Test complet des Ryzen 5 1600X et 1500X

Présentation des deux CPU

Après les Ryzen 7 visant les passionnés, voici les Ryzen 5 qui vont tenter de convaincre les joueurs d’abandonner les Core i5 aux alentours de 200 euros.

AMD a commencé son offensive par le haut de gamme avec les Ryzen 7. Même s’ils offrent des performances impressionnantes pour leur prix, surtout par rapport aux Core i7 Broadwell-E, leur architecture à 8 coeurs/16 threads n’est pas parfaitement utilisée par les applications grand public, notamment par les jeux. Le match des Ryzen 5 face aux Core i5, des gammes de processeurs naturellement plus grand public, s’annonce donc délicat, mais les puces AMD pourront toujours compter sur un nombre de coeurs plus grand et des tarifs agressifs.

Un Ryzen 5 contre un Core i5

Comme les Ryzen 7, les Ryzen 5 sont dépourvus de GPU intégré. Tous les transistors sur le die sont alloués aux coeurs, aux caches, aux interfaces et bus de communications – à surface de die égale, les Ryzen 5 ont donc plus de ressources CPU que les Core i5.

Le Ryzen 5 1600X à 280 euros est placé pile au tarif du Core i5-7600K. Il possède six coeurs avec SMT capables de traiter 12 files d’instructions en parallèle. Comme le Ryzen 7 1800X, le 1600X se targue d’un TDP de 95 W et d’une fréquence de base de 3,6 GHz pouvant monter à 4 GHz. La fréquence XFR atteint 4,1 GHz sur deux coeurs seulement, pourvu que le dissipateur utilisé soit suffisamment costaud. Le XFR pour tous les coeurs est limité à 3,7 GHz.

En face, le Core i5 7600K, qui consomme 91 W et ne possède que quatre coeurs, peut paraître anémique. Cependant, la force de l’architecture Skylake/Kaby Lake est son excellente performance par coeur, paramètre essentiel pour tous les programmes qui ne savent pas exploiter des configurations multicoeurs. L’IPC (le nombre d’instructions traitées par cycle d’horloge) des Ryzen étant environ 10 % inférieur à celle du Kaby Lake, les Core i5 gardent un avantage certain à fréquence et nombre de coeurs égal.

AMD lance aussi un Ryzen 5 1600 à 246 euros, dont les fréquences descendent à 3,4 GHz (base) et 3,8 GHz (Boost) pour un TDP de 65 W. Tout le reste, notamment le gain de 100 MHz permis par le XFR, est identique au Ryzen 5 1600X.

Des quadricoeurs en entrée de gamme

Plus bas en gamme se trouvent les Ryzen 5 quadricoeurs : le 1500X à 211 euros et le 1400 à 190 euros. Tous deux ont un TDP de 65 W seulement. Le premier tourne à une fréquence de base de 3,5 GHz et 3,7 GHz en boost. Le second se contente de 3,2 GHz et 3,4 GHz respectivement.

Le Ryzen 5 1500X est le seul de la gamme à profiter d’une marge XFR de 200 MHz. Son adversaire tout désigné est le Core i5 7500, vendu au même prix, doté d’autant de coeurs physiques, mais pas d’Hyper Threading et tournant à peu près aux mêmes fréquences. Le match devrait être très intéressant.

Tous les Ryzen 5 partagent avec les Ryzen 7 un ensemble de fonctionnalités : la suite SenseMI, un contrôleur mémoire sur deux canaux et un socket AM4 et bien sûr, un coefficient multiplicateur débloqué. L’overclocking sera possible sur toute carte mère à chipset X370 ou B350.

Les Ryzen 5, enfin, seront livrés avec un dissipateur, de quoi augmenter un peu leur rapport qualité/prix. Le petit 1400 aura droit à un ventirad Wraith Stealth, tandis que les 1500X et 1600 profiteront du meilleur Wraith Spire. Le 1600X n’aura rien, AMD laissant aux amateurs le soin de choisir le meilleur ventirad à leur goût.

Un seul die pour 8, 6 ou 4 coeurs

Nous avons déjà décrit l’architecture Zen d’AMD en grand détail  dans notre test des Ryzen 7. La gamme Ryzen 5 est construite sur le même die que les Ryzen 7. Ils possèdent donc deux CCX, deux blocs de quatre coeurs chacun. AMD relie les CCX avec son interconnexion Infinity Fabric, qui gère aussi les communications avec les bus externes comme le PCIe ou avec le northbridge.

Physiquement les Ryzen 5 ont donc huit coeurs, dont certains sont désactivés soit parce qu’ils sont défectueux, soit artificiellement par AMD pour créer des modèles à six et quatre coeurs. AMD assure que tous les Ryzen 5 ont un arrangement symétrique, 3+3 coeurs par CCX pour les hexacoeurs ou 2+2 coeurs pour les quadricoeurs.

Chaque CCX intègre 8 Mo de cache L3, qu’AMD laisse intégralement actif sur tous les modèles, pour un total de 16 Mo, sauf le petit R5 1400 qui ne garde que 8 Mo.

