NAS CPUs

Die CPU (auch „Hauptprozessor“) ist das „Gehirn“ eines Computers. Die NAS CPU somit ein wesentlicher Bestandteil eines NAS. Während dedizierte NAS Server vor allem in den kleineren Leistungsklassen auf ARM-Prozessoren, und SoC’s („System on a Chip“) setzen, kommen bei den stärkeren Modellen x86-CPUs zum Einsatz. Auch für ein Eigenbau NAS ist die x86-CPU meist die erste Wahl.

ARM CPUs und SoCs

Warum nutzen kleinere NAS Systeme gerne ARM CPUs und SoCs? Und was sind ARM CPUs überhaupt? ARM steht für „Advanced RISC Machine“ und ist zuerst eine Architektur für einen Mikroprozessor, die ursprünglich von dem britischen Unternehmen Acorn entwickelt wurde. Das Unternehmen selbst stellte nie selbst Prozessoren her, sondern vergibt die Lizenzen für die Designs an Halbleiterhersteller. Die ARM-Architektur hat verschiedene Vorteile gegenüber x86-CPUs, wie zum Beispiel geringerer Energiebedarf bei guter Leistungsfähigkeit. Fast alle aktuellen Smartphones und Tablets setzen daher auch auf eine ARM-Architektur.

Die ARM-CPUs sind meist „zugeschnitten“ auf ihren jeweiligen Verwendungszweck – daher können sie ihre Aufgaben so effektiv erfüllen. Gleichzeitig macht sie das günstig für den Hersteller, der nicht mehr Features kaufen muss als er braucht. Der Nachteil ist der, dass ARM-CPUs meist mit ihren „LogicBoards“ verlötet sind. Man kann sie nicht so einfach austauschen oder gar selbst einsetzen. Daher kommen sie für selbstgebaute NAS-Systeme nicht infrage, sind aber eine gute Wahl für kleinere, dedizierte NAS Server.

Während die ARM-CPU „nur das Gehirn“ eines Rechners ist, benötigt ein NAS auch noch andere Prozessoren um beispielsweise SATA-, USB- oder Netzwerkports anzusprechen. In einer x86-Umgebung stecken diese Dinge in der „Northbridge“ und anderen Prozessoren (zum Beispiel auch in der GPU einer Grafikkarte). Fasst man das alles zusammen in einen einzigen Prozessor, nennt man das auch System on a Chip, kurz: SoC. Die günstigen NAS-Systeme nutzen solche SoCs und auch der Raspberry Pi und der Banana Pi sind SoCs.

Der Banana Pi - ein SoC

Der Banana Pi – ein SoC

x86 CPUs

Für stärkere dedizierte NAS Server und vor allem für ein Eigenbau NAS eignen sich vor allem x86 CPUs. Das sind grundsätzlich die gleichen CPUs, wie sie auch in Desktop-Rechnern oder Notebooks verwendet werden, nur in leicht anderen Ausprägungen. x86 CPUs sind Universal-CPUs, man kann sie also für alles mögliche einsetzen. Dadurch sind sie flexibler einsetzbar, benötigen aber auch etwas mehr Energie und sind etwas teuerer als ARM-CPUs. Ihre Flexibilität ermöglicht es erst, sie auch in selbst gebauten Systemen einzusetzen, weil die x86-CPUs meist gesockelt sind, das heißt: Sie sind nicht fest auf ein Mainboard gelötet, sondern können getauscht werden.

x86 CPUs werden vor allem von Intel gefertigt und sind dort unter den Markennamen Celeron, Pentium, Core i3/5/7 und Xeon bekannt. Daneben stellt auch die Firma AMD x86 CPUs her, hier als Sempron, Athlon, Phenom, FX und A4/6/8/10.
Persönlich bevorzuge ich seit vielen Jahren Intel CPUs, weil ich mich in dem Gebiet recht gut auskenne. Daher dominieren auf diesem Blog auch die Intel CPUs. Das bedeutet aber nicht, dass AMD-CPUs generell schlecht wären.

x86 NAS CPU in ihrem Sockel

x86 NAS CPU in ihrem Sockel

x86 NAS CPUs

Von Intel gibt es die oben genannten Prozessorfamilien Celeron, Pentium, Core i3/5/7 und Xeon. Nicht alle Prozessoren aus diesen Familien eignen sich für den Einsatz in einem NAS. Worauf kommt es in einem NAS an?

