AMD Ryzen 7 5800X et Ryzen 9 5900X : un coup dans le Zen de la concurrence

Longtemps outsider face à Intel et Nvidia, à qui semblait revenir ad vitam la couronne des marchés respectifs des processeurs et des cartes graphiques, AMD est revenu du diable Vauvert. Courant pourtant deux lièvres à la fois, l’écurie rouge est parvenue en quelques années à rattraper son retard et à proposer des solutions unanimement reconnues comme innovantes, plus abordables et efficaces. En clair, à donner un coup de pied dans la fourmilière et à secouer des acteurs, le fondeur de Santa Clara en particulier, qui avaient tendance à s’endormir sur leurs lauriers. 

Et c’est précisément sur ce marché qu’AMD s’agite encore un peu plus, aujourd’hui. Le 5 novembre, c’est au tour de la quatrième génération des processeurs Ryzen de pointer le bout de ses transistors. Une quatrième génération autour de la micro-architecture Zen 3, et estampillée Ryzen 5000 (il faut suivre). Mine de rien, et c’est peut-être la première réussite d’AMD, la promesse initiale est tenue : depuis 2017, on retrouve bien une nouvelle génération de CPU par an, avec un renouvellement du procédé de gravure tous les deux ans.

Une sérieuse montée en puissance, chaque année

Début 2017, les premiers Ryzen ont ainsi introduit le basculement vers l’architecture Zen et le socket AM4, bousculant au passage l’immuable schéma des CPU grand public à 4 coeurs / 8 threads, qu’Intel imposait depuis près d’une décennie. Les Ryzen 7 1700-1800X embarquaient ainsi 8 coeurs physiques gravés en 14nm, premières pierres d’une gamme qui n’a cessé de s’affiner.

Reprenant peu ou prou l’ancienne politique du « tick-tock » justement chère à Intel, la famille des Ryzen a ainsi connu une première refonte en avril 2018, avec des Zen+ bénéficiant essentiellement d’une optimisation du procédé de gravure (12 nm) mais de changements architecturaux plus mineurs. On profitait malgré tout d’une meilleure efficacité énergétique, avec une consommation en baisse, ce qui autorisait aussi une montée en fréquence. À l’époque, on évoquait tout de même 10% de performances supplémentaires, en moyenne, face à la première génération Zen.

Un an plus tard, en juillet 2019, nouveau changement majeur : les Zen 2 introduisent la gravure en 7 nm, ce qui divise donc de moitié la finesse depuis l’inauguration de la gamme. Une vraie longueur d’avance sur Intel, qui a cumulé les années de retard sur le 10 nm – même si son propre procédé de fabrication n’est pas exactement comparable à celui de TSMC. 

Le résultat ? Une série de CPU autour de cette architecture Zen 2 qui permet à AMD de consolider sérieusement son retour dans le marché. L’institut Mercury Research a d’ailleurs publié, hier, un nouveau bilan sur le marché des processeurs x86. Et AMD y signe la meilleure progression, détenant aujourd’hui 22,4% du marché global, soit une hausse de 4,1 points en un trimestre et de 6,3 points sur un an. C’est son meilleur niveau depuis 13 ans, à l’époque des Athlon 64 puis des Phenom. Et le douzième trimestre consécutif (tiens donc, depuis l’avènement des Ryzen !) de progression

Une architecture Zen 3 unifiée et optimisée

Cette année, même si l’on tablait à l’origine sur un procédé de fabrication « 7nm+ », c’est-à-dire une optimisation de la finesse de gravure à défaut d’un nouveau record (le rendez-vous est pris : il faudra, vraisemblablement, attendre Zen 4 pour le 5 nm), on se contentera essentiellement d’une refonte de la micro-architecture, avec Zen 3. Avec la promesse tout de même d’une augmentation de 19% des IPC (instructions par cycle), en moyenne, par rapport à la génération précédente. 