En raison de leurs similitudes physiques, les Ryzen 5 se comportent comme des Ryzen 7 en matière d’overclocking. Le maximum atteignable sans recourir à des méthodes extrêmes se situe entre 3,9 GHz et 4,1 GHz.  C’est une faiblesse par rapport aux Kaby Lake « K ». Mais il n’y a qu’un seul Core i5 K au catalogue d’Intel…

Mêmes défauts de jeunesse

Le contrôleur mémoire des Ryzen 5 se heurte aux mêmes limitations officielles que celui des Ryzen 7, limitations qui varient selon le nombre et le type des barrettes de mémoire installées.

Soulignons que les performances des Ryzen, surtout en jeu, sont fortement influencées par la bande passante mémoire – de la DDR4 rapide est donc cruciale. Les constructeurs de cartes mères ont récemment sorti de multiples mises à jour pour supporter de la mémoire overclockée, mais l’écosystème continue à évoluer. Nous attendons aussi que certains problèmes quotidiens soient résolus. Par exemple, nous avons mesuré un temps de démarrage de 65 secondes sur nos plateformes Ryzen, contre seulement 20 secondes sur une plateforme Intel.

Ceci dit, la situation ne peut que s’améliorer pour AMD, surtout avec une gamme plus large de CPU s’adressant à une part plus étendue du marché. Les Ryzen 5 sauront-ils renforcer AMD face à Intel ou bien sont-ils trop sévèrement castrés ?

Infinity Fabric : nos tests de latence

Il est maintenant bien démontré qu’une mémoire vive plus rapide améliore significativement les performances de Ryzen, surtout dans les jeux. Car en théorie : la rapidité du lien Infinity Fabric d’AMD est calée sur celle de la mémoire vive.

Pour rappel, les processeurs Ryzen sont fabriqués à base de deux groupes de quatre cœurs appelés CCX. Et ils fonctionnent un peu comme deux processeurs quadricoeurs reliés entre eux par un bus de communication bidirectionnel d’une largeur de 256 bits, appelé Infinity Fabric. Ce dernier gère aussi le trafic PCI Express, et les fonctionnalités northbridge intégrées (USB, etc.). Ça fait une grosse quantité de données à prendre en charge. Notez toutefois que les 3+3 cœurs et 2+2 cœurs des Ryzen 5 vont moins stresser l’Infinity Fabric car il y aura 2 ou 4 cœurs en moins à exiger ses services.

Les données qui transitent entre les deux CCX souffrent de latences plus élevées. Donc il serait idéal de faire en sorte qu’elles restent traitées dans le même CCX. Mais de nombreuses applications font circuler leurs threads entre les CCX, et ces derniers souffrent alors de cache miss dans le L3 (quand le CPU ne parvient pas à lire ou écrire une donnée dans le cache), en plus d’une latence accrue.

Intel utilise un double bus en anneau (ring bus), sur l’image à droite. Ce dernier remplit un rôle similaire, mais il ne souffre pas des pénalités de Ryzen en termes de latence, grâce à sa structure double et contiguë. AMD ne l’a pas confirmé, mais nous suspectons l’Infinity Fabric ne n’offrir qu’une seule « route » de communication.

L’Infinity Fabric offre toutefois un avantage clé pour AMD face à Intel : il est plus extensible, et peut notamment connecter quatre CCX dans les futurs processeurs Naples à 32 cœurs. Chez Intel, les processeurs Xeon Phi Knight’s Landing et leurs très nombreux cœurs exploitent une nouvelle topographie en maille ou grille, qui permet de résoudre ce problème d’adaptabilité au nombre de cœurs, et ils se pourrait bien que ce système débarque dans les prochaines génération de processeur grand public chez Intel.

La théorie des nombres

Mesurer précisément la latence d’un tel bus est délicat. Le logiciel SiSoftware Sandra Business Platinum propose toutefois un nouveau test « efficacité multi-cœur », capable de mesurer les latences multicoeurs, multi-CPU, multi-package des processeurs. Notez que les résultats étaient très constants chez Intel pour le 7700K, mais très variables pour les processeurs Ryzen.

Les performances de l’architecture Intel sont exemplaires en la matière, de quoi poser une bonne base de comparaison avec Ryzen.

En poussant la fréquence du CPU à 5 GHz, nous observons une réduction des latences inter-coeur et coeur-à-coeur.

Les mesures étant plus variables sur Ryzen, les résultats présents ici sont la moyenne de deux sessions de test. La latence intra-cœur (deux threads sur un même cœur physique) n’est pas affectée par la vitesse de la mémoire, tout comme celle entre plusieurs cœurs physiques d’un même CCX (intra-CCX, cœur à cœur). C’est donc bien la forte latence entre cœurs de CCX différents qui profite de l’augmentation de la vitesse de la RAM.

Le passage de 2666 à 3200 MT/s offre beaucoup moins de gain que de 1333 à 2666 MT/s. Notez que nous avons aussi testé avec notre 1600X overclocké à 4 GHz, sans améliorer ces résultats.

Nous avons aussi mesuré la bande passante intra-cœur dans nos tests. La vitesse de la mémoire vive ne l’affecte pas, et la bande passante s’envole avec de très petites tailles de données traitées directement dans le cache L1. Les données plus lourdes passent pas les caches L2 et L3 et la bande passante s’en trouve logiquement affectée.

