Architectures processeur : 16 CPU, 1 seul core, 3 GHz

Introduction

Il y a environ 7 ans, l’optimisation des architectures (modification de l’IPC) ainsi que la montée en fréquence étaient les deux seules approches possibles pour faire progresser les performances. Sur le plan théorique, ces dernières ont depuis principalement progressé du fait de la parallélisation, rendue possible par la multiplication des cores. Les développeurs optimisent désormais leurs programmes pour tirer parti des architectures multicores et de l’échelonnement des performances dont elles sont capables.

Nous savons tous que les progrès dans la finesse de gravure conditionnent la multiplication des cores ainsi que la montée en fréquence, mais dans quelle mesure AMD et Intel ont su améliorer les performances de chaque core à une fréquence donnée ? Quel est l’écart entre un Core 2 Duo d’il y a 5 ans et un processeur actuel dans ces conditions ? Nous avons réuni 16 processeurs pour y voir plus clair, en n’activant qu’un seul de leurs cores à 3 GHz.

Processeurs et contraintes

Notre sélection inclut un Pentium 4, plusieurs Intel Core première et deuxième génération comptant 2, 4 et 6 cœurs ainsi que des Phenom II, Athlon II et Athlon 64 X2 du côté des verts. La présence des derniers quad- et hexacores d’Intel comme AMD allait de soi, après quoi il nous a semblé important d’incorporer une majorité de processeurs dual core : beaucoup d’eau a coulé sous les ponts depuis l’époque où les Athlon 64 X2 et Pentium 4 luttaient au sommet.

La difficulté n’est pas venue des processeurs mais des cartes mères puisqu’il aura fallu trouver des modèles dont le BIOS était suffisamment souple pour modifier le nombre de cores actifs. Etant donné que la désactivation d’un ou plusieurs cores via le BIOS ne se traduisait pas nécessairement par une désactivation physique, nous n’avons donc pas pu faire de relevé de consommation.

Combat à 3 GHz

La comparaison n’aurait eu aucun sens si l’on avait laissé les processeurs à leur fréquence d’origine, c’est pourquoi nous les avons limités à un seul core cadencé 3 GHz. Les dispositifs d’économie d’énergie (Cool’n’Quiet/SpeedStep) et d’optimisation des performances (Turbo Core/Turbo Boost) ont été désactivés pour maintenir une fréquence constante. Tous les processeurs fonctionnent à 3 GHz, ou presque : certains ont été délibérément maintenus à 2,93 GHz du fait que les résultats auraient été bien plus altérés si l’on avait joué sur leur FSB plutôt que de faire avec ce très léger handicap de 66 MHz. Ceci influe légèrement sur les performances (d’environ 2,3 %), mais pas au point de bouleverser des tendances de fond.

Hexacores : AMD Thuban et Intel Gulftown

AMD Thuban, 45 nm (Phenom II X6, Rev. E0)

Le 1100T est actuellement le plus puissant des processeurs chez AMD, gérant les dernières fonctionnalités comme le Turbo Core que nous avons donc désactivé.

Intel Gulftown, 32 nm (Core i7-980X, Rév. B1)

De son côté, le 980X se place en deuxième position dans la hiérarchie d’Intel, derrière en 990X. Bien que l’architecture Sandy Bridge soit plus récente, le Gulftown reste une vitrine technologique vu qu’il s’agit du seul hexacore chez le géant de Santa Clara.

Quad core : AMD Deneb et Intel Sandy Bridge

AMD Deneb, 45 nm (Phenom II X4 980, Rév. C3)

Le Deneb partage la même conception que le Thuban dans les grandes lignes (Socket AM3, contrôleur mémoire dual-channel DDR3-1333 et gravure 45 nm). Le X4 980 a la particularité d’afficher un TDP de 125 Watts tout comme les hexacores de la marque en raison de sa fréquence élevée (3,7 GHz d’origine).

Intel Sandy Bridge, 32 nm (Core i5-2500K, Core i7-2600K, Rév. D2)

Nous avons décidé d’inclure 2 Sandy Bridge quad-core du fait de leurs caractéristiques différentes et plus particulièrement la quantité de mémoire cache niveau L3 : le 2600K en compte 8 Mo contre 6 Mo pour le 2500K.

Intel Lynnfield, 45 nm (Core i7-875K, Rév. B1)

Le core Lynnfield constitue la première génération de processeurs Core i7 et Core i5, gravés en 45 nm et réservés au socket LGA1156.

Intel Bloomfield, 45 nm (Core i7-975, Rév. D0)

Première déclinaison de Nehalem, les quad core Bloomfield affichent encore de très bonnes performances en dépit du fait qu’ils auront bientôt 3 ans. Il leur manque tout de même les dernières nouveautés d’Intel comme l’AES-NI et l’AVX.

