Mikrocode im Prozessor: Funktionen, Updates und Bedeutung

Mikrocode des Prozessors ist eine Sammlung von niedrigstufigen Steuerbefehlen, die der CPU helfen, bestimmte Operationen auszuführen. Dank Mikrocode-Updates können Hersteller wie Intel und AMD Fehler und Schwachstellen bereits ausgelieferter Prozessoren beheben, ohne deren physische Bauweise zu verändern.

Der Mikrocode ersetzt keine normalen Programme und macht aus einem alten Prozessor kein neues Modell. Vielmehr werden einzelne Funktionsmechanismen des Chips korrigiert. Die Aktualisierungen gelangen über das BIOS/UEFI oder das Betriebssystem auf den Prozessor.

Was ist Mikrocode beim Prozessor?

Mikrocode ist der interne Steuermechanismus eines Prozessors, der eingesetzt wird, um bestimmte Maschinenbefehle und Operationen umzusetzen. Er legt die Abfolge von niedrigstufigen Aktionen fest, die für die Ausführung nötig sind.

Ein moderner CPU besteht aus zahlreichen Hardwareblöcken: Rechenwerken, Registern, Caches und Steuerlogik. Manche Befehle werden direkt von der Hardware ausgeführt, komplexere Operationen hingegen über den Mikrocode.

Im Gegensatz zu normaler Software läuft der Mikrocode innerhalb des Prozessors und ist für Anwendungen nicht direkt zugänglich. Nutzer können ihn nicht beliebig ändern oder wie ein eigenständiges Programm starten.

Wichtig ist die Unterscheidung zwischen Mikrocode und BIOS/UEFI. Das BIOS/UEFI ist die Firmware des Mainboards, die für die Grundkonfiguration und den Systemstart zuständig ist. Es kann ein Mikrocode-Update enthalten, das beim Einschalten des Rechners in die CPU geladen wird.

Der Mikrocode ist also ein Teil der internen Steuerlogik des Prozessors, während BIOS/UEFI lediglich einen Verteilungsweg für Updates darstellt.

Wie funktioniert Mikrocode im Prozessor?

Wenn ein Programm einen Befehl ausführt, erhält der Prozessor die Maschinenanweisung, dekodiert sie und leitet sie an interne Blöcke weiter. Einfache Befehle werden unmittelbar von der Hardware ausgeführt, komplexere Abläufe hingegen unter Nutzung des Mikrocodes.

In modernen x86-Prozessoren hilft Mikrocode, bestimmte komplexe Befehle in Abfolgen von sogenannten Mikro-Operationen umzuwandeln, die dann von den Recheneinheiten des Prozessors ausgeführt werden.

Ein einzelner Maschinenbefehl kann mehrere Aktionen erfordern: Daten aus dem Speicher lesen, Berechnungen durchführen und Ergebnisse abspeichern. Der Mikrocode steuert diese Abläufe, sofern es die Architektur vorsieht.

Wie wird Mikrocode geladen?

Die Grundversion des Mikrocodes ist bereits ab Werk im Prozessor eingebettet. Einige CPUs unterstützen jedoch das Nachladen von Korrekturen, die das Verhalten bestimmter interner Mechanismen verändern können.

1. Nach dem Einschalten arbeitet der Prozessor mit dem eingebauten Mikrocode.
2. Das BIOS/UEFI erkennt Modell und Revision des Prozessors.
3. Ist ein passendes Update vorhanden, wird es in die CPU geladen.
4. Die CPU übernimmt die Korrekturen und arbeitet weiter.

Auch das Betriebssystem kann Mikrocode-Updates einspielen, sofern die CPU und das System dies unterstützen.

Wichtig: Mikrocode-Updates werden meist im flüchtigen Speicher des Prozessors abgelegt und gehen nach dem Ausschalten verloren. Sie müssen daher bei jedem Start neu geladen werden.

Der Mikrocode kann die physische Bauweise des Chips nicht verändern - er fügt keine Rechenkerne hinzu und vergrößert nicht den Cache. Seine Möglichkeiten sind auf die vom Hersteller vorgesehenen Mechanismen beschränkt.