…Et nous ne pouvons toujours pas mesurer la performance du cache !

Lors du lancement du Ryzen 7 1800X, AMD affirmait que les utilitaires classiques n’étaient pas adaptés pour mesurer les performances réelles du cache des Ryzen. Malgré plusieurs semaines de mises à jour, AMD explique que c’est encore le cas ! Voici ce que dit le guide du testeur envoyé par AMD à la presse pour le Ryzen 5 :

Malgré des mises à jour récentes, les outils d’analyses du cache publics continuent à produire des résultats erronés pour les processeurs de la famille Ryzen. Bien qu’il nous faille poursuivre nos investigations, nous pensons que les outils publics utilisent des ensembles de données plus grands que la taille du cache et/ou mélangent par erreur les accès DRAM avec les résultats du cache.

Dans le cas particulier du Ryzen 5, nous croyons que ces applications font des hypothèses erronées sur la taille et/ou la topologie de la hiérarchie des caches des 1500X et 1600X. Nous continuons à travailler avec les éditeurs de ces applications pour améliorer l’exactitude des résultats.

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Le premier graphique ci-dessus montre les mesures que nous avons obtenues, alors que le second reprend les résultats d’AMD. Nous avons utilisé le test de latence du cache de Sandra, qui produit des nombres similaires à ceux d’AMD. Comme vous pouvez le voir, la latence du L1 (à gauche) atteint 1,1 ns, celle du L2 4,8 ns et celle du L3 10,2 ns. Intel possède un avantage considérable de ce point de vue. Nous avons également testé la bande passante avec d’autres outils afin de tenter de reproduire les résultats d’AMD, sans succès.  

Overclocking et méthode de test

Overclocking

Les Ryzen 7 et Ryzen 5 partagent la même architecture globale, et les objectifs d’overclocking sont identiques : entre 3,9 et 4,1 GHz. AMD recommande encore une tension de 1,35 V pour un overclocking à long terme, mais les CPU peuvent encaisser assez facilement du 1,45 V (la longévité serait alors inférieure).

Nous avons testé un overclocking stable sous Prime95. Le 1600X a tenu 4 GHz avec une tension de 1,375 V (LLC en Auto), avec une température assez limite de 87°C sous un ventirad Noctua NH-U12S SE-AM4 dans notre labo américain. Dans les mêmes conditions, le 1500X est monté à 3,9 GHz.

Côté mémoire vive, les mises à jour de BIOS de nos cartes mères ont enfin permis de faire tourner la RAM à 3200 MT/s, avec le profil A-XMP (MSI) et DOCP (Asus) activé pour obtenir des timings de 14-14-14-34. Pour dépasser les 3200 MT/s, il faut augmenter le Ref_clk (équivalent BCLK chez Intel), et nous n’avons jamais pu obtenir une machine stable avec ces réglages de RAM.

Nous avons aussi overclocké le Core i5-7600K d’Intel avec une tension de 1,375 V, avec une mémoire à 3200 MHz. Nous avons atteint les 5 GHz et testé aussi dans ces conditions.

Test gaming sous Creators Update

Tous nos benchmarks ont été effectués avec la dernière mise à jour Creators Update de Windows. Cette mise à jour intègre un nouveau Game Mode qui optimise les performances CPU et GPU pendant les sessions de jeu. L’idée consiste à utiliser un scheduler optimisé pour les jeux, en conjonction avec une isolation des processus du jeu, et une réduction des tâches de fond. Windows active de Game Mode par défaut pour une liste prédéfinie de jeux, mais le mode fonctionne avec tous les jeux UWP et Win32 classiques.

Le Game Mode est très simple à utiliser : Win+G pour faire apparaître un menu d’activation pendant le jeu, le mode restera alors activé pour les futures sessions sur le même jeu. Nous avons constaté des gains d’images par seconde et une meilleure régularité du temps d’affichage des images. C’est donc efficace.

Configuration de test

Nous avons utilisé les derniers pilotes NVIDIA pour notre GeForce GTX 1080 FE. Nous avons aussi utilisé le mode performances de Windows, pour éviter les latences trop importantes lors du changement d’état du processeur (jusqu’à 30 ms pour certains Power States). 

AMD a fourni un profil Windows spécifique pour Ryzen (Ryzen Balanced power plan) qui permet d’accélérer un peu les transitions du processeur. Nous avons gardé le mode performance, qui reste plus rapide.

Nous avons aussi constaté une amélioration des performances en désactivant le SMT du processeur dans certains jeux (l’Hyper Threading d’AMD). Mais ces processeurs n’ont pas vocation à perdre cette fonction et nous n’avons donc pas utilisé une telle astuce : le SMT est bien resté activé pendant tous nos tests.

Notre laboratoire américain a testé le processeur en jeu, tandis que notre laboratoire allemand s’est occupé des tests de station de travail, de consommation et de température.

Tests : 3DMark, AotS, Battlefield 1

3DMark

Les benchmarks synthétiques ne reflètent pas forcément bien les performances dans les jeux, mais les tests CPU DX 11 et DX 12 de 3DMark sont utiles pour voir la puissance brute disponible pour les moteurs de jeu.

