Preview : Intel Core i7-3960X (Sandy Bridge-E) et X79

Introduction

L’architecture Sandy Bridge a beaucoup d’arguments pour elle. On retient notamment une hausse significative des performances monothread (IPC) quelle que soit la fréquence, la supériorité de Quick Sync sur l’accélération GPU chez NVIDIA/AMD en matière de transcodage ou encore un processus de fabrication 32 nm suffisamment mature pour permettre d’approcher 5 GHz avec un simple dissipateur sur les processeurs série K.

La combinaison de toutes ces qualités a fait rentrer la vieille interface LGA 1366 dans le rang, bien que celle-ci figure encore comme le haut de gamme d’Intel dans les faits. Le récent Core i7-990X à six cœurs a beau gagner 130 MHz par rapport à son prédécesseur et constituer la vitrine technologique du géant de Santa Clara, il n’est pas capable de régulièrement dominer le Core i7 2600K. Ce dernier comme le Core i5 2500K sont à même de satisfaire l’immense majorité d’entre nous, a fortiori quand on compare leur rapport performances/prix à celui du Core i7-990X.

L’architecture Gulftown a donc pour seul argument un nombre de cores plus élevés, ce qui lui permet de faire la différence lorsqu’il s’agit de programmes pour stations de travail/serveurs gérant le multithread. Les 36 lignes PCI Express 2.0 du chipset X58 ne constituent pas un avantage décisif par rapport aux 16 lignes de Sandy Bridge, vu que la perte de performance d’un SLI/CrossFire en 8x/8x est minime par rapport à du 16x/16x avec les jeux actuels.

Dans ce contexte, Sandy Bridge-E est appelé à remplacer Gulftown tout en profitant des avancées technologiques propres à Sandy Bridge.

Plus encore que son rôle dans les configurations de particuliers, c’est surtout l’avenir de Sandy Bridge-E du côté des serveurs qui est intéressant : en effet, la famille des Xeon E5 s’appuiera sur cette architecture en 2012 pour des configurations à 1, 2 et 4 processeurs. A ce stade, ce sont les particuliers qui sont visés avec trois modèles prévus au lancement : Core i7-3960X, Core i7-3930K et Core i7-3820.

La dénomination de ces trois nouveaux processeurs peut prêter à confusion : alors que tous les diaporamas d’Intel que nous ayons vu jusqu’ici présentent les Sandy-Bridge E comme étant des Core i7 deuxième génération, le « 3 » dans la référence des processeurs laisse penser qu’il s’agit de la troisième itération de l’architecture core.

Le suffixe nous est en revanche bien plus familier : « X » reste l’apanage des vitrines technologiques, « K » dénote les processeurs à coefficient multiplicateur débloqué tandis que l’absence pure et simple de dernière lettre suggère au premier abord que le Core i7-3820 s’apparente aux Core i7-2600 et i5-2500 dont la capacité d’overclocking est limitée à quelques paliers de 100 MHz en mode Turbo Boost.

Sandy Bridge-E : le meilleur des deux mondes ?

Beaucoup d’informations contradictoires sur Sandy Bridge-E ont circulé sur Internet à cause d’Intel, aussi bien au niveau des CPU que du chipset. Les processeurs étaient par exemple sensés gérer le PCI Express 3.0, tandis que les cartes mères devaient proposer 14 ports SATA dont 10 en SATA 6 Gb/s, qui plus est compatibles avec les disques durs SAS. Il était même question d’un lien 4x entre CPU et PCH pour optimiser les performances des périphériques de stockage.

A ce jour, il semblerait que le contrôleur PCI Express des Sandy Bridge-E soit bel et bien capable d’offrir une connexion 8 GT/s (PCI Express 3.0) mais Intel n’aurait pas encore effectué les démarches nécessaires pour la certification. Reste donc à voir ce que les fabricants de cartes mères afficheront mais a priori, ils s’en tiendront au PCIe 2.0. La seconde vague de Sandy Bridge-E qui sortira l’année prochaine devrait par contre être officiellement compatible PCI Express 3.0.

Les trois processeurs prévus au lancement ont tous un TDP annoncé à 130 Watts, limite haute que l’on retrouve chez Intel depuis le Pentium D.