Dual core : AMD Regor et Intel Clarkdale

AMD Regor, 45 nm (Athlon II X2 260, Rév. C3)

Regor est le nom de code des actuels processeurs dual core d’AMD, gravés en 45 comme les quad- et hexacores de la marque. On surveillera de près les performances du X2 260 vu qu’il est dépourvu de cache L3 à l’image des autres Athlon II. Vu que l’on teste aujourd’hui un seul core de chaque processeur, nous avons délibérément fait l’impasse sur les tri-core Rana et quad-core Propus vu qu’ils partagent la même architecture en y ajoutant respectivement un et deux cores.

Intel Clarkdale, 32 nm (Core i5-661, Core i5-530, Rév. C2)

Les Clarkdale ont été les premiers processeurs d’Intel à intégrer un circuit graphique et bénéficier de la gravure 32 nm. Ce sont en fait des modules à deux die, l’un contenant le processeur à proprement parler tandis que l’autre (gravé en 45 nm) abrite circuit graphique intégré, contrôleur mémoire et 16 lignes PCI Express 2.0.

Le Core i5-661 et le Core i3-530 font partie des processeurs que nous avons laissés à 2,93 GHz pour les raisons évoquées plus tôt.

Dual core : AMD Brisbane, Intel Wolfdale & Conroe

AMD Brisbane, 65 nm (Athlon 64 X2 6000+, Rév. G2)

Brisbane fut le dernier processeur d’une famille phare chez AMD, les Athlon 64 X2.

Intel Wolfdale, 45 nm (Core 2 Duo E8600, Rév. E0)

Le Wolfdale est une version optimisée du core Conroe, affichant notamment de meilleures performances par Watt grâce à un procédé de fabrication en 45 nm contre 65 auparavant.

Intel Conroe, 65 nm (Core 2 Duo E6850, Rév. E0)

Le Conroe a succédé à l’architecture NetBurst qui a connu une fin de vie difficile. C’est un processeur d’autant plus important qu’il a marqué le retour d’Intel au premier plan en 2006, mettant fin à la domination des Athlon 64/Athlon 64 X2 d’AMD.

Dual core : AMD Windsor et Intel Prescott

AMD Windsor, 90 nm (Athlon 64 X2 5400+, Rév. F3)

Le core Windsor proposait 512 Ko ou 1 Mo de mémoire cache L2 suivant les versions.

Intel Prescott 2M, 90 nm (Pentium 4 660, Rev. N0)

Le Prescott 2M (pour 2 Mo de cache L2) est un des processeurs les plus intéressants de cet article, puisqu’il s’agit d’une version modifiée pour le socket LGA775 et l’interface PCI Express (rappelons que la première génération de Prescott était destinée au socket 478).

Le Pentium 4 a permis d’observer une montée en fréquence très impressionnante de 1,3 à presque 4 GHz en quelques années, mais l’architecture Netburst s’est aussi avérée être un cul de sac complet pour Intel parce que très vorace pour atteindre des fréquences élevées, d’où une performance par Watt déplorable.

Plateformes de test

Certaines de ces plateformes devraient rappeler quelques souvenirs à la plupart d’entre nous.

Configuration du test

3DMark 11

La plupart des processeurs Intel réalisent un tir groupé, tandis que les Athlon II semblent pénalisés par l’absence de mémoire cache L3.

Le score global est conforme à ce que l’on pouvait prévoir : les Sandy Bridge dominent et les Athlon II sont à la traîne, au point d’être au même niveau que le Prescott 2M.

Le test combiné sollicite le processeur et la carte graphique en incluant des calculs physiques ainsi que la tesselation. Comme on pouvait s’y attendre, ce sont les architectures récentes dotées de mémoire cache L3 et d’une fréquence élevée qui s’en tirent le mieux.

Sandra 2010 Pro

L’accélération matérielle du chiffrement/déchiffrement AES (appelée AES-NI) est particulièrement impressionnante sur les processeurs la supportant.

Sandra démontre globalement la supériorité d’Intel sur les benchmarks synthétiques même si les deux Clarkdale affichent des performances assez faibles en matière de bande passante mémoire compte tenu de leur âge. La suite de tests permet également de constater que le progrès d’une génération à l’autre n’a pas été vraiment significatif à l’exception du Pentium 4 qui était franchement mauvais.

Audio/vidéo

Premier benchmark révélateur de situations courantes, iTunes met en évidence des progrès constants d’une génération à la suivante pourvu que les processeurs soient dotés d’une quantité respectable de mémoire cache. Intel domine clairement, mais on ne peut s’empêcher de voir à quel point le Prescott 2M est sous performant. A noter, comme prévu mais toujours aussi anormal, la supériorité de Sandy Bridge sur Gulftown.

Sans surprise, Lame offre à voir des résultats très proches de ceux obtenus avec iTunes. Les configurations à base de Pentium 4 ont clairement fait leur temps.

En passant au transcodage vidéo via Handbrake on peut constater qu’Intel a creusé l’écart avec AMD au fil du temps, ce qui nous rend encore plus impatients de voir ce que nous réserve Bulldozer. Le Pentium 4 est encore très loin derrière, c’est à se demander si un Atom aurait vraiment fait pire.