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Le Ryzen 5 1600X gère trois fois plus de threads que les Core i5 et n’a aucun mal à les écraser dans les calculs physiques. 3DMark sait se répartir sur tous les threads, donc il exploite tout le potentiel du processeur d’AMD. Malheureusement, peu de jeux en font autant.

3DMark montre un gain de 7,9 % en passant sous DirectX 12, ce qui n’est pas mauvais puisque le Ryzen 5 n’est overclocké que de 8 % au-delà de sa fréquence Boost pour tous les coeurs. Par comparaison, le Core i5 7600K est overclocké de 25 % par rapport à son Turbo sur quatre coeurs, ce qui se traduit par un gain de 29 %. En désactivant le SMT du Ryzen (ce qui diminue le nombre de threads de moitié), on perd 20 % de performance. Les tests sous DX 11 suivent une tendance similaire, et accentuée.

Globalement, le Ryzen 5 1600X est compétitif dans certains tests sur les API, comme le benchmark DX 12, où il peut faire usage de tous ses coeurs. Mais le meilleur IPC des Kaby Lake leur donne l’avantage dans les tests DX 11, ce qui explique l’avance d’Intel dans les jeux. Désactiver le SMT du Ryzen a un effet surprenant : sur un processeur non overclocké, cela boost fortement les performances en multithread sous DX11, mais cet effet disparaît si l’on overclocke.

Ashes of the Singularity: Escalation

Ashes of the Singularity est un cas d’école prouvant les gains que l’on peut espérer d’un jeu parfaitement optimisé pour l’architecture des Ryzen. La dernière mise à jour a largement comblé les retards de performance constatés au lancement des Ryzen 7.

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Le Ryzen 5 1600X profite logiquement du patch. Le score au test CPU d’Ashes of the Singularity: Escalation augmente proportionnellement au nombre de threads gérés. À leurs fréquences d’origine, le Ryzen 5 1600X bat le Core i5 7600K. Cependant, l’overclocking autorisé par le 14nm+ d’Intel permet au Core i5 de dépasser le Ryzen 5, qui s’overclocke assez peu.

Dans la version non optimisée du jeu, les performances du Ryzen s’élèvent quand on désactive le SMT ; ce n’est plus le cas dans la version patchée.

Battlefield 1

Pour Battlefield 1, nous poussons le curseur jusqu’au réglage Ultra et nous répétons la même promenade en blindé dans les paysages d’O La Vittoria. Battlefield 1 est le seul jeu pour lequel nous ne pouvons pas rapporter des scores pour les Ryzen avec SMT désactivé : notre fidèle outil d’enregistrement des FPS a tout simplement refusé de fonctionner dans ce jeu.

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Mauvaise surprise : le Ryzen 5 1600X à sa fréquence d’origine tombe derrière tous les Core i5. Même l’overclocking ne suffit pas à le mettre au niveau. Le Core i5 7600K à sa fréquence de base conserve une avance de 3,9 i/s.

La comparaison avec le Core i5 7400 est plus nuancée : la puce Intel obtient une meilleure moyenne, mais elle garantit un minimum d’images par seconde plus faible, ce qui se traduit par une fluidité inférieure.

Tests : Civilization VI CPU et GPU, Deus Ex: Mankind Divided

Civilization VI AI Test

Le test AI de Civilization VI mesure la puissance de calcul disponible pour le système d’intelligence artificielle lors d’une session de ce jeu de stratégie.

Civilization VI utilise 45 threads lors du test CPU, permettant d’occuper tous les cœurs disponibles, mais la durée mesurée du test ne diminue toutefois pas de manière linéaire avec l’augmentation du nombre de cœurs, comme l’on peut se rendre compte avec le Ryzen 5 1600X.  Même à 4 GHz, ce dernier reste derrière l’i5-7500, et la désactivation du SMT n’améliore en rien les choses, au contraire.

Civilization VI Graphics Test

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Le test graphique de Civilization VI montre quelques points intéressants. La désactivation du SMT n’apporte pas grand-chose si ce n’est une plus grande variabilité du nombre d’images par seconde. A ses fréquences de base, le 1600X dépasse aisément le Core i5-7600K, mais ce dernier repasse devant une fois les deux processeurs overclockés.

Deus Ex: Mankind Divided

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Ce jeu est le seul que les processeurs Ryzen dominent de manière convaincante. La totalité de la gamme Intel est devancée par les CPU d’AMD, avec une sorte de limitation dont on ne connaît pas la cause. Même en overclocking, le 7600K ne peut pas se détacher de cette limitation, alors que le Ryzen 5 1600X prend facilement la tête. Nous avons aussi constaté une baisse de performances des processeurs Ryzen lorsqu’on leur désactivait le SMT.

Tests : Hitman (2016), Middle-earth: Shadow of Mordor

Hitman (2016)

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Le 7600K overclocké se retrouve en tête dans ce jeu, et, encore une fois, la désactivation du SMT pour le 1600X diminuait ses performances. Remarquez que le 7600K parvient à offrir un nombre d’images par seconde minimal beaucoup plus solide, même en fréquences d’usine.

Middle-earth: Shadow of Mordor

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Ce jeu fait surtout très mal aux cartes graphiques. Les différences sont donc assez faibles. Le 1600X offre des performances solides (le SMT améliore encore les résultats en ips, mais empire la régularité du temps d’affichage). Overclocké, le 1600X profite d’animations encore plus fluides.