Mehr über die Ausführung von Befehlen und Leistungsfaktoren eines Prozessors erfahren Sie im Artikel Warum Gigahertz kein Maßstab mehr ist: So bestimmt sich echte Prozessorleistung heute.

Welche Probleme beheben Mikrocode-Updates?

Mikrocode-Updates ermöglichen es Intel und AMD, einzelne Fehler im Prozessor zu korrigieren, die erst nach der Markteinführung entdeckt wurden. Solche Korrekturen verbessern die Systemstabilität, schließen Sicherheitslücken oder passen das Verhalten interner Mechanismen an.

• Rechenfehler: Beseitigung fehlerhafter Ausführung bestimmter Befehle und seltener Hardware-Aussetzer.
• Systeminstabilität: Behebung von Abstürzen, Systemhänger oder unerwarteten Neustarts.
• Sicherheitslücken: Anpassung des Prozessors, um das Risiko von Angriffen auf die Mikroarchitektur zu senken.
• Steuerungsfehler: Optimierung von Algorithmen für Energieverbrauch, Spannung und Betriebsmodi.

Beispiele für Updates von Intel und AMD

Ein bekanntes Beispiel sind Stabilitätsprobleme bei Intel Core-Prozessoren der 13. und 14. Generation. 2024 veröffentlichte Intel Mikrocode-Updates, die fehlerhafte Anfragen nach erhöhter Spannung begrenzen sollten - ein Faktor, der zur Degradation des Prozessors beitragen konnte.

Intel empfiehlt Nutzern betroffener Modelle, das aktuelle BIOS mit Mikrocode-Version 0x12F oder neuer zu installieren. Bereits entstandene physische Schäden am Chip können durch das Update jedoch nicht rückgängig gemacht werden.

Auch bei AMD-Prozessoren wird Mikrocode genutzt, um Sicherheitslücken zu schließen. So adressierten Updates für den Zenbleed-Bug bei Zen-2-Prozessoren das Risiko von Datenlecks durch Besonderheiten bei der Befehlsausführung.

Kann ein Mikrocode-Update die Leistung verringern?

Ja, einige Mikrocode-Updates können die Prozessorleistung beeinflussen - insbesondere solche, die Sicherheitslücken im Bereich spekulativer Befehlsausführung oder anderer Performance-Technologien schließen.

Das Ausmaß des Leistungsverlusts hängt vom jeweiligen Update und Anwendungsszenario ab. In Alltagsprogrammen bleibt der Unterschied meist unbemerkt, während bestimmte Server-Workloads spürbarer betroffen sein können.

Viele Updates wirken sich jedoch kaum auf die Geschwindigkeit aus. Die Behebung von Instabilitäten kann die Zuverlässigkeit des Systems sogar erhöhen.

Wie kann man den Mikrocode des Prozessors aktualisieren?

Ein Mikrocode-Update erfordert meist keine gesonderte Installation. Hersteller liefern die Korrekturen über BIOS/UEFI-Updates für das Mainboard oder über Aktualisierungen des Betriebssystems aus.

Update über BIOS/UEFI

Dies ist der gängigste Weg. Mainboard-Hersteller integrieren die Korrekturen in eine neue BIOS-Version, welche beim Computerstart in den Prozessor geladen wird.

1. Ermitteln Sie das genaue Mainboard-Modell.
2. Besuchen Sie die offizielle Website des Herstellers.
3. Suchen Sie im Downloadbereich nach dem BIOS.
4. Prüfen Sie im Changelog, ob Mikrocode- oder CPU-Stabilitätsupdates enthalten sind.
5. Installieren Sie das Update gemäß Herstelleranleitung.

Wichtig: Aktualisieren Sie das BIOS nur für das eigene Mainboard-Modell und dessen Revision. Der Flash-Vorgang sollte keinesfalls unterbrochen werden; achten Sie möglichst auf eine stabile Stromversorgung.

