Source : PC-optimise.info
Date d´impression : 24/04/2024 (11:04:29)
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Depuis l´arrivée en 2008 de l´architecture 64 bits Nehalem, Intel propose un large panel de processeurs partageant une base commune comportant un contrôleur DDR 3, trois niveaux de mémoire cache. La gestion énergétique de ces processeurs a fortement été améliorée en fonction de leur taux d´utilisation : ces processeurs se distinguent par une consommation extrêmement contrôlée lorsque peu de ressources sont nécessaires et chaque coeur voit son énergie gérée indépendamment.
Afin d´accroître davantage les performances et utiliser au mieux les ressources matériels, certains sont dotés de l´HyperThreading (optimisation apparue en 2004 avec les pentium 4), comme les Core I7 et Core I5 6xx. Pour les modèles haut de gamme (Core i7), le triple channel permet d´augmenter de 50 % les débits obtenus comparativement par du dual channel (introduit lui aussi en 2004). Enfin, une fonction Turbo permet d´augmenter la fréquence d´un des cores en cas de besoin lorsque les autres coeurs de calculs sont peu utilisés. Cette fonction permet donc au processeur de dépasser la fréquence nominale si nécessaire. Afin d´obtenir une gamme de processeurs encore plus complète, le cache est plus ou moins important selon les séries : ainsi, les caches L2 et L3 sont doublés pour les I7 et I5 7xx par rapport aux I5 6xx, et les I5 série 5xx voient leur cache L3 encore plus faible. Enfin, certains processeurs gèrent directement la virtualisation, pas d´autres... La granulosité des performances offertes par le fondeur californien est donc très faible (trop faible ?), allant du bas de gamme (I3) au haut de gamme (I7), en passant par un très grand nombre de variantes dans le milieu de gamme (I5).
Enfin, les sockets pour les processeurs haut de gamme diffèrent (1366 au lieu de 1156), et ne comportent pas de solution graphique intégrée.
Processeur en socket 1366 (source : Intel)
Depuis la sortie des Prescott et leur TDP frôlant les 130 W, Intel n´a cessé d´améliorer la gestion énergétique dans ces processeurs. L´architecture Nehalem tire profit de la réussite des processeurs mobiles Dothan et Banias, qui ont ensuite donné naissance aux excellents Core 2. La fréquence de fonctionnement est désormais dépendante de la charge à fournir (SpeedStep), comme pour les processeurs mobiles. En plus d´être écologique, cette démarche permet de refroidir plus facilement le processeur, et donc d´abaisser le niveau sonore lors des faibles sollicitations.
Ces changements de fréquences se font uniquement par variation d´un entier (coefficient multiplicateur), qui multiplie la fréquence de base, appelée BClock, qui joue en quelque sorte le rôle de FSB. C´est à partir de cette fréquence et d´un coefficient multiplicateur (un second) qu´est déterminée la fréquence de fonctionnement de la mémoire vive. Un troisième coefficient permet de régler la vitesse du contrôleur mémoire et de tout ce qui n´est pas unité de calcul (Uclock pour la partie "Uncore"), et un dernier la vitesse du bus QPI (bus servant aux transferts à haut débit avec l´extérieur du processeur).
Architecture Nehalem (source : Intel)
Pour de plus amples détails, on pourra se référer à l´article paru en 2008 sur le site Hardware.fr.
La grande maitrise des procédés de lithographie permet à Intel de fournir des processeurs aisément overclockables. Par conséquent, les processeurs fabriqués en 65 puis 45 nm peuvent facilement tolérer une baisse de la tension de fonctionnement à leur fréquence nominale.
La configuration testée est la suivante :
Configuration : 3 x 2Go de DDR3-16000 G-Skill Ripjaws + P6T deluxe v2 + Core i7 920 + xFx HD 4890
Le refroidissement est assuré par les différents éléments suivants :
Afin de mesurer la consommation de la tour, nous utiliserons un Watt-mètre Energy Check 3000 de chez VoltCraft (distribué par Conrad).
Le Watt-mètre Energy Check 3000 de VoltCraft
Pour mesurer la puissance de toute l´unité centrale, nous allons procéder comme suit :
Dans les lignes qui suivent, nous allons tenter de satisfaire deux contraintes à priori contradictoires :
En effet, la puissance consommée P d´un circuit numérique fonctionnant à la fréquence f et alimenté à la tension V est de la forme P=k.f.V2, avec k une constante à déterminer selon le circuit numérique utilisé. Pour un processeur avec différentes fréquences, il faut alors prendre en compte les différentes portions, selon leurs fréquences et tensions respectives. Pour assurer la stabilité, il faut par ailleurs augmenter la tension d´alimentation en même temps que la fréquence : à priori, on ne peut pas diminuer la consommation énergétique ! En pratique, les processeurs sont vendus avec des tensions d´alimentation très largement surestimées : leur stabilité est donc assurée sans soucis... même à des tensions plus faibles.
On peut donc espérer obtenir de meilleures performances tout en améliorant le bilan énergétique !
Enfin, le lecteur attentif aura pu noter que l´alimentation utilisée date tout de même de 2004 (test sur Matbe.com). Cependant, nous verrons qu´elle peut encore largement faire l´affaire. Même en prenant en compte l´overclocking, on peut très bien se contenter de 500 W sur une machine "haut de gamme", à partir du moment qu´on n´utilise pas de double carte video (Crossfire ou SLI).