Tests : GTA V, The Division

Grand Theft Auto V

Nous mesurons les performances de ce jeu dans le benchmark intégré, durant la séquence précise du vol de F-16, très exigeante en ressources.

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Le 7600K prend une courte tête, mais son overclocking montre combien l’architecture Kaby Lake peut se montrer efficace une fois dans ses retranchements. Toutefois, nous avons remarqué une régularité de temps d’affichage inférieure lorsque le processeur est overclocké. Notez que le FX-8370 est totalement surpassé.

The Division

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Tom Clancy’s The Division est bien plus favorable au Ryzen 5 1600X. C’est aussi un jeu qui souffre beaucoup de la perte du SMT. Sans SMT, les performances baissent et le temps d’affichage des images se dégrade sévèrement.

Tests : Project CARS, Rise of the Tomb Raider

Project CARS

Project CARS est un jeu dépendant de la puissance CPU qui exploite le parallélisme en divisant des tâches en plus petits blocs répartis sur autant de coeurs. Malgré cela, le Core i5 7600K overclocké jouit d’une incroyable avance, directement liée à sa fréquence largement supérieure. 25 % de mégahertz supplémentaires se traduisent par 25 % d’images par seconde en plus. Il est rare de voir une aussi belle linéarité ! Les performances du Core i5 7600K sont d’ailleurs légèrement plus élevées que dans nos précédents articles, une hausse que nous ne savons pas expliquer. Elle n’est en tout pas liée au Game Mode de Windows 10.

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Bien que derrière le Core i5 7600K et même le Core i5 7500, le Ryzen 5 1600X dans sa configuration de base délivre un jeu fluide.

Rise of the Tomb Raider

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Rise of the Tomb Raider est également extrêmement sensible à la fréquence d’horloge. Le Core i5 7600K overclocké en profite grassement. Ce jeu est un des pires pour les Ryzen, nous ne sommes donc pas surpris de voir les Ryzen 5 à la peine. Les overclocker permet de diminuer leur retard. Supprimer le SMT n’apporte rien, en revanche.

Tests : station de travail

Nous rappelons que nos tests en situation de station de travail sont effectués par notre testeur allemand. Ils ont aussi été exécutés avec la Creators Update de Windows 10, des firmwares comparables (voire des versions identiques pour les mêmes marques) et les mêmes derniers pilotes.

Benchmarks 2D : DirectX And GDI/GDI+

Le Ryzen 5 se retrouve exactement là où on s’y attendait : entre le 1800X et le 1700X, pour ce test qui dépend surtout de la fréquence du CPU.

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Benchmarks 2D : Adobe Creative Cloud

La fréquence du CPU règne encore en maître dans ce test, mais le 1600X se retrouve juste derrière le 1700X. Avec une plus haute fréquence, le 1600X surpasse le Ryzen 7 1700 et ses deux coeurs supplémentaires.

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Benchmarks 3D: DirectX and OpenGL

Encore une fois, le 1600X se retrouve juste entre le 1800X et le 1700X. Un processeur 6 coeurs pourrait donc être le bon compromis à haute fréquence, pour ce type de benchmark n’exploitant pas la totalité des huit coeurs d’un Ryzen 7.

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Performances CPU : station de travail

Dans les applications professionnelles capables d’exploiter les huit coeurs d’un Ryzen 7, le 1600X se maintient sans rougir, en surpassant notamment les Core i5 à quatre coeurs. Le 1600X, une fois overclocké, se permet parfois de dépasser le 1700 !

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Performances CPU : Rendu photoréaliste

Blender adore le 1600X et sa combinaison 6c/12t avec des fréquences équivalentes au 1800X. Ces tests sont encore une fois favorables à l’architecture Ryzen, même le 6800K d’Intel se retrouve défié dans certains travaux !

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Performance CPU : Encodage, compression

HandBrake utilise tous les coeurs présents dans un CPU, et la domination des Ryzen 7 n’est donc pas une surprise, devant le 1600X. Plus intéressant : le 1600X se retrouve au niveau du 6800K, beaucoup plus cher.

Le test de compression 7-Zip est multithreadé, mais le 1600X se retrouve devant le 1700 avec son avantage de fréquence. Les Core i5 sont largués. La décompression est toutefois largement à l’avantage d’Intel, car elle profite de la puissance brute des coeurs du processeur.

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En conclusion, c’est plutôt simple : pour les stations de travail, combinez un 1600X avec une carte mère B350, et les Core i7 Broadwell-E seront dans le vent en termes de rapport performances-prix. La faiblesse d’AMD se retrouve toutefois plutôt au niveau de la mémoire vive : notre système de test ne pouvait pas en accueillir plus de 32 Go, et si vous dépasser les deux modules, vous perdez en bande passante sur un contrôleur-mémoire à seulement deux canaux.

Températures : mystère résolu !?

La sonde Tctl en question

Depuis le lancement des processeurs Ryzen 7, on sait que la lecture des températures communiquées par les capteurs des CPU Ryzen est problématique. Sur certains modèles, les températures indiquées sont en effet 20°C plus élevées qu’en réalité. Une manière de protéger les processeurs de la surchauffe ? Ce n’est pas certain.