Ausführliche Informationen zu den Unterschieden zwischen BIOS und UEFI und zum Bootvorgang finden Sie im Artikel UEFI vs. BIOS: Unterschiede und Funktionen beim modernen PC-Start.

Update unter Windows und Linux

Unter Windows werden Mikrocode-Updates oft über Windows Update verteilt. Für unterstützte Prozessoren stellt Microsoft spezielle Pakete bereit, sodass kein BIOS-Flash notwendig ist.

Auf Linux-Systemen liefern die Pakete intel-microcode und amd64-microcode die Updates aus; bei korrekt konfigurierten Systemen werden sie beim Systemstart geladen.

Beide Wege aktualisieren den Mikrocode, ohne dass der Prozessor physisch verändert wird.

Muss man den Mikrocode manuell aktualisieren?

Für die meisten Nutzer genügt es, das BIOS/UEFI und das Betriebssystem aktuell zu halten. Ein manuelles Mikrocode-Update ist normalerweise nicht notwendig.

Allerdings enthält nicht jedes BIOS-Update auch neuen Mikrocode, und Betriebssystem-Updates ersetzen nicht immer ein BIOS-Update. Bei schwerwiegenden Sicherheitslücken oder Stabilitätsproblemen empfiehlt sich ein Blick in die Hinweise des Prozessorherstellers.

Wie kann man die Mikrocode-Version prüfen und ob ein Update nötig ist?

Die Mikrocode-Version zeigt, welche Korrekturen auf den Prozessor angewendet wurden. Sie kann mit Betriebssystem-Tools oder speziellen Programmen ausgelesen werden.

Mikrocode-Version auslesen

Unter Windows bietet sich das Tool HWiNFO an. Es zeigt die technischen CPU-Daten inklusive Identifikator und Mikrocode-Version an, sofern diese verfügbar sind.

Unter Linux kann das Terminal-Kommando grep microcode /proc/cpuinfo genutzt werden. Es gibt den Mikrocode-Wert für die logischen Prozessoren aus. Nach einem erfolgreichen Update sollte die aktuelle Version angezeigt werden.

Ob die Version aktuell ist, lässt sich nur durch Vergleich mit den Herstellerangaben für Prozessor oder Mainboard feststellen. Wichtig dabei: Die exakte CPU-Modellnummer und Revision beachten, da identische Versionsnummern auf unterschiedlichen CPUs nicht zwangsläufig dieselben Korrekturen bedeuten.

Wann ist ein Update notwendig?

• Der Hersteller meldet eine kritische Sicherheitslücke für den Prozessor.
• Der Computer zeigt Hänger oder Instabilitäten, für die ein Fix bereitsteht.
• Im Changelog einer neuen BIOS-Version wird ein CPU-spezifisches Bugfix genannt.
• Der Hersteller empfiehlt ein Update für das installierte Prozessormodell.

Wenn das System stabil läuft und keine kritischen Fehler für das eigene Modell bekannt sind, ist ein sofortiges Update meist nicht erforderlich. Regelmäßige Sicherheitsupdates bleiben aber empfehlenswert.

Die reine Versionsnummer ist kein alleiniges Kriterium. Wichtiger ist, welche Fehler ein Update behebt, ob es zum eigenen Prozessor passt und vom Hersteller empfohlen wird.

Fazit

Mikrocode ermöglicht es Intel und AMD, Fehler und Schwachstellen im Prozessor zu beheben, ohne den Chip austauschen zu müssen. So können auch ältere CPUs Sicherheits- und Stabilitätsupdates erhalten.

Für die meisten Nutzer reicht es, BIOS/UEFI und Betriebssystem aktuell zu halten. Besonderes Augenmerk sollte auf Korrekturen für kritische Sicherheitslücken und Stabilitätsprobleme gelegt werden, die das eigene Prozessormodell betreffen.

Physische Schäden oder Hardware-Defizite des Prozessors kann der Mikrocode jedoch nicht beheben. Seine Möglichkeiten sind durch die vom Hersteller implementierten Mechanismen begrenzt.