Cette refonte n’est pas anecdotique pour autant. L’un des apports de l’architecture Zen tient en la rupture avec le modèle antérieur du processeur « monolithique » pour une approche plus modulaire sous forme de « chiplets ». Avec Zen 2 déjà, les coeurs étaient regroupés sous forme de modules gravés en 7 nm (les CCD, « Core Complex Die »). Chaque CCD se compose en réalité de deux blocs CCX (« Core Complexes » ), avec quatre cœurs chacun. Un second module comprend tous les composants d’entrée/sortie et assure la communication entre les CCD (le « cIOD »). Un tel découpage facilite la modularité de la gamme sur le nombre de cœurs et permet à AMD de réduire considérablement ses coûts de production, avec des « chiplets » plus simples à usiner qu’une pure approche monolithique.

Concrètement, Zen 2 abritait sur le même die deux CCX de 4 coeurs chacun, avec 16 Mo de cache L3 sur chaque « sous-bloc », pour aboutir à des CPU de 8 coeurs et 2×16 Mo de cache. Zen 3 rompt avec cette séparation pour adopter une approche unifiée. En clair, les 8 coeurs sont intégrés au même CCX et peuvent accéder directement à un cache L3 de 32 Mo, et non 2 blocs de 16 Mo. Avec une telle approche, on réduit considérablement la latence mémoire et on accède à un cache plus élevé lorsqu’un seul thread est occupé.

Pour aboutir toutefois à une hausse des IPC de 19%, AMD avance d’autres changements architecturaux intéressants. En particulier, une plus grande bande passante est accordée aux opérations de chargement et de stockage, et la prédiction de branchement se voit revue et corrigée. Schématiquement, un processeur est censé traiter les instructions de manière séquentielle, à la suite les unes des autres. Les « branchements » correspondent à des déplacements au sein du code, avec des sauts vers d’autres instructions afin de poursuivre l’exécution (typiquement pour exécuter une sous-routine, ou un test conditionnel). La technologie est loin d’être nouvelle, mais l’architecture Zen 3 optimise ces « anticipations », qui consistent à laisser le CPU « deviner » la prochaine portion de code à exécuter. Et aussi à se remettre plus vite en selle si jamais la prédiction s’avérait fausse. 

En clair, toutes les optimisations concourent à réduire la latence et les micro-délais nécessaires aux interactions avec le cache, la mémoire vive ou l’anticipation des prochaines instructions à traiter. Dans les faits, AMD annonce peu ou prou une hausse de 3% des performances grâce au préchargement du cache, de 1,3% grâce à la prédiction de branchement, de 4,6% avec les optimisations côté front-end, de 3,3% avec le moteur d’exécution ou encore de 4,6% avec l’amélioration du système de chargement/stockage. Nous verrons par ailleurs que l’unification des cœurs du CCX, avec un cache L3 de 32 Mo et non de 2×16 Mo, n’est pas étrangère à la hausse générale des performances.

Ryzen 5000 : 4 CPU de 6 à 16 coeurs

AMD avait déjà levé le voile, il y a près d’un mois, sur la gamme initiale des quatre processeurs Ryzen 5000 disponibles ce 5 novembre. Ils sont au nombre de quatre : les Ryzen 9 5950X et 5900X, pour les unités embarquant deux CCD (soit respectivement 16 et 12 cœurs physiques), et les Ryzen 7 580X et Ryzen 5 5600X, pour les CPU autour d’un seul CCD avec respectivement 8 et 6 cœurs. La génération des Ryzen 5000 se déclinera évidemment en d’autres modèles par la suite, notamment des Ryzen 3 d’entrée de gamme.