Le Core i7-3960X qui représentera le (très) haut de gamme devrait fonctionner à 3,3 GHz sachant que le Turbo Boost permettra d’atteindre 3,9 GHz avec un ou deux cores actifs. Grâce à ses six cores physiques ainsi que le support de l’Hyper Threading, il pourra gérer un maximum de 12 threads en simultané. De son côté, le Core i7-3930K affiche 3,2 GHz avec un Turbo Boost à 3,8 GHz tandis que le Core i7-3820 est sensé évoluer à 3,6 GHz par défaut et 3,9 GHz grâce au Turbo Boost, sachant qu’il ne gère que 4 cores/8 threads.

Chaque core de Sandy Bridge-E emploie 32 Ko de cache niveau L1 pour les données/instructions et 256 Ko de cache niveau L2 comme c’était déjà le cas sur Sandy Bridge. La nouvelle architecture se distingue avec le cache L3 puisque l’on est à 2,5 Mo par core, ce qui permet d’atteindre respectivement 12 et 10 Mo au total pour les 3930K et 3820.

Le contrôleur mémoire triple canal de Nehalem cède sa place à un contrôleur quadruple canal capable de gérer la DDR3-1600, ce qui se traduit par une augmentation massive de la bande passante théorique : 51,2 Go/s contre 25,6 Go/s. Ceci dit il ne faut pas s’attendre à voir une telle augmentation en pratique, a fortiori sur une configuration personnelle. On se rappellera ainsi que l’architecture Nehalem ne souffre pas d’un manque de bande passante sur le chipset X58, de même que Sandy Bridge surpasse nettement Bloomfield avec un simple contrôleur mémoire bi-canal DDR3-1333. Reste que l’augmentation de la bande passante s’observe bien pour chaque barrette rajoutée :

A défaut de connaitre le nombre exact de transistors ou encore la superficie du die, il est déjà clair que Sandy Bridge-E s’appuie sur un processus de gravure 32 nm et n’embarque pas de contrôleur graphique. Ceci se traduit notamment par la disparition de Quick Sync, fonctionnalité que nous apprécions beaucoup sur Sandy Bridge.

Sandy Bridge-E a l’avantage de gérer l’AVX que l’on peut qualifier de grande amélioration par rapport au chiffrage AES-NI (on y reviendra au cours des benchmarks)

A fréquence égale (3,4 GHz sans Turbo Boost), le Core i7-3960X s’avère être légèrement moins performant que le Core i7-2600K. Fort heureusement pour lui, le plus cher des Sandy Bridge-E peut grimper à 3,9 GHz grâce au Turbo Boost de manière à au moins d’égaler le Core i7-2600K dans les programmes monothread vu que ce dernier plafonne à 3,8 GHz.

Nouveau chipset, nouveau socket

Pour mémoire, Sandy Bridge-E est compatible avec le socket LGA 2011. C’est donc le quatrième socket qu’Intel lance en trois ans après le LGA 1366 (Bloomfield et Gulftown), le LGA 1156 (Lynnfield et Clarkdale) et enfin le LGA 1155 (Sandy Bridge).

Cette multiplication des sockets semble complexe au premier abord, mais la stratégie du géant de Santa Clara est en fait assez claire : Intel souhaite répondre aux besoins du grand public d’une part et ceux des utilisateurs de serveurs et stations de travail à un ou deux processeurs d’autre part. Le LGA 2011 permet aux particuliers d’apprécier une partie des fonctionnalités haut de gamme des serveurs, ce qu’Intel arrive à faire avec des Xeon renommés pour simplifier les choses.

A l’opposé, AMD s’emploie à distinguer autant que possible les plateformes pour particuliers de celles destinées aux serveurs/stations de travail, d’où le fait que le passage du socket AM2 vers l’AM2+ puis AM3 et maintenant AM3+ semble constituer une évolution plus lente. Rétrospectivement, AMD a su proposer une meilleure compatibilité entre ses plateformes successives même s’il faut tout de même changer de carte mère pour pouvoir tirer le plein potentiel d’une nouvelle interface.

Pourquoi ce nouveau socket ?

Quand on a acheté une configuration LGA 1366, on n’est généralement pas passé au LGA 1156. On a peut-être même résisté aux charmes de Sandy Bridge sachant que Sandy Bridge-E était prévu la même année. Dans cette perspective,  la période de trois ans qui s’est écoulée entre la sortie du LGA 1366 et celle du LGA 2011 nous semble donc assez raisonnable.

Le trio Nehalem, X58 et ICH10 laisse ainsi sa place au couple X79 et Sandy Bridge-E vu que le northbridge est intégré au processeur fonctionnellement parlant. Outre le contrôleur mémoire quad channel, on note les 40 lignes PCI Express qui vont contribuer à une consommation élevée.

