Overclocker le Core i5

Introduction

Après avoir vu l’architecture de la plateforme et des processeurs Core i5/i7 sur LGA1156 puis leurs performances dans les jeux, le temps est venu d’examiner le potentiel d’overclocking : jusqu’où peut-on aller avec un ventirad ? Quel est l’impact du Turbo Boost sur les performances ? Comment la consommation évolue-t-elle au fil de l’overclocking ?

P55 : le nouveau BX ?

Cette comparaison a souvent été utilisée (parfois abusivement) pour décrire un nouveau chipset/une nouvelle plateforme qui a le potentiel pour devenir une référence incontournable, régnant sans partage sur une durée supérieure au cycle de vie courant d’un produit. A l’époque de la deuxième génération du Pentium II, le chipset 440BX était le meilleur choix malgré la présence de produits supérieurs sur le papier … lesquels s’avéraient finalement d’un rapport performances/prix inférieur, principalement à cause des capacités d’overclocking incroyables du 440BX. Bref, ce dernier était le seigneur des chipsets, au point qu’on y a régulièrement fait allusion depuis.

La comparaison avec le BX n’a jamais été aussi fondée qu’aujourd’hui, dans le mesure où nous sommes encore nombreux à utiliser un Pentium 4, Pentium D ou Athlon 64/X2 voir Core 2 première génération tout en lorgnant vers les quad core et probablement Windows 7 en vue d’un renouvellement de configuration. Comme on le sait déjà, le Core i5 est un des meilleurs choix du moment dans une tranche tarifaire accessible (mais supérieure), a fortiori lorsque l’on s’intéresse à l’overclocking.

La question est donc la suivante : Le P55 a-t-il le potentiel pour devenir le nouveau BX ? Oui et non. D’un côté, Intel prévoit une longue vie au socket 1156 même si l’agencement des pins et les spécifications électriques sont susceptibles de changer. Pour ce que l’on sait à l’heure actuelle, le P55 atteindra 2011 et la compatibilité entre LGA1156 et les futurs processeurs Westmere 32 nm devrait être de mise. Bref, le choix de cette plateforme ne devrait pas poser de problème de mise à jour dans le futur.

D’un autre côté, le P55 manque d’embarquer quelques nouveautés qui s’apprêtent à sortir : l’USB 3.0 et le SATA 6 Go/sec. Si le SATA III ne sera réellement intéressant que pour les SSD les plus rapides ainsi que les périphériques eSATA qui regroupent plusieurs disques sur un seul et même port, l’USB 3.0 nous semble incontournable dès sa sortie vu que la plupart des supports de stockage externes sont actuellement bridés à ~30 Mo/s du fait de l’USB 2.0.

Overclocking : de belles fréquences, quelques obstacles

Nous avons utilisé une carte mère MSI P55-GD65, laquelle nous a permis d’emmener l’i5-750 entrée de gamme jusqu’à 4,3 GHz. Cependant, la désactivation de fonctionnalités essentielles a été nécessaire pour aller au-delà de 4 GHz.

Quel processeur LGA1156 pour l’overclocking ?

Intel a commercialisé trois processeurs compatibles socket LGA 1156 : le Core i5-750 cadencé à 2,66 GHz, le Core i7-850 à 2,8 GHz, et enfin le Core i7-870 à 2,93 GHz. Les différences entre ces trois processeurs tiennent non seulement à leur fréquence mais aussi à la gestion du mode Turbo Boost : la fréquence individuelle des cores monte plus haut sur la série 800 que sur les autres modèles. Voyons ce qu’il en est en un clin d’œil :

Turbo Boost : nombre de palliers (dans les limites de TDP/A/Tem)

On pourrait s’attendre naturellement à ce que le processeur disposant de la plus grande fréquence soit le plus apte à l’overclocking, mais il ne s’agit pas d’une science exacte, la chance de tomber sur une bonne série rentre en compte. Vu que le core des trois processeurs LGA 1156 est identique, nous avons regardé le tarif avant de faire un choix : Pour un lot de 1000 processeurs, un Core i7-870 revient à 562 $ ce qui nous semble bien trop cher. Reste donc le i7-860 à 284 $ et enfin l’i5-750 à 196 $. Le rapport performances/prix nous tenant particulièrement à cœur, nous avons opté pour l’5-750. Ce dernier devrait être le plus attractif pour la majorité.

On commence donc à une fréquence de 2,66 GHz par défaut et un mode Turbo Boost qui emmène le processeur jusqu’à 3,2 GHz. Vu que le Core i7-870 atteint 3,6 GHz en maximisant le Turbo Boost pour un seul core, nous sommes également partis de cette fréquence pour voir jusqu’où le plus accessible des Lynnfield peut aller.