Tête de gondole de la nouvelle gamme, le Ryzen 9 5950X (850 €) comprend 16 coeurs / 32 threads et voit sa fréquence osciller de 3,4 GHz à 4,9 GHz. Il intègre donc deux chiplets pour un total de 64 Mo de cache L3, avec un TDP de 105 W qui demeure donc inchangé par rapport à la génération antérieure (le Ryzen 9 3950X). Disponible aux alentours de 850 €, il vient directement se heurter à l’Intel Core i9-10980XE (1229 €, Cascade Lake-X de 18 coeurs/36 threads en 14 nm) ou donc à son auguste prédécesseur, le Ryzen 9 3950X (899 €). 

Second Ryzen 9 de la série, et premier des deux processeurs à passer aujourd’hui sur notre banc d’essai, le Ryzen 9 5900X (570 €) embarque 12 coeurs / 24 threads, avec une fréquence de base de 3,7 GHz et turbo de 4,8 GHz. C’est précisément cette puce qu’AMD estampille « meilleur CPU pour jouer », vraisemblablement grâce à sa fréquence de base plus élevée que le Ryzen 9 plus onéreux. Elle s’articule donc autour de six coeurs par chiplet, et présente elle aussi un TDP de 105 W – avec deux coeurs désactivés par chiplet, la puce présente une densité thermique légèrement supérieure, ce qui autorise également de plus hautes montées en fréquence. Nous y reviendrons dans la suite de notre test. Le Ryzen 9 5900X vient directement concurrencer l’Intel Core i9-10850K (559 €, 10 coeurs/20 threads, Comet Lake-S en 14 nm).

Les deux autres unités dévoilées aujourd’hui s’articulent autour d’un simple chiplet. Autre CPU dont nous vous livrons aujourd’hui le test, le Ryzen 7 5800X (460 €) devrait s’inscrire dans les pas du populaire Ryzen 7 3700X. Il embarque huit cœurs physiques pour seize threads, avec une fréquence de base de 3,8 GHz et une fréquence turbo de 4,7 GHz. Comme il ne s’articule qu’autour d’un simple chiplet, on se contentera ici de 32 Mo de cache L3 mais il demeure dans les limites d’une enveloppe thermique de 105 W ce qui laisse envisager des overclockings plus poussés. Nous y reviendrons. Il vient frontalement affronter les Core i7-10700K (479 €) ou évidemment le Ryzen 7 3700X (375 €).

Dernier rejeton apparu ce jour, le Ryzen 5 5600X (315 €) est un peu à part dans cette gamme initiale. C’est le processeur le plus abordable, mais c’est aussi le seul CPU à voir son TDP plus bas que les autres (65 W), et à s’accompagner d’un ventirad dans sa version box, ce qui peut constituer un argument à lui seul. AMD a communiqué à ce sujet : selon le constructeur, les adeptes des processeurs supérieurs privilégient systématiquement des solutions de refroidissement maison et … l’intégration d’un ventirad de série aurait tendance à niveler par le bas l’OC potentiel et plus globalement les performances, notamment la fréquence maximale. Autant les débrider, donc. S’il fallait trouver un adversaire à ce Ryzen 5 5600X, ce serait le Core i5-10600K (329 €, 6 cœurs / 12 threads, Comet Lake-S). Nous aurons l’occasion de le tester individuellement, son rapport qualité/prix étant … plutôt tentant. 

Dernier détail qui joue en la faveur d’AMD : les nouveaux Ryzen 5000 s’articulent toujours autour du socket AM4. Pour l’heure, ils sont compatibles avec toutes les cartes mère équipées d’un chipset de série 500, à condition d’avoir son BIOS/UEFI à jour (avec AGESA 1.1.0.0). Il faudra attendre janvier 2021 pour que les cartes mère à base de chipset de série 400 suivent le pas … selon des conditions qui restent encore à définir, en fonction de chaque modèle. Mais AMD semble avoir anticipé le problème, et peu d’acteurs devraient rester sur le carreau.