Les fonctionnalités du X79 ont donc diminué au fil du temps. Plutôt qu’un lien sur 4 lignes PCIe entre le CPU et la partie stockage, on verra plus probablement un PCH (Platform Controller Hub) similaire à celui des chipsets P67 et Z68 : 6 ports SATA dont 2 à 6 Gbit/s, pas de gestion du SAS en natif. Intel a également précisé que le lien PCIe 4x ascendant entre Patsburg et Sandy Bridge-E ne sera pas de la partie au lancement de la plateforme : à court terme, Il faudra donc se contenter d’un simple lien DMI à 4 lignes entre le X79 et Sandy Bridge-E.

Patsburg ne gère pas l’USB 3.0 et globalement, ce diagramme permet de constater que la partie stockage du X79 a vraiment un air grand public à présent. Les fabricants de cartes mères sont donc contraints d’implémenter des contrôleurs additionnels de manière à rendre leurs nouveaux produits attractifs par rapport aux modèles Z68 haut de gamme, ce qui va se répercuter sur les 8 lignes PCI Express 2.0 du PCH.

En bref, le X79 ressemble beaucoup au P67. C’est donc du côté des processeurs que la nouvelle plateforme offre des fonctionnalités différentes.

Overclocking

Autant la partie stockage du couple Sandy Bridge-E/X79 déçoit, autant l’on peut s’attendre à un overclocking bien plus souple qu’avec Sandy Bridge.

Deux des trois processeurs prévus au lancement auront un coefficient multiplicateur débloqué, lequel devrait monter jusqu’à 57 comme c’est le cas des Sandy Bridge série K. Le Core i7-3820 devra lui se contenter de quelques paliers supplémentaires au niveau du Turbo Boost mais il ne faut pas le comparer trop vite aux Core i5-2500 et Core i7-2600 pour autant.

En effet, les chipsets P67 et Z68 emploient des générateurs de fréquence internes alors que le BLCK du X79 dépend d’une puce tampon CK505 dédiée.

Vu que l’augmentation du BLCK sur Sandy Bridge se répercute directement sur les autres bus, il n’est pas question d’aller au-delà de 9 ou 10 Mhz supplémentaires par rapport à la fréquence d’origine sans s’exposer à de sérieux problèmes à court terme. Intel a décidé d’intégrer le générateur de fréquence pour réduire la consommation et les coûts (notamment des quartz 14 et 25 MHz) : le manque de flexibilité au niveau de l’overclocking est donc a priori un dommage collatéral et non pas une poussée de sadisme chez le géant de Santa Clara.

Sandy Bridge E devrait donc éviter cette limitation grâce à la puce tampon qui est sensée appliquer un ratio (sur trois possibles) au BLCK. Ceci n’influera pas sur le bus PCI Express ou le DMI et permettra donc une plus grande liberté côté overclocking. Nous insistons sur le verbe « devrait » parce que nous n’avons pas eu de résultats satisfaisants au labo : quels que soient les réglages, la configuration n’arrivait même pas au stade du POST dès lors que l’on augmentait le BLCK tout en baissant le coefficient multiplicateur de notre 3960X.

On pourrait considérer que tout cela est sans importance : nous serons a priori assez peu nombreux à nous battre avec un quad core 3820 partiellement débloqué sur une carte mère X79 à prix d’or, sachant que l’on trouve maintenant un Core i7-2600K (4 cores, 8 threads et coefficient débloqué) pour 265 euros en moyenne. Les 2 Mo de cache L3 supplémentaires, le contrôleur mémoire quad channel et le nombre de lignes PCI Express ne susciteront probablement pas d’envies irrépressibles. Ce sont les deux hexacores à coefficient libre qui nous semblent  vraiment intéressants et plus particulièrement le Core i7-3930K, parce qu’annoncé à 583 $ contre les 999 $ du Core i7-3960X.

Configuration du test

Notre Core i7-3960X en stepping C0 est complètement opérationnel, mais c’est en stepping C1 (sensé offrir un meilleur potentiel d’overclocking) qu’il est actuellement livré aux partenaires. Cet article est donc un aperçu des performances de Sandy Bridge-E et non pas un test réalisé à partir d’une version commerciale.