  • Hohe Energieeffizienz
  • Angemessene Leistungsaufnahme
  • Angemessene Rechenleistung
  • Unterstützung von ECC-RAM

Um die Sache noch ein wenig komplizierter zu machen, beziehen sich diese Eigenschaften nicht nur auf die jeweilige Prozessorfamilie, sondern auch auf die Prozessorgeneration. Nicht in jeder Generation ist jede Familie als NAS CPU geeignet. Die im folgenden beschriebenen Generationen und Familien eignen sich als NAS CPU nach den oben genannten Bedingungen.

Pentium G3220 NAS CPU

Pentium G3220 NAS CPU

Kaby Lake NAS CPUs (ab 2017)

Intel hatte für die Kaby Lake CPUs zuerst gemeldet, dass nur noch die Xeons ECC-Speicher unterstützen. Mittlerweile sagt Intel, auch die Pentium und Celeron-Familien können ECC. Bisher können also in der Kaby Lake Generation offiziell nur die Core i-Prozessoren nicht mit ECC umgehen. Wer darauf angewiesen ist, dass ECC funktioniert sollte tagesaktuell das Dokumentationsportal von Intel prüfen. Ich bleibe am Ball, aber wenn sich täglich an den Fakten was ändert, kann ich den Artikel nicht immer schnell genug aktualisieren.

Neben den üblichen Verbesserungen die mit jeder Intel CPU-Generation kommen, unterscheiden sich die Kaby Lake CPUs in 2 wesentlichen Dingen deutlich von ihrer Vorgänger-Generation:

  • Die Pentium-Modelle können jetzt Hyperthreading
  • Die Core i3-Familie unterstützt keinen ECC-RAM mehr

Vor allem der Pentium dieser Generation ist daher eine echt gute Wahl.

  • Intel Xeon E3-1220v6 (Datenblatt bei Intel noch nicht verfügbar)
  • Intel Celeron G3930 (Datenblatt bei Intel)
  • Intel Pentium G4560 (Datenblatt bei Intel)
    • Technische Daten

      Celeron G3930 Pentium G4560 Xeon E3-1220v6
      Taktfrequenz 2,9 Ghz 3,5 Ghz 3,0 Ghz
      Turbo n.v. n.v. ?
      Kerne 2 2 4
      Threads 2 4 4
      Cache 2 MB 3 MB 8 MB
      TDP 51 W 54 W 72 W
      Passmarks ? 5302 ?

      In dieser Generation ist der Pentium dank seinem Hyperthreading die absolute Rakete. Er ist ca. 10% langsamer als der verwandte Core i3 und schlägt den Core i3 der Vorgängergeneration! Kaby Lake Prozessoren nutzen den gleichen Sockel wie ihre Vorgänger (Skylake). Damit sind theoretisch auch keine neuen Chipsätze notwendig. Bestehende Mainboards mit C232 oder C236-Chipsätzen können weiterverwendet werden, wenn ein entsprechendes BIOS-Update existiert. Bisher sind noch keine neueren Chipsätze auf dem Markt. Bei den Consumer-Chipsätzen sieht das anders aus: Hier sollten Boards mit dem H270-Chipsatz (ohne Unterstützung von ECC-RAM) verwendet werden. Wie auch schon bei Skylake (der Vorgänger-Generation) gilt aber: Xeon CPUs funktionieren nicht auf Consumer Chipsätzen (wie dem H270)!

      Aktuelle Preise

      Skylake NAS CPUs (ab 2015)

      In der Skylake Mikroarchitektur unterstützen wie in der Haswell Architektur die Familien Celeron, Pentium, Core i3 und Xeon ECC-Speicher und sind somit für dauerlaufende NAS-Systeme geeignet. Gleichzeitig kommen diese Familien natürlich auch für gelegentliche NAS-Systeme infrage (sie müssen nicht mit ECC-RAM betrieben werden). Wie bei Haswell gilt, dass die Celeron und Xeon-Modell jeweils recht schwach, bzw. zu stark für ein privates NAS sind und damit vor allem die Pentium und Core i3-Modelle vernünftig sind. Diese sind:

      Oder etwas unvernünftiger mit weniger (Celeron) oder mehr (Xeon) Rechenleistung:

      Die Chipsätze für diese CPUs, die auf dem Sockel 1151 ECC-RAM unterstützen sind C232 und C236. Für den gelegentlichen Betrieb (ohne ECC-RAM) können Boards mit dem Consumer Chipsatz H170 verwendet werden. In diesem Fall kann allerdings kein Xeon-Prozessor eingesetzt werden, weil der Skylake Xeon zu den Consumer Chipsätzen (wie dem H170) nicht kompatibel ist. Weiterhin besitzen nur die Xeons mit einer ‚5‘ am Ende der vierstelligen Typennummer Grafikprozessoren. Wer ein Mainboard hat, das keinen eigenen Grafikprozessor hat und auch keine separate Grafikkarte nutzt benötigt also einen E3-1225, E3-1235, E3-1245, usw.