Configuration, résultats de base

Il existe déjà bon nombre de cartes mères dédiées à l’architecture LGA 1156 : les principaux fabricants de cartes mères considèrent le P55 comme étant un chipset incontournable, ce qui explique leur investissement massif dans ce socket. Nous avions déjà utilisé trois cartes mères différentes lors du premier article sur le Lynnfield, et nous en verrons plus encore lors d’un comparatif P55 à venir. Pour ce focus sur l’overclocking de l’i5, le choix s’est arrêté sur la P55-GD65 qui est le modèle intermédiaire de MSI sur ce chipset. La GD80 qui se positionne au-dessus bénéficie notamment d’un système de refroidissement plus élaboré ainsi que trois ports PCI Express 2.0 16x (contre deux pour la GD65). Ces trois slots sont câblés sur 16, 8 et 4 lignes, tandis que les deux de la GD65 sont sur 16 et 8 lignes.

MSI a choisi d’implémenter un étage d’alimentation sur sept phases avec régulation dynamique de la tension, un caloduc et bon nombre de fonctionnalités/composants courants sur les cartes mères qui visent l’overclocking. Un petit plus différencie toutefois ce modèle des autres : l’OC Genie est maintenant capable d’assurer un overclocking  d’une seule étape en s’attaquant au base clock lorsqu’on l’active. D’après la marque taïwanaise, cet assistant prend en charge tous les paramètres nécessaires, reste qu’il faut avoir les composants qui suivent comme one le verra dans le prochain comparatif de cartes mères. Nous avons ici désactivé toutes les fonctionnalités d’aide à l’overclocking pour procéder à l’ancienne.

La dernière version du BIOS permet de contourner l’ « overspeed protection », ce qui était nécessaire avant de pouvoir aller plus loin. Le coefficient multiplicateur le plus élevé était 21, celui-là même que le processeur utilise pour atteindre la fréquence maximale sur les quatre cores en mode Turbo Boost (133 x 21 = 2,8 GHz contre 133 x 20 = 2,66 GHz par défaut). La montée en fréquence s’est ensuite faite de façon progressive en augmentant la fréquence bclk (base clock) jusqu’à 215 MHz.

Fréquence maximale sans augmentation des tensions : 3,6 GHz

La tension par défaut de notre 750 est de 1,25 V, et nous avons pu atteindre très exactement la fréquence maximale spécifiée par Intel pour le Core i7-870 lorsque le Turbo Boost est à fond sur un seul de ses cores : 3,6 GHz.

Le résultat est impressionnant mais il était aussi prévisible : nous étions déjà parvenus à des niveaux similaires avec des Core i7 sur socket LGA 1366 sans que ceux-ci ne nécessitent une tension nettement plus importante.

De 3,6 à 4 GHz en jouant sur les tensions

Pour atteindre 3,8 GHz, il a simplement fallu augmenter la tension CPU de 1,25 à 1,32 Volt dans le BIOS.

Nous sommes ensuite parvenus à 4 GHz en poussant le Vcore à 1,45 Volt. Pour être absolument certain de la stabilité, la tension du PCH (P55) a également été augmentée mais les problèmes ne sont apparus qu’à partir de 4,1 GHz.

Résolution des problèmes de stabilité à 4,1 GHz

Etape suivante, 4,1 GHz avec 1,465 Volt dans le BIOS, mais la configuration était alors incapable de passer d’une charge maximale au repos sans crasher. Nous avons donc tenté des réglages supplémentaires au niveau des tensions processeur et carte mère, sans succès. La solution est venue de la désactivation des économies d’énergie dans le BIOS (C-state), ce qui s’est traduit par une augmentation brutale de la consommation en veille, mesurée à 34 Watts. Si la manipulation a rendu possible la montée en fréquence au-delà de 4,1 GHz, on voit aussi l’importance de maintenir le processeur dans un état de consommation le plus faible possible, c’est-à-dire que les transistors ainsi que les unités de calcul entières doivent être désactivés lorsqu’ils ne sont pas sollicités.

Fréquence maximale : 4,3 GHz

Il aura donc fallu 1,52 Volt pour assurer la stabilité à 4,2 GHz.

Nous avons pu atteindre 4,3 GHz sur notre Core i5-750 en appliquant une tension CPU de 1,55 Volt, mais il faut souligner que la configuration était alors instable : s’il était possible d’exécuter Fritz Chess et de faire des captures de CPU-Z, nous n’avons jamais pu terminer notre suite de tests à cette fréquence. De toute manière, on ne saurait recommander cette fréquence pour une utilisation quotidienne vu que la consommation était alors grimpée de 127 Watts par rapport au TDP initial. Regardons maintenant l’échelonnement des performances de 2,66 à 4,2 GHz, ainsi que les répercussions en termes de consommation.

Vous pouvez voir l’ensemble des captures d’écran  relatives aux réglages et fréquences dans l’album CPU-Z.

Récapitulatif des fréquences/tensions, configuration et protocole de test

                                   

                                             

Vous pouvez voir l’ensemble des captures d’écran  relatives aux réglages et fréquences dans l’album CPU-Z.

