Bei der Diskussion um Server-CPUs steht häufig die Anzahl der Rechenkerne im Vordergrund. Dies ist jedoch nur ein Aspekt, der bei der Auswahl zu berücksichtigen ist.
Die Central Processing Unit (CPU) ist der Hauptprozessor von PCs und Servern und damit entscheidend für die Gesamtleistung des Systems. Bis in die 2000er Jahre definierte vor allem die Taktfrequenz die Leistungsfähigkeit einer CPU, die Entwicklung von Prozessoren mit immer höheren Taktraten stieß jedoch an technische Grenzen. Deshalb kamen ab 2006 vermehrt Dual-Core-Prozessoren auf den Markt, die bei gleicher Taktfrequenz eine deutlich höhere Rechenleistung boten. Heute dominieren Mehrkernprozessoren (Multi-Core Processor) wie die AMD EPYC 9005-Serie das Angebot, die bis zu 192 Rechenkerne bieten. Jeder Kern kann außerdem gleichzeitig zwei Rechenoperationen (Threads) verarbeiten, sodass in einer CPU bis zu 384 parallele Threads möglich sind.
Prinzipiell bieten Prozessoren mit vielen Kernen bei gleicher Taktfrequenz eine deutlich höhere Gesamtleistung als solche mit weniger Cores. Die Performance-Steigerung hat allerdings Grenzen, da Programme nie vollständig parallel ausgeführt werden können. Nach dem Amdahlschen Gesetz schränkt der serielle Anteil einer Rechenoperation den Geschwindigkeitsgewinn ein, der durch Parallelisierung (Multi-Threading) erzielt werden kann. Workloads mit einem hohen seriellen Anteil profitieren daher weniger von einer großen Zahl an Kernen als weitgehend parallelisierte Anwendungen. Ihre Leistung lässt sich eher durch höher getaktete Prozessoren verbessern. Dazu gehören beispielsweise Datenbanken und Webserver, aber auch hochperformante KI-Systeme, bei denen die Parallelverarbeitung im Wesentlichen von KI-Beschleunigern (Graphic Processor Units, GPUs) übernommen wird. AMD bietet für solche Anwendungen F-Versionen der EPYC-Prozessoren wie den AMD EPYC 9575F an, die sich durch eine höhere Taktfrequenz auszeichnen.
Die Effizienz von Multi-Core-Prozessoren hängt auch davon ab, wie gut die verwendeten Programme an das Multi-Threading angepasst sind. Wenn die Software nicht für die Ausführung auf mehreren Kernen optimiert ist, kann eine höhere Kernanzahl sogar zu Leistungseinbußen führen, da der Overhead, der durch die Kommunikation zwischen Anwendung und CPU entsteht, die Vorteile überwiegen kann. Eine enge Zusammenarbeit zwischen Hardware- und Softwareherstellern, wie sie das AMD Ökosystem bietet, ist deshalb unerlässlich, um das volle Potenzial von Multi-Core-Prozessoren auszuschöpfen.
Einfluss des Cache auf die Prozessorleistung
Der Cache ist ein schneller Speicherbereich innerhalb der CPU, der dazu dient, häufig benötigte Daten und Befehle zwischenzuspeichern, um Zugriffszeiten zu verkürzen und die Leistung zu verbessern. Je größer der Cache ist, desto höher ist die Wahrscheinlichkeit, dass die von einem Rechenvorgang benötigten Daten darin gefunden werden (Cache-Hit). Prozesse müssen dann seltener auf den langsameren Hauptspeicher (Random Access Memory, RAM) zugreifen. Das kann insbesondere bei datenintensiven Workloads wie High-Performance-Computing (HPC), KI und Datenbankanwendungen zu einer deutlichen Leistungssteigerung führen.
Während Level-1- und Level-2-Cache jeweils einem bestimmten Kern zugeordnet sind, ist der Level-3-Cache in der Regel als Shared Cache ausgelegt, auf den alle Kerne des Prozessors zugreifen können. Das ermöglicht die gemeinsame Nutzung von Daten und reduziert die Notwendigkeit, redundante Informationen in den lokalen Caches der einzelnen Kerne vorhalten zu müssen. Ein großer L3-Cache ermöglicht es dem Prozessor, mehr Daten zwischenzuspeichern, was vor allem bei komplexen Anwendungen wie Simulationen, wissenschaftlichen Analysen oder 3D-Rendering die Leistung erhöhen kann. In einem Serververbund kann der L3-Cache zur Reduzierung der Latenz und der Erhöhung des Datendurchsatzes beitragen und so die Skalierbarkeit eines Serverclusters verbessern. Serverprozessoren der AMD EPYC-Serie bieten bis zu 512 MB L3-Cache, Modelle mit 3D V-Cache sogar bis zu 1.152 MB.