Etant donné qu´il s´agit de mémoire pour overclocking, nous supposerons que le fonctionnement "de référence" de cette machine consiste à utiliser un Bclock de 166 MHz (au lieu de 133 MHz) et un coefficient multiplicateur de 16 (au lieu de 20), de sorte à satisfaire une fréquence en vitesse normale de 2.66 GHz (fréquence nominale du I7 920). Ces réglages correspondent en fait au mode "XMP" dans le BIOS, permettant de tirer profit de la vitesse des barrettes. Nous nous sommes quand même assuré que ce Bclock assurait encore la stabilité de la machine. Cependant, après quelques tests, cette fréquence est proche de la limite de stabilité puisque pour aller plus haut, il faut augmenter les tensions d´alimentation (ce que nous nous refuserons de faire pour réduire la consommation) QPI ou Uclock, vu les coefficients dont on dispose.
Pour les tests qui suivent, la référence en mode "XMP" correspond donc à un fonctionnement à 16x166 MHz (et mémoire en DDR3-16000) au lieu de 20x133 MHz (et mémoire en DDR3-10600).
Une fois le Bclock déterminé, nous avons donc imposé le coefficient multiplicateur à sa plus grande valeur : 21 (et non pas 20, à cause du mode turbo) : le processeur tourne alors à 3.5 GHz au lieu de 2.66 GHz. Dans un second temps, on a cherché la stabilité avec le Vcore le plus faible possible.
Afin de visualiser l´influence de la tension sur la consommation totale, nous avons alors choisi de diminuer au fur et à mesure la tension d´alimentation du processeur. On obtient alors la figure suivante.
Puissance consommée sous Prime95 (mode Blend) pour différents Vcore, après overclocking de 16x166 MHz à 21x166MHz sur un Core i7 920
On remarque que la consommation totale de la machine frôle alors les 480 W, ce qui signifie, avec le rendement de l´alimentation, que la consommation des éléments internes de la tour approche en fait les 380W, alors même que la carte video n´est pas sollicitée... En laissant les paramètres comme tels, l´alimentation risque de ne pas suffire lorsqu´une application nécessitera beaucoup de puissance de calcul à la fois sur le CPU et le GPU (comme de l´encodage, ou des simulations massivement parallèles). Pour cette raison, nous avons donc ensuite abaissé la tension d´alimentation. On constate par ailleurs qu´avec 1.275V, la consommation une fois overclockée est la même que la machine non overclockée avec son Vcore d´origine (1.375V) : on a donc amélioré les performances pour un bilan énergétique identique. Mieux, on peut encore continuer à descendre le Vcore, pour finalement atteindre 1.125V (Pour l´anecdote, le processeur a résisté à plus de 6h sans erreur à Prime95 avec 1.10V). Finalement, on parvient à diminuer la consommation maximale de 80W environ à la prise, lorsque le processeur est fortement sollicité, alors qu´il se montre presque 30% plus rapide.
La courbe en idle montre qu´Intel contrôle parfaitement la consommation de ses processeurs, puisque si ce dernier est peu utilisé, un maximum de composants cesse d´être alimenté. On se retrouve donc avec moins de deux watts de différence de puissance selon la tension d´alimentation, soit 220+/-1 W. Pour rappel, les fonctions C1E support et Intel C-State ont été activées dans le BIOS: selon CPU-Z, le coefficient multiplicateur passe à seulement 12, ce qui donne une fréquence de fonctionnement de 2 GHz.
Maintenant que nous avons un point de fonctionnement à 3.5 Ghz, nous allons étudier l´influence de la consommation en fonction du coefficient multiplicateur. En effet, lorsque la gestion d´énergie est activée, la fonction SpeedStep permet de changer le coefficient à la baisse pour diminuer la consommation. Nous allons donc à la main imposer le coefficient multiplicateur, et observer la consommation en full. On obtient la figure suivante.
Puissance consommée sous Prime95 (mode Blend) pour différents coefficients multiplicateurs sur un Core i7 920 avec un Vcore de 1.125V
Comme on pouvait s´y attendre, la consommation est quasi linéaire avec la fréquence de calcul du processeur. On peut noter qu´en gros, la consommation croit de 3.8W pour 100 MHz sous un Vcore de 1.125V. On peut d´ailleurs constater que la consommation en idle (220 W selon la première figure) laisse apparaitre une consommation de 300-220=80W lorsque le Core I7 est fortement utilisé à la même fréquence.
Nous avons cherché à tirer un maximum de performances en conservant au pire les tensions nominales (QPI et Uncore) de fonctionnement du processeur. L´obtention d´une machine 30% plus rapide consommant 60W de moins qu´avec la tension nominale offre un très bon compromis : parmi les avantages de cette combinaison fréquence/Vcore, on peut noter que la plus faible consommation permet de refroidir avec un niveau de bruit bien inférieur : l´alimentation monte bien moins en régime, et l´asservissement sur la carte mère pour le ventirad du CPU impose des vitesses de rotation bien plus faibles.
En activant les fonctions de mise en sommeil (C1E support et Intel C-State), la consommation en idle devient quasi indépendante de la tension et de la fréquence.
Concernant l´alimentation, on peut noter deux choses :
Du coup, même une "vieille" alim datant de l´époque des Intel Prescott peut faire l´affaire, tant qu´elle est fiable et de bonne facture. Les alimentations de plus de 600 W ne prennent d´intérêt que pour les machines à gros CPU et multi-GPU.
Plus de performances (3.5 GHz au lieu de 2.66 GHz), moins de consommation, moins de bruit, et des économies au passage... qui dit mieux ?
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