Configuration de test

                          

Tests synthétiques

La montée en fréquence se traduit par des gains de performance significatifs au niveau des tests synthétiques. Les benchmarks mémoire constituent une exception du fait qu’il nous a fallu abaisser la fréquence de la DRAM pour que celle-ci ne s’envole pas au-delà de ses capacités au fil de l’overclocking.

SiSoftware Sandra 2009

PCMark Vantage

 

Far Cry 2, GTA IV, Left 4 Dead

Le panel de jeux retenu profite lui aussi considérablement de l’overclocking, Left 4 Dead en tête. 3DMark Vantage affiche des gains nettement moindres du fait qu’il dépend avant tout des performances GPU.

Performances applicatives

Même verdict avec les applications, une montée en fréquence conséquente se traduit par des gains de performances considérables.

Audio & Vidéo

Les résultats obtenus avec les logiciels d’encodage vidéo et audio sont dans la lignée de ce que l’on a vu précédemment.

Encodage audio

Transcodage vidéo

Consommation et performance par Watt

La consommation de la configuration en veille évolue peu au fil de l’overclocking  jusqu’à 4 GHz inclus : les fonctionnalités d’économie d’énergie du processeur sont à même d’optimiser son rendement en désactivant les unités de calcul et cores lorsque ceux-ci ne sont pas sollicités. A contrario, nous avons donc du désactiver le c-state pour aller au-delà de 4 GHz ce qui n’est pas sans conséquences !

En charge, la différence de consommation est bien plus nivelée. On voit notamment que le passage de 2,66 à 4,2 GHz n’est pas loin de faire doubler la consommation. Les performances n’étant apparemment pas doublées pour autant, le rendement de la configuration risque de souffrir de l’overclocking.

Comme on pouvait s’y attendre, c’est en activant le Turbo Mode à fréquence d’origine que l’on constate le meilleur rendement (performance par Watt). L’augmentation des fréquences et tensions « à l’ancienne » sans tirer parti des plages de fonctionnement se traduit par des gains de performances appréciables, mais la consommation progresse encore plus rapidement. Pour peu que l’on soit attaché à la notion de rendement, mieux vaut donc éviter un overclocking massif.

Conclusion

Nous avions des attentes conséquentes mais réalistes. Vu que l’architecture Nehalem est intouchable en termes de performance/fréquence, nous nous attendions à une belle progression au fil de la montée en fréquence : la configuration de test bâtie autour de la MSI P55-GD65 a justement montré une hausse de performance significative et presque linéaire jusqu’à 4 GHz, au-delà de quoi il nous a fallu désactiver les économies d’énergie pour finalement atteindre 4,3 GHz. Bien entendu, c’est une fréquence qu’il faut éviter si l’on souhaite contenir la consommation en veille.

Sachant que l’on voit de nombreuses captures d’écran à 4,5 GHz sur le web, nos résultats ont l’air décevant à première vue, mais il faut tenir compte du fait que nous avons opté pour un Core i5-750 lequel représente l’entrée de gamme des Lynnfield et n’affiche que 2,66 GHz par défaut. Dans la mesure du raisonnable, si l’on regarde la fréquence maximale de 4 GHz, on constate tout de même un gain de 1,33 GHz soit 50 %. D‘autre part nous ne nous sommes pas penchés sur le refroidissement : le Thermalright MUX-120 s’est très bien comporté, mais un watercooling voir un dissipateur plus efficace pourraient offrir une marge de manœuvre un peu plus élevée.

Le Core i5-750 a de très bonnes propensions à l’overclocking, mais il faut se fixer des limites sous peine de voir la consommation s’envoler. Certes, ont peut arriver à 4,2 GHz comme si l’on était sur une configuration LGA 1366 avec un overclocking similaire, avec l’avantage d’un coût nettement inférieur. Toujours est-il que l’on prend conscience du fait qu’un overclocking « brut » n’est peut-être plus une si bonne idée que par le passé.

Intel est d’ailleurs déjà en train d’enterrer une certaine conception de l’overclocking en modifiant les processeurs. Les spécifications de ceux-ci découlent pour le moment de leur fréquence, mais l’enveloppe thermique devient prépondérante : tant que les CPU ne dépassent pas certains seuils électriques/thermiques, ils sont libres de fonctionner à la plus haute fréquence possible. Les futurs processeurs AMD et Intel pourraient tout à fait se baser sur cette notion aux dépends de la fréquence. Le Core i5 et notre projet d’overclocking montrent que les fréquences statiques n’importent plus comme avant,  ce sont désormais la plage de fréquences ainsi que l’enveloppe thermique/électrique du processeur qui comptent. A l’avenir, l’overclocking reposera probablement plus sur la plage de fréquences que sur une fréquence maximale bien déterminée.

Enfin, on ne peut pas encore dire si le P55 est le nouveau BX, mais l’achat d’un Core i5/i7 sur socket LGA 1156 est tout à fait sensé compte tenu du rapport performances/prix, que l’on compte overclocker ou pas.