Ryzen 7 5800X et Ryzen 9 5900X : les performances

Deux unités sont parvenues à ce jour à notre laboratoire de test : les Ryzen 7 5800X et Ryzen 9 5900X. Dans le premier cas, la puce s’articule ainsi autour d’un seul CCD/CCX, ce qui permet de tester une latence inter-cœurs, cœur/cache mais aussi mémoire réduite au strict minimum – selon la nouvelle architecture Zen 3 introduite. Et dans le second cas, on va vérifier les performances d’un processeur davantage « débridé », celui qu’AMD juge comme « le meilleur candidat, dans une configuration gaming ».

Les tests ont été réalisés sur notre plate-forme de référence, avec une carte mère Gigabyte X570 Aorus Master, accompagnée de 16 Go de mémoire G.Skill TridentZ Royal DDR4-3600 CL16. Côté stockage, on a intégré un SSD WD Blue SN550 de 1 To, avec un système de refroidissement liquide Be Quiet! Pure Loop 280 pour évacuer la chaleur des CPU AMD. Pour parachever l’ensemble, on a intégré un bloc d’alimentation Thermaltake Toughpower iRGB Plus 1050W, avec une GeForce RTX 2080 Ti Founders Edition pour les tests de jeux vidéo.

Dernier détail, nous avons sollicité Intel pour qu’ils nous fassent parvenir une plate-forme de test équivalente, à des fins de comparaison. Ayant essuyé un refus de leur part, nous nous sommes rabattus sur une configuration plus ancienne, autour d’une carte mère SuperO C9Z390-PGW, pour intégrer une batterie de CPU plus ancienne (du Core i5-9400F au Core i9-9900K).

Les différents protagonistes désormais présentés, place aux tests pratiques !

Performances synthétiques

Bande passante mémoire et cache L3

Du côté de la bande passante mémoire, le Ryzen 9 5900X montre les bénéfices de la nouvelle architecture, en particulier au niveau de l'écriture en mémoire DDR4. L'écart se resserre considérablement du côté de la copie de fichiers ou encore des simples opérations de lecture en mémoire, mais la plate-forme AMD montre ici sa suprématie.

Latences mémoire, cache L3 et inter-coeurs

Même son de cloche du côté de la latence inter-core - l'écart se fait essentiellement ressentir dans la latence inter-CCX, ce qui se comprend par la nouvelle architecture unifiée. À ce jeu, l'unité équipée d'un seul CCD, le Ryzen 7 5800X, se démarque nettement et affiche une latence 50% inférieure à celle du Core i9-9900K.

Performances : bureautique et station de travail

Dans les performances bureautiques, au niveau de la compression H.265 en 1080p, le Ryzen 9 5900X s'impose nettement en tête du classement et affiche des performances 24% supérieures à celles de l'un des fleurons de la génération précédente, le Ryzen 9 3900X. L'écart reste quasi-identique lorsque l'on monte en définition, pour atteindre l'UHD 4K. Avec son nombre élevé de cœurs, sa hausse de fréquences et l'augmentation de l'IPC, le Ryzen 9 5900X s'impose comme le nouveau lauréat du genre, aussi bien en Full HD (avec plus de 100 IPS en moyenne) qu'en 4K (avec une moyenne de 26 IPS).

H.265

Même résultat du côté des tâches de compression / décompression, avec 7-Zip. Dans le premier cas, le Ryzen 7 5800X ravit même la tête du classement, là aussi en raison de l'architecture autour d'un simple CCD. Ci-dessous, les résultats s'expriment en secondes et le lauréat est donc le CPU avec le score le plus faible.

7-zip

Destiné à tester les performances graphiques des applications professionnelles, en simulant des tâches de calcul 3D sous OpenGL et DirectX, SPECviewperfs permet d'estimer la vitesse de traitement de nombreux cas de figure professionnels. Les deux nouveaux Ryzen ravissent quasiment systématiquement la tête des classements, que ce soit avec Maya 2017 ou encore 3ds Max 2016. On constate toutefois quelques disparités dans ces environnements professionnels, notamment avec LuxRender qui semble privilégier le nombre de cœurs, alors que SolidWorks montre de bons résultats pour la puce de milieu de gamme d'AMD.