Nous n’avons pas vraiment tenté d’overclocker faute d’avoir un dissipateur LGA 2011 digne de ce nom. A fréquence d’origine le Core i7-3960X est déjà un processeur qui chauffe considérablement, au point que nous n’avons pas pu terminer les tests sous 3DS Max 2010. Plusieurs sources de confiance estiment toutefois que le BLCK pourra être poussé au-delà de 155 MHz, ce qui serait particulièrement utile pour les processeurs à coefficient bloqué.

PCMark 7

Futuremark ne précise pas dans quelle mesure PCMark 7 est optimisé multithread mais vu que le Core i7-2600K surpasse le Core i7-3960X et le Core i7-990X dans tous les tests à une exception près, on peut en conclure que le programme ne gère pas plus de 4 cores.

L’exception est le test « computation » qui comporte du transcodage vidéo (réduction de la résolution et haute qualité) ainsi que de la retouche d’image. Sandy Bridge-E domine alors respectivement Sandy Bridge et Gulftown d’environ 7 % et 13 %.

3DMark 11

Ces trois tests étant sensés isoler les performances de la partie graphique, les quatre processeurs sont aux coudes à coudes.

A contrario, les calculs physiques sollicitent le processeur et l’on voit donc les écarts se creuser. L’association du meilleur de Sandy Bridge et Gulftown permet au Core i7-3960x de significativement dominer les débats, mais reste à voir si les écarts seront aussi importants avec des benchmarks pratiques.

Sandra 2011

Sans surprise, on retrouve les deux hexacores d’Intel en tête mais ce sont surtout les progrès architecturaux entre Gulftown et Sandy Bridge-E qui impressionnent ici.

Le test multimédia est moins parlant même si Sandy Bridge-E continue de surpasser Gulftown.

A la sortie de Sandy Bridge, la progression des performances cryptographiques due à l’implémentation de l’AES-NI nous avait déjà impressionnés. Sandy Bridge-E établit tout simplement de nouveaux records : le Core i7-3960X a certes deux fois plus de cores que le Core i7-2600K, mais la bande passante lors du hachage en AES256 est plus que doublée.

Comme l’on pouvait s’y attendre, la bande passante mémoire décolle elle aussi.

Le Core i7-990X semble sous-performant du fait que son contrôleur mémoire triple canal est officiellement limité à la DDR3-1066, ce qui se traduit par un débit maximum de 25,6 Go/s. Le Core i7-2600K peut afficher jusqu’à 21,3 Go/s grâce à la compatibilité DDR3-1333 de son contrôleur dual channel et enfin, notre kit de 32 Go fonctionne parfaitement en DDR3-1600 (limite officielle) avec le Core i7-3960X soit 51,2 Go/s maximum.

Naturellement, aucune des plateformes n’atteint ici ses limites théoriques. L’incroyable bande passante mémoire de Sandy Bridge-E sera surtout exploitée dans des environnements professionnels où les configurations multiprocesseurs Xeon E5 commenceront à débarquer début 2012.

Création de contenus

Ce test sous Photoshop qui consiste à appliquer plusieurs filtres est multithread, d’où la supériorité des deux hexacores.

En principe, on devrait avoir ici un test type station de travail qui met en évidence les avantages architecturaux des processeurs mais Adobe se consacre surtout à l’accélération GPU de son Mercury Playback Engine sur les GeForce.

Il en résulte qu’avec une GTX 580, le benchmark ne dure que 38 secondes contre 15 minutes avec un Core i7-990X seul. Les processeurs influent quand même très légèrement sur les résultats, la hiérarchie étant conforme à celle que l’on attendait.

Le tir groupé d’Intel contraste avec les performances d’un Phenom II X6 nettement en retrait.

Blender semble privilégier les architectures à partir de 4 threads, d’où le fait que l’on retrouve le Core i7-3960X suivi du Core i7-2600K aux deux premières places.

Au-delà du classement CPU sans surprise, on remarque que Sandy Bridge-E comme Sandy Bridge permettent de très bonnes performances en rendu OpenGL par rapport à Gulftown.

Bureautique

Aussi surprenant que cela puisse paraitre, la reconnaissance de caractères sous ABBYY fait feu de tout bois : le programme apprécie non seulement les changements architecturaux de Sandy Bridge-E, mais aussi les hexacores.

On sait déjà que Lame est monothread, ce qui rend le classement intéressant compte tenu des fréquences d’origine des processeurs : le Core i7-3960X souffle ici la première place au Core i7-2600K grâce à une fréquence Turbo Boost plus élevée (3,9 contre 3,8 GHz).

