurden 2022 10 Milliarden RISC-V-Prozessorkerne, größtenteils für IoT-Geräte, ausgeliefert. Projektionen gehen davon aus, dass bis 2030 jährlich 17 Milliarden Chips erwartet werden.
Während RISC-V dem durchschnittlichen Verbraucher zwar eher unbekannt ist, spielt es doch eine wachsende Rolle auf dem Prozessormarkt und findet sich zwar eher selten in PCs oder Laptops, aber immer häufiger auch in Verbraucherelektronik wie Werkzeug und Kühlschränken.
Abschließend darf man nicht vergessen, dass auch weit verbreitete Architekturen wie x86 mehr als ein paar Jahre gebraucht haben, um sich zu etablieren.

Es zeigt sich, dass Technologie sich weiterentwickelt. Und das nicht unbedingt gleichmäßig. So ist die Prozessorleistung bei Grafikkarten schneller gewachsen als die Speicherbandbreite. Derweil breitet sich RISC-V im Hintergrund aus.