Weitere wichtige Kriterien bei der Auswahl einer Server-CPU
Neben Leistungsaspekten sollten Unternehmen bei der Auswahl von Server-CPUs auch folgende Kriterien berücksichtigen:
- Energieeffizienz: Der Gesamtenergiebedarf eines Servers hängt nicht nur vom direkten Stromverbrauch ab, auch der Aufwand für die Kühlung ist zu berücksichtigen. Die thermische Verlustleistung (Thermal Design Power, TDP) einer CPU ist daher ein wichtiges Maß für die Energieeffizienz eines Servers. Ein niedrigerer TDP-Wert bedeutet in der Regel weniger Abwärme, geringere Anforderungen an die Kühlung und einen geringeren Energieverbrauch im Rechenzentrum. Durch den Umstieg auf energieeffiziente Server-CPUs wie AMD EPYC Prozessoren lassen sich bis zu 29 Prozent des jährlichen Stromverbrauchs sparen.
- Unterstützung aktueller Standards: Server-CPUs sollten moderne Standards wie DDR5 und PCIe 5.0 unterstützen. DDR5-Arbeitsspeicher bietet im Vergleich zu den Vorgängerversionen mehr Geschwindigkeit und eine größere Bandbreite. Server mit DDR5-RAM können daher Daten in kürzerer Zeit verarbeiten und größere Datenmengen bewältigen. Über PCIe 5.0 lassen sich GPUs, Speichersysteme und Netzwerkkarten mit Datenraten von bis zu 32 GT/s (= Millionen Transfers pro Sekunde) an die CPU anbinden, was zu einer höheren Leistung des Gesamtsystems beiträgt.
- Sicherheit: Anzahl und Schwere von Cyberangriffen haben in den vergangenen Jahren stark zugenommen. Allein in Deutschland entstand im Jahr 2024 durch Cyberkriminalität ein Gesamtschaden von fast 180 Milliarden Euro. Hardware-nahe Sicherheit stellt die erste Verteidigungslinie gegen Cyberangriffe dar und ist deshalb ein unverzichtbarer Bestandteil jeder Cybersecurity-Strategie. AMD integriert mit Infinity Guard grundlegende Sicherheitsfunktionen wie Secure Boot, eine sichere Speicherverschlüsselung oder den Schutz vor Angriffen auf den Programmstack in seine Prozessoren. Hardware-basierte Funktionen wie SEV (Secure Encrypted Virtualization) ermöglichen es, Programmcode in einer sicheren, verschlüsselten Umgebung (Trusted Execution Environment, TEE) auszuführen und virtuelle Maschinen (VMs) voneinander zu isolieren. So wird verhindert, dass der Hypervisor oder andere nicht autorisierte Komponenten während der Programmausführung Zugriff auf die Daten im Arbeitsspeicher erhalten.
Fazit: Die richtige CPU ist eine Frage der Anwendung
Die Auswahl der richtigen Server-CPU ist komplex und geht über die reine Betrachtung der Kernzahl hinaus. Um das passende Modell zu finden, sollten Unternehmen daher ihre Workloads und deren Anforderungen genau analysieren. Während Anwendungsbereiche wie Virtualisierung und High-Performance Computing stark von einer beschleunigten Parallelverarbeitung und damit von einer höheren Kernanzahl profitieren, sind in Umgebungen mit hohem Single-Thread-Anteil Modelle mit höheren Taktfrequenzen zu bevorzugen. Die Größe des L3-Cache spielt vor allem bei datenintensiven Applikationen eine wichtige Rolle. Nicht zuletzt sollten auch der Stromverbrauch, die Unterstützung moderner Standards, die langfristigen Betriebskosten sowie Sicherheitsaspekte in die Entscheidung einfließen. Welche CPU für den jeweiligen Zweck am besten geeignet ist, lässt sich mit dem AMD EPYC Processor Selector Tool evaluieren.