WinZip est également monothread mais cette fois, le Turbo Boost ne permet pas au Core i7-3960X de surpasser le Core i7-2600K.

A contrario, le Core i7-3960X reprend la première place avec un programme d’archivage threadé comme WinRAR ou 7-Zip.

Transcodage Audio/Vidéo

iTunes permet de constater pour la troisième fois que le Core i7-3960X et le Core i7-2600K se tiennent dans un mouchoir de poche avec des programmes monothread.

MainConcept comme HandBrake étant capables de gérer 6 cores en plus d’apprécier les avancées architecturales, le Core i7-3960X domine logiquement les débats.

Metro 2033

Sans surprise, ce n’est pas avec une seule GTX 580 que l’on voit vraiment les processeurs influer sur les performances. Le test aurait été plus parlant avec une configuration multi-GPU qui aurait permis d’évaluer l’utilité des 40 lignes PCI Express de Sandy Bridge-E mais malheureusement, les pilotes de notre carte mère étaient encore trop jeunes pour gérer plus d’une carte graphique.

F1 2010

Le Phenom II X6 constitue la seule attraction ici, toujours en difficulté avec ce simulateur comme on a pu le voir par le passé.

Aliens Vs. Predator

Là encore il faudra passer à des configurations multi-GPU haut de gamme pour mieux évaluer l’utilité de Sandy Bridge-E dans le domaine des jeux.

Conclusion

Bien que nous n’ayons pas encore d’illustration du die ou encore de diagramme en blocs pour Sandy Bridge-E, on perçoit clairement l’héritage architectural de Sandy Bridge, une structure de cache à plus grande échelle ainsi que le même nombre de cores que Gulftown.

Vu la cible de cette architecture, Intel a déporté le contrôleur PCI Express du chipset vers le die de Sandy Bridge-E et surtout ajouté un contrôleur mémoire 64 bits quad channel, officiellement capable de gérer la DDR3-1600. Il en résulte une plateforme simplifiée par rapport au X58, mieux adaptée pour gérer les programmes gourmands en bande passante mémoire que l’on voit sur les serveurs. En revanche, les programmes courants sur nos machines n’en bénéficient que très peu voir pas du tout.

L’augmentation des performances entre Sandy Bridge-E et Gulftown se ressent aussi bien sur les programmes monothread que multithread, sachant qu’elle peut atteindre jusqu’à 30 % avec Blender. Quand on gagne sa vie avec sa propre configuration et que l’achat d’un processeur hexacore à 999 euros se traduit par des gains de productivité tangibles, le Core i7-3960X semble être un investissement justifié grâce à son héritage Sandy Bridge. A l’échelle du très haut de gamme, le Core i7-3930K s’annonce même comme un très bon compromis performances/prix vu que ses performances devraient être assez proches et qu’il conserve un coefficient multiplicateur débloqué.

Cependant, on ne peut pas occulter l’attractivité des Sandy-Bridge « milieu de gamme ».  Le Core i7-2600K s’est très bien défendu contre notre Core i7-3960X de présérie : l’hexacore reste devant sur les programmes massivement multithread, mais le quad core fait jeu égal avec les programmes monothread. Ajoutons à cela un Core i5-2500K qui se trouve à présent aux alentours de 180 euros et sans même avoir abordé la question des cartes mères, on sait déjà quel socket est le plus intéressant pour l’immense majorité d’entre nous.

En se basant sur la carte mère utilisée pour le test, il apparait clairement que le X79 ne vivra pas aussi longtemps que le X58 du fait que la nouvelle plateforme a perdu trop de fonctionnalités pour se distinguer : pas d’USB 3.0, pas de PCI Express 3.0 tout du moins à court terme (alors que plusieurs cartes mères Z68 le proposent) et une partie stockage assez banale font plus ressembler le X79 au P67 qu’à un chipset haut de gamme.

Sandy Bridge-E promet donc des gains de performance intéressants du côté des serveurs, mais il sera sans aucun doute bien moins influent du côté des particuliers vu que les deux cœurs supplémentaires ainsi que le surplus de bande passante mémoire ne sont pas utiles pour la majorité des programmes grand public. Intel a tellement bien réussi son coup avec Sandy Bridge-E que cette nouvelle plateforme haut de gamme ne marquera pas son époque comme Bloomfield a pu le faire en 2008.

A ce stade, il est déjà évident qu’Ivy Bridge aura un retentissement plus important. A plus court terme, nous ne manquerons pas de voir ce qu’AMD nous a réservé avec Bulldozer.