Nous avons pris acte de ces problèmes et nous avons imaginé pour le lancement des Ryzen 5 une procédure de test assez compliquée à base d’un refroidisseur à compression industriel reconverti en refroidisseur CPU : le Eiszeit 2000 Chiller d’Alphacool. 

Le refroidissement du CPU est assuré par un bloc de refroidissement Alphacool Eiszeit XPX relié directement au compresseur. Le réservoir du refroidisseur contient 8 L de liquide de refroidissement, ce qui permet d’emmagasiner pas mal de chaleur avant de se réchauffer. Le débit de la pompe est de 40 L à la minute, ce qui assure une circulation plus que satisfaisante.

La particularité du Eiszeit 2000 Chiller d’Alphacool réside dans sa capacité à maintenir la température du liquide de refroidissement à un niveau donné. Cette température peut même être inférieure à la température de la pièce et dans notre cas, nous avons fixé la température cible à 20°C.

Au début, nous ne voulions qu’étudier le comportement du système XFR dans des conditions de refroidissement optimales et en parallèle, les pertes d’énergie entrainées par l’augmentation de la température. Mais nos premières mesures, que nous montrons ci-dessous, nous ont plus que déconcerté :

Sur le Ryzen 5 1500X et avec une consommation d’environ 19 W au niveau du package CPU, le Tctl indiquait une température de 17°C, c’est à dire 3°C de moins que la température du liquide de refroidissement !

Inutile d’expliquer pourquoi cette mesure est complètement à côté de la plaque. Nous avons donc entrepris de vérifier par nous même la température au niveau du heatspreader. Pour cela, nous avons utilisé de fines feuilles de métal développées à l’origine pour remplacer la pate thermique (des pads de métal liquide).

Mais notre refroidissement est tellement puissant que le point de fonte n’est jamais atteint, même lorsque nous plaçons une lamelle entre le bloc de refroidissement et heatspreader du die. Nous avons donc laissé dépasser une de ces fines feuilles en veillant à ce qu’elle n’ait pas d’influence sur les températures. Dans le cas du ventirad fourni dans la version boite, on a remplacé cette feuille par une très fine lamelle de cuivre.

À la base, nous voulions simplement mesurer la différence de température à la caméra infrarouge entre la température de l’eau et la température au niveau du heatspreader. Mais ici aussi nous avons constaté que nos mesures entraient en contradiction totale avec les températures relevées par les capteurs du CPU. Nous avons pu cerner deux points à partir desquels la courbe d’évolution des températures change de comportement. Cette courbe est donc loin d’être linéaire.

Nous avons supposé que le comportement des capteurs était dépendant de certains seuils de température, ce qui nous aurait donc permis de déduire certaines plages de températures au sein desquelles le capteur se serait comportés de manière prévisible avec un delta fixe par rapport à la réalité. A partir de cette valeur, nous aurions alors pu corriger la température indiquée pour connaître la température réelle.

Température vs. consommation

Comme notre système de refroidissement absorbe entièrement la chaleur dégagée quelque soit son intensité, nous avons dans un deuxième temps mesuré les valeurs Tctl indiquées par chaque processeur à un niveau de consommation donné. Pour éviter les effets de répartition inégale ou de yoyo entre les threads, nous avons réparti de manière uniforme sur tous les cœurs logiques la charge à l’aide d’un utilitaire spécialement programmé à cet effet. On observe les résultats dans le graphique suivant qui confirme nos suppositions :

En dessous de 20 à 25 W, les températures sont tout simplement fantaisistes. Plus intéressant, on constate une nette différence des valeurs Tctl communiquées selon que le processeur est un Ryzen 5 ou un Ryzen 7.

Sur notre système de test garantissant une température de refroidissement constante, on a démontré qu’à partir d’une consommation de 20 à 22 W, il existait une différence de quatre à six degrés entre les températures communiquées par les Ryzen 7 et les Ryzen 5 ! Les capteurs des processeurs Ryzen 5 indiquent donc pour un même niveau de consommation une température plus élevée que pour les CPU Ryzen 7 !

L’offset de 20°C d’AMD a déjà été pris en compte pour ces calculs.

Les 20°C de différence qui viennent en prime s’ajouter sur certains CPU AMD ont bien sûr été pris en compte. Si on considère également les variations possibles de dissipation de la chaleur au niveau du die et si on compare ces valeurs avec celles de nos mesures infrarouges, on obtient alors dans les trois plages indiquées les résultats suivants (valables pour notre système de refroidissement) :

Qui a raison, les Ryzen 5 ou les Ryzen 7 ?

Laquelle des deux valeurs est la plus plausible ? Est-ce que les Ryzen 5 indiquent une température trop haute, ou bien les Ryzen 7 une température trop basse ?

La courbe suivante montre l’évolution de la température au niveau du heatspreader du Ryzen 7 1800X pour une consommation de 58 à 60 W. Ces mesures sont prises sur 30 minutes à l’aide de la caméra infrarouge. Si on compare ces résultats avec le graphique et le tableau plus haut, il n’est pas possible que le Tctl et le heatspreader aient la même température. La différence de température attendue de 3 à 4 degrés entre le Tctl et le heatspreader est par contre atteinte par le Ryzen 5 1500X, ce qui confirme nos suppositions. Que ces valeurs soient aussi basses est bien sur dû à la puissance énorme du refroidisseur Chiller.