      Technische Daten

      Celeron G3900 Pentium G4500 Core i3-6100 Xeon E3-1220v5
      Taktfrequenz 2,8 Ghz 3,5 Ghz 3,7 Ghz 3,0 Ghz
      Turbo n.v. n.v. n.v. 3,6 Ghz
      Kerne 2 2 2 4
      Threads 2 2 4 4
      Cache 2 MB 3 MB 3 MB 8 MB
      TDP 51 W 51 W 51 W 80 W
      Passmarks 3641 4007 5454 7466

      In dieser Generation ist der kleinste Pentium (G4400) keine so gute Wahl, weil der Celeron, der meist billiger ist, fast die gleichen Leistungswerte (Passmarks) hat und dabei auch noch ein bisschen weniger Strom verbraucht. Daher habe ich hier das nächst größere Modell mit aufgenommen, den Pentium G4500. Der hat deutlich bessere Leistungswerte.

      Aktuelle Preise

      Haswell NAS CPUs (ab 2013)

      Die Haswell Mikroarchitektur ist mittlerweile schon etwas älter, weil sie seit 2013 auf dem Markt ist. Dennoch sind aus dieser Generation nach wie vor die Familien Celeron, Pentium, Core i3 und Xeon als NAS CPU geeignet. Diese CPUs unterstützen alle ECC-Speicher. Die Familien Celeron und Xeon würde ich für ein privates NAS nicht einsetzen, weil der Celeron zu schwach und der Xeon übermäßig stark ist. So kommen vor allem die Pentium und Core i3 Modelle infrage. Für ein NAS würde ich jeweils einen der schwächsten Vertreter seiner Familie nehmen, weil es in einem NAS meistens nicht auf hohe Rechenleistung ankommt. Somit sind die vernünftigsten NAS CPUs aus der Haswell Generation:

      Für etwas weniger (Celeron) oder mehr (Xeon) Rechenleistung sind diese Modelle interessant:

      Chipsätze, die bei diesen CPUs (auf dem Sockel 1150) ECC-RAM unterstützen, heißen C222, C224 und C226. Für den gelegentlichen Betrieb (ohne ECC-RAM) sind auch Mainboards mit H97-Chipsatz geeignet.

      Technische Daten

      Celeron G1840 Pentium G3240 Core i3-4150 Xeon E3-1220v3
      Taktfrequenz 2,8 Ghz 3,1 Ghz 3,5 Ghz 3,1 Ghz
      Turbo n.v. n.v. n.v. 3,5 Ghz
      Kerne 2 2 2 4
      Threads 2 2 4 4
      Cache 2 MB 3 MB 3 MB 8 MB
      TDP 53 W 53 W 54 W 80 W
      Passmarks 3003 3214 4899 6608

      Man kann erkennen, dass der Pentium in dieser Generation ein wenig vom größeren Cache profitiert, im Vergleich zum Celeron. Einen sehr großen Aufpreis rechtfertigt das allerdings nicht.

      Aktuelle Preise

      Stromspar CPUs (T-Modelle)

      Von vielen CPU-Modellen gibt es auch „Stromspar-Varianten“ – die sogenannten T-Modelle (z.B. Intel Core i3-6100T). Diese Modelle haben eine geringere TDP (Thermal Design Power), also einen geringeren maximalen Stromverbrauch. Das schafft Intel indem die CPUs insgesamt niedriger getaktet sind, als ihre Geschwister ohne das „T“. Die niedrigere Taktrate ist Intel meist ein Aufpreis wert. Meiner Ansicht nach lohnt sich das für ein selbst gebautes NAS allerdings nicht. Denn die Aufgaben eines NAS sind nicht CPU-lastig. Das heißt, dass es für die CPU sowieso die meiste Zeit eher gemächlich zugeht. Moderne CPUs schalten ihren Takt runter, wenn sie nichts zu tun haben – und somit sind die meisten modernen CPUs ohnehin meistens mit einem geringeren Takt als ihrem Maximaltakt unterwegs. Daher lohnt sich auch eine Stromspar-CPU nur auf dem Papier, nicht aber in der Praxis.

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Kommentare (2) Schreibe einen Kommentar

  1. Anscheinend war die fehlende ECC-Unterstützung ein Fehler. Die Intel-ARK-Seite listet jetzt wieder ECC-Support für die Kaby Lake Pentiums.

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    • Hi! Du hast recht! Intel hatte tatsächlich falsche Informationen zu ihren eigenen Produkten veröffentlicht. Ich recherchiere das nach und korrigieren den Artikel.

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