SPECviewperfs 13

Du côté de Blender, le Ryzen 9 5900X est de loin le CPU le plus rapide de notre comparatif : il affiche des performances 16% supérieures à celles de la génération précédente et 64% supérieures à celles du Core i9-9900K (519 €). Même le Ryzen 7 5800X, s'il se fait devancer par l'un des fleurons de la gamme précédente, le Ryzen 9 3900X (559 €), reste devant la puce d'Intel de près de 15%.

Blender (classroom CPU)

Performances : 3D et jeux

Dans l'incontournable benchmark 3DMark, et ses tests Time Spy et Time Spy Extreme, qui visent à tester les performances DirectX 12 d'une configuration, nous avons essentiellement retenu les performances orientées CPU.

3DMark TimeSpy

Dans le test Time Spy de base, le Ryzen 9 5900X pose un nouveau jalon et supplante ainsi le Ryzen 9 3900X de génération précédente d'une courte tête (2%). Le Ryzen 7 5800X est plus véloce que le Ryzen 7 3800X de génération précédente (de 13% tout de même !), mais il se fait distancer par le 3900X. Avec Time Spy Extreme, on retrouve le même classement, mais les écarts se creusent nettement - le Ryzen 9 5900X est 9% plus rapide que le 3900X, et l'écart entre le 5800X et le 3800X tutoie les 17%.

Performances en jeux vidéo

AMD l'avait indiqué dès sa conférence inaugurale, qui levait le voile sur l'architecture Zen 3 : les Ryzen 5000 seraient les « meilleurs processeurs pour les joueurs ». Nous nous sommes ici focalisés sur les définitions Full HD et QHD, les secteurs laissant davantage s'exprimer la puissance de calcul des processeurs. Pour tous les jeux retenus, nous avons systématiquement poussé les réglages au maximum.

Ici, il n'y a pas d'appel : le Ryzen 9 5900X est bien le processeur le plus rapide en Full HD, et dépasse le Ryzen 7 5800X de 2% environ. Le résultat s'inverse en montant en définition, là aussi grâce à l'architecture unifiée autour d'un seul CCD.

Lorsque l'on considère la moyenne globale des résultats, les deux nouvelles unités d'AMD sont systématiquement en tête des classements. Certains titres restent toutefois le domaine privilégié des CPU Intel, comme GTA V ou The Division, que ce soit en Full HD ou en QHD. Le classement s'inverse avec Shadow of the Tomb Raider, par exemple, où les deux puces ont une avance confortable sur les autres puces retenues. Il n'en reste pas moins que les Ryzen 5000 semblent tenir leur pari dans ce domaine, et pourraient même creuser davantage l'écart au fur et à mesure de l'apparition de pilotes ou de patches visant à les optimiser.

Grâce à un procédé de fabrication mieux maîtrisé, les Ryzen 9 5900X et Ryzen 7 5800X présentent une consommation électrique en baisse par rapport à la génération précédente - comptez 20 à 25 W de moins, en moyenne. De quoi présenter une meilleure efficacité énergétique globale, pour des performances revues à la hausse.

Si l'architecture Zen avait déjà montré son potentiel face aux solutions Intel dans le domaine des applications professionnelles, l'écart se creuse encore avec cette nouvelle génération Zen 3. Mieux encore, elle s'améliore du côté des jeux vidéo et de la consommation énergétique et les deux nouvelles puces testées aujourd'hui font, au pire jeu égal avec les CPU Intel ou ravissent bien souvent la tête du classement, dans le domaine vidéoludique. Elles s'imposent ainsi comme les nouveaux processeurs de référence du marché, ni plus ni moins. Quand on sait que l'architecture Zen 4 est déjà sur des rails et devrait débarquer courant 2021, l'hégémonie d'AMD ne semble pas prête de se tarir de sitôt.