Nous pouvons donc en conclure que les Ryzen 7 indiquent une température de 4 à 6 degrés trop basse, puisque les deux processeurs Ryzen 5 ont, à dégagement de chaleur identique, une valeur de contrôle plus plausible.

Conséquences pour le refroidissement par air

Pourquoi les valeurs aux environs de 50 W nous intéressent tellement, nous le verrons lorsque nous testerons la consommation en jeu. Pour les CPU les plus modestes, on reste à peu près à ce niveau de consommation et il pourrait être intéressant d’adapter la courbe d’évolution de la vitesse de rotation des ventilateurs en fonction des résultats que nous avons présentés. Car à la fin, tout le monde ne dispose pas d’un refroidisseur à compression à la maison et ces changements de caractéristiques des capteurs ont une importance d’autant plus grande que le refroidissement n’est pas optimal !

Pour illustrer cela de manière un peu plus claire, nous avons retesté le le Ryzen 5 1500X avec le ventirad par défaut et nous avons fixé la vitesse du ventilateur au niveau atteint lors d’un premier passage à consommation maximale. Ici aussi on observe une cassure de la courbe aux environs de 50 W après laquelle la courbe monte beaucoup plus rapidement. Si on y regarde de plus près, on remarque aussi les 5 W de consommation supplémentaires engendrés les déperditions de courant dues à l’augmentation de la chaleur.

Mais restons aux températures et comparons encore une fois tous les CPU Ryzen une fois les températures débarrassées de leurs deltas respectifs :

La formule pour le Ryzen 7 1800X en test de torture serait donc la suivante :

67°C (capteur Tctl) – 20°C (pour certains processeurs Ryzen 7) + 4°C supplémentaires (pour tous les Ryzen 7) = 51°C

Compliqué, n’est ce pas ? Ce n’est pas nous qui dirons le contraire et personne ne peut vraiment saisir ce qu’AMD a pu bien trafiquer avec les capteurs. Si on avait pris les valeurs communiquées pour argent comptant, les Ryzen 7 seraient nettement moins chauds que les Ryzen 5 à un même niveau de consommation, ce qui défie les lois de la physique.

Pour finir, nous souhaitons insister sur le fait que les valeurs obtenues ici et les différentiels mesurés ne sont applicables que sur notre système de test et que ces valeurs sont susceptibles de varier sur d’autres machines. L’idée de base reste par contre transposable, et pour quantifier le phénomène de manière exacte, il faudrait reproduire ces mesures sur d’autres systèmes afin de généraliser.

Une telle entreprise n’était bien sur pas possible en amont du lancement de la nouvelle série de processeurs, puisque la mesure des températures sur ce système de test à pris à elle seule trois jours entiers.

Consommation électrique

Remarque préliminaire

En raison du système de refroidissement différent, des autres composants utilisés (carte mère, mémoire, etc.) et de la mise à jour de Windows et des pilotes, les résultats présentés ici ne sont pas directement comparables avec ceux de l’article de lancement ou de sa suite, même si les différences restent minimales. Nous avons donc fait repasser les tests aux deux Ryzen 7.

Les valeurs concernant la consommation proviennent de l’alimentation de la carte mère MSI. Ces mesures sont débarrassées des pics ou baisses très ponctuelles de consommation à l’aide d’un filtre passe-bas et servent de base au calcul de la consommation moyenne. Tandis que les graphiques détaillés de l’évolution de la consommation couvrent une plage de deux minutes, les graphiques à barres représentent la moyenne de consommation sur quinze minutes afin d’améliorer la précision de la mesure.

Consommation des Ryzen 5 en détail

Observons tout d’abord les courbes d’évolution de la consommation des deux nouveaux CPU sur une durée assez longue pour minimiser l’influence des variations ponctuelles de consommation.

Une comparaison directe entre le Ryzen 5 1500X et le 1600X est particulièrement intéressante car on est en présence d’une part d’un processeur à 4 cœurs, d’autre part à 6 cœurs. Leur comportement devrait donc être très différent. Pourtant, les valeurs relevées au repos, en surf et même sur AutoCAD sont presque identiques, alors que le cache du Ryzen 5 1600X est deux fois plus important que celui du Ryzen 5 1500X. On peut donc supposer que la coupure entre les parties fonctionnelles et les parties désactivées du die n’est pas nette et que certains cœurs désactivés sont toujours alimentés en courant. 

La consommation des processeurs commence à se différencier seulement quand les CPU sont plus fortement sollicités. La différence de consommation s’accroit alors progressivement et devient très nette en test de torture. Mais nous y reviendrons lors de notre comparaison entre Ryzen 7 et Ryzen 5 sous formes de graphiques à barres, mieux adaptés à l’analyse.

Comparaison de la consommation de l’ensemble des CPU

Observons maintenant la consommation au repos de tous les CPU Ryzen. La différence entre les modèles est vraiment minime et se laisse seulement après 15 minutes de mesures précisément quantifier. On ne remarque absolument aucune différence entre les 4, 6 ou 8 cœurs, ce qui nous renforce dans l’idée que la séparation électrique des parties désactivées n’est pas complète.