La tendance est la même avec MainConcept mais vu le parallélisme inhérent aux programmes de transcodage vidéo, il faut souligner que les différences seraient nettement plus importantes si tous les cores étaient actifs.

Archivage

Là encore les résultats sont assez peu différenciés vu que l’on n’utilise qu’un seul core, à l’exception du Prescott 2M qui est encore à la traine.

WinRAR est plus optimisé pour les architectures Intel que 7-Zip : l’écart entre les Sandy Bridge et les Phenom II s’est creusé en valeur comme en proportion.

WinZip étant monothread, l’exercice devient pratique ici et l’on voit à nouveau l’influence du cache L3 sur les processeurs AMD.

Conversion PDF

Abby FineReader préfère lui aussi les architectures Intel lorsqu’il s’agit de convertir un PDF au format MS Word, mais il faut noter que le programme est multithreadé : on aboutirait donc à des résultats bien plus nivelés si tous les cores étaient actifs. Heureusement pour Intel que le nombre de cores a augmenté du reste, la situation ne serait pas très glorieuse sinon…

En passant d’un document Office vers un PDF, Adobe Acrobat 9 affiche  également une préférence pour les processeurs Intel. Cette fois les résultats peuvent être pris pour argent comptant vu qu’Acrobat affiche un gain de performances très médiocre avec les architectures multicore.

Création 3D, vidéo et édition d’images

Le rendu 3D fait partie des cas d’école en faveur du multithread, raison pour laquelle il faut interpréter ces résultats avec prudence. Une fois de plus Intel affiche des performances globalement supérieures et les progrès accomplis avec Sandy Bridge sont présents.

Photoshop met en avant des différences déjà importantes avec notre protocole de test, qui ne feraient que s’accentuer avec tous les cores actifs. Ceci dit, les plateformes AMD ont un rapport performances/prix qui tendent à équilibrer le rapport de forces.

Adobe Premier Pro CS5 est un nouveau plaidoyer pour la mise en retraite des Athlon 64 X2 et à fortiori de tous les processeurs Intel issus de l’architecture NetBurst.

Sandy Bridge règne encore en maître sous Blender, mais cette fois les processeurs AMD sont tout à fait compétitifs avec leurs rivaux.

Conclusion

L’idée derrière cet article était donc de remonter dans le temps pour mesurer les progrès accomplis par Intel et AMD au cours dernières années avec un souci de normalisation, raison pour laquelle nous avons limité les processeurs à un seul core cadencé à 3 GHz. Cette approche permet de bien cerner l’évolution des performances au-delà du simple fait de multiplier les cores, mais il faut prendre du recul avec les résultats des benchmarks qui gagneraient à utiliser un maximum de cores actifs du fait de leur parallélisme. Ceci est d’autant plus important que l’augmentation du nombre de cores est généralement moins coûteuse chez AMD et tend donc à équilibrer une situation nettement en faveur d’Intel si l’on ne considère que les performances pures.

Au-delà des benchmarks synthétiques qui tendent à faire briller les composants les plus chers, Sandra montre par exemple que l’AES-NI implémenté sur les plus récents processeurs Intel change la vie lorsque l’on chiffre/déchiffre régulièrement des données en AES. Pour ce qui est des jeux, les calculs physiques et la tesselation sollicitent carte graphique et CPU, ce qui plaide en faveur des processeurs quad core à l’heure actuelle.

Vu les conditions de test particulières et la variété des charges de travail, le fait qu’un core de Clarkdale ou Lynnfield puisse surpasser un core de Phenom II ne signifie pas nécessairement qu’un Core i5/i7 fera mieux qu’un Phenom II dans telle tranche tarifaire.

Bien qu’Intel ressorte globalement en tête des tests, les résultats sont tout de même assez positifs pour AMD qui contrebalance ses performances par une augmentation du nombre de cores plus accessible que chez Intel de manière à bien tirer son épingle du jeu avec les programmes multithread.

Ceci dit, AMD a beau proposer un rapport performances/prix intéressant, il est évident que Bulldozer se doit d’apporter des performances significativement en hausse pour que la firme de Sunnyvale puisse soutenir la cadence infernale d’Intel. Ivy Bridge est en vue pour le premier semestre 2012 avec des performances, fréquences ainsi qu’une consommation encore améliorées. A ce stade, on constate surtout que pris individuellement, les actuels cores d’AMD ne peuvent surpasser que les vieux Pentium 4 et peut-être ceux des premiers Core 2 Duo qui ont tout de même 5 ans au compteur. Depuis l’arrivée de Nehalem, il est clair qu’AMD doit sont salut à la multiplication des cores et à une forte baisse des prix et ne peut pas se permettre de rester sur cette stratégie.

Au final, c’est parce qu’AMD avait su proposer les excellents Athlon 64/Athlon 64 X2 qu’Intel s’est repris pour sortir tour à tour l’architecture Core puis Nehalem. Nous sommes donc extrêmement impatients de voir d’ici quelques semaines maintenant ce que les FX Zambezi nous réservent.