On pourrait se mettre à rêver de processeurs dont il serait possible de réactiver certaines parties. Mais AMD a surement pris des mesures pour que cela ne soit pas possible.

Dans les applications utilisant seulement un thread comme par exemple AutoCAD, les différences sont aussi très faibles, de sorte que les différences relevées sont sûrement le fait d’une différence de la qualité de gravure et des fréquences appliquées.

C’est seulement dans des tâches lourdes que les modèles les plus puissants se détachent du lot, même si le Ryzen 7 1700 reste plutôt sage en raison de sa fréquence très modérée qui fait de lui le processeur le plus économe.

En test de torture, c’est la même chose, le Ryzen 7 1700 malgré ses 16 threads est plus économe que le Ryzen 5 1600X avec 12 threads. Seul le Ryzen 5 1500X avec ses 8 threads reste relativement sobre, tandis que les Ryzen 7 les plus puissants consomment jusqu’à plus soif.

En résumé

L’impression que nous nous étions faite lors des tests Ryzen précédents se confirme. Comme les Ryzen 5 au repos et en charge légère ne sont pas plus économes que les Ryzen 7, on peut en tirer deux conclusions. Tout d’abord, les CPU aux cœurs désactivés ne sont pas de si mauvaise qualité du point de vue énergétique puisqu’ils ne consomment pas plus que les autres. Ensuite, la désactivation de certaines parties du CPU ne permet pas d’améliorer l’efficacité énergétique de ces CPU, ce qui signifie que les parties désactivées sont tout de même alimentées en courant.

La consommation des Ryzen testés jusqu’à présent est donc acceptable, voire bonne, et se situe à un niveau semblable aux processeurs Intel. L’efficacité énergétique se situe également au même niveau pour peu que les logiciels (y compris les systèmes d’exploitation) tirent pleinement parti des capacités de la nouvelle architecture.

Conclusion

Le Ryzen 5 1600X offre presque autant de fonctionnalités et de possibilités que les Ryzen 7, mais à un prix nettement plus abordable. Logique, puisqu’il s’agit du même die dont deux coeurs sont désactivés.

Comme un Ryzen 7, moins cher

Avec sa fréquence identique, le Ryzen 5 1600X délivre des performances très proches du Ryzen 7 1800X dans des applications peu multithreadées. Il se permet même de battre le Ryzen 7 1700 dans bon nombre de cas, où sa fréquence plus élevée compense son nombre de coeurs plus faible.
Les Core Kaby Lake d’Intel surpassent le Ryzen 5 1600X dans ces mêmes applications, où leur fréquence et leur IPC supérieur font merveille. Mais les coeurs et les threads supplémentaires gérés par le Ryzen 5 lui donnent l’avantage dans les programmes bien parallélisés. Le Ryzen 5 1600X titille même le Ryzen 7 1700X dans certains cas. Voilà qui en fait donc une puce toute indiquée pour construire des stations de travail au rapport performance/prix excellent, surtout comparé aux Broadwell-E hors de prix d’Intel.

Dans les jeux, le Ryzen 5 1600X fait perdre presque tout son intérêt au Ryzen 7 1700. Six coeurs font très souvent aussi bien ou mieux que huit. L’explication est sans doute à chercher du côté de l’Infinity Fabric, l’interconnexion entre les CCX, moins encombrée par le trafic de données entre les coeurs. Nous essaierons de mesurer cela dans un prochain article. En attendant, les joueurs n’ont vraiment plus de raisons d’investir dans les Ryzen 7.

Les Core i5 toujours imbattables en jeux

Mais n’oublions pas le Core i5 7600K. Il demeure un excellent processeur pour jouer, et, bien que le 1600X le talonne dans bon nombre de titres, le Core i5 reste plus rapide à ses fréquences d’origine. Son grand potentiel d’overclocking finit d’enfoncer le clou. Les Ryzen s’amélioreront sûrement à l’avenir, à mesure que GlobalFoundries perfectionnera sa gravure en 14 nm, mais Intel fera de même.

AMD a encore un gros travail d’optimisation à faire pour que les programmes tirent mieux parti de l’architecture inédite des Ryzen 5. Les premiers patchs livrés montrent que ce travail est en cours et prometteur. Si les développeurs jouent le jeu, la situation des Ryzen pourrait rapidement s’améliorer. En attendant, AMD a aussi cherché à optimiser Windows en créant un profil de performance spécifique, évitant les écueils constatés au cours des premiers tests. Malheureusement, certaines astuces ne fonctionnent pas de manière universelle avec les Ryzen 5. Par exemple, désactiver le SMT dégrade la fluidité de certains jeux.

Un excellent rapport performance/prix

AMD autorise l’overclocking sur des cartes mères à chipset B350 très abordables. Grâce à elles, les Ryzen 5 offrent un rapport performance/prix non seulement largement supérieur aux Broadwell-E, mais aussi meilleur que les Ryzen 7 pour le grand public et compétitif avec les Kaby Lake. Il faudra simplement investir dans de la mémoire rapide pour maximiser les performances en jeu.