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Core 2 Duo, le test... |
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| Écrit par Pascal Thevenier |
| Vendredi, 14 Juillet 2006 07:09 |
 Courant 2000, la montée en fréquence des Pentium !!! a commencé à poser des problèmes insurmontables. Heureusement, Intel avait prévu la relève et en novembre 2000, les Pentium 4 sont arrivés avec Netburst, une architecture radicalement nouvelle. Le projet initial créé par la jeune équipe de développeurs était tellement ambitieux que les premiers exemplaires de Pentium 4 ne comportaient pas toutes les unités prévues et un cache réduit… Les performances n’étaient donc pas au rendez-vous. Pourtant, l’avenir pouvait alors être envisagé avec une certaine sérénité : le Pentium 4 pouvait monter en fréquence. Malheureusement, ce nouveau processeur s’est montré vraiment peu adapté aux ordinateurs portables, dont les ventes sont encore plein essor. Intel a donc revu sa copie dès 2003 avec « Centrino » et un processeur dérivé du Pentium !!!, le Pentium m. Ce dernier est d’ailleurs à la base des architectures Core !
Historique…  En mars 1993, Intel lance sa cinquième génération de processeurs et le constructeur en profite pour abandonner l’appellation x86. Le « 586 » devient ainsi le Pentium. Comme les 486, les Pentium utilisent toujours un cache L2 placé sur la carte mère. Pour la petite histoire, les Pentium ont débuté leur carrière à 60 MHz en 80 nm pour culminer à 233 MHz courant 1997 avec une gravure en 35 nm. Pour booster les performances multimédia, Intel lance le « Pentium MMX » équipé de 57 nouvelles instructions multimédia. Parallèlement au développement des processeurs de cinquième génération, le fondeur décline le Pentium en version « Pro » dont la particularité est d’intégrer le cache L2 (256 Ko ou 512 Ko selon les versions) à côté du die. En mai 1997, Intel « fusionne » les avantages du Pentium MMX (le jeu d’instructions multimédia) et les Pentium Pro (cache L2 embarqué).  Le résultat est le Pentium II qui introduit le Slot One. Cette cartouche embarque le processeur et un cache L2 externe de 512 Ko qui fonctionne à la moitié de la fréquence du processeur. Les premiers Pentium !!! lancés en février 1999 apportent un nouveau jeu d’instructions SSE mais ils conservent leur cache externe. Ce n’est qu’en 2001 avec les Pentium !!! Coppermine en Socket 370 que le cache est directement placé dans le die. Ce cache est appelé « full speed ».  La montée en fréquence sera assez important avec 550 MHz pour les premier Pentium !!! jusqu’à 1133 GHz pour le dernier modèle. A bout de souffle, le Pentium !!! n’atteint finalement les 1400 MHz qu’avec une ultime révision « Tualatin » en 13 nm. Conscient de cette limitation, Intel a conçu le Pentium 4 qui devait se défaire des limitations de l’architecture précédente, notamment au niveau du FSB et de la montée en fréquence limitée par un pipeline court. Le Pentium 4 a donc été conçu pour des fréquences très élevées… Il dispose d’un bus « Quad Pumped » et du jeu d’instructions inédit SSE2. Mais en 2000 lors du lancement, les Pentium 4 « Willamette » ne dépassent pas 1,5 GHz et la puce est une version simplifiée du projet initial. Avec les différentes révisions, Intel atteindra enfin son objectif et le Pentium 4 Northwood apporte enfin les lettres de noblesse à l’architecture NetBurst. Hélas, par la suite, la montée en fréquence a tourné au cauchemar avec une dissipation thermique importante et la nécessité d’allonger le pipeline…Intel a cependant limité les « dégâts » avec l’HyperThreading, les instructions SSE3 des Prescott et des améliorations de la prédiction de branchement. Les Pentium 4 ne sont pas adaptés aux ordinateurs portables. Leur haute fréquence implique une consommation importante et une dissipation thermique élevée. Le bilan est sans appel : l’autonomie fond comme la neige au soleil… Mal positionné sur un marché en plein essor, Intel revoit sa copie et le Pentium m arrive en mars 2003. Il hérite d’un pipeline court dérivé des Pentium !!! mais qui impose de faire l’impasse sur l’HyperThreading. Le Pentium m profite cependant des autres avancées du Pentium 4 : jeux d’instructions, bus « Quad Pumped » et prédiction de branchement optimisée. Le Pentium m originel « Banias » évolue ensuite en Dothan qui donne naissance au Yonah, sa version Dual Core.Aujourd’hui, l’architecture Core utilisée dans les Core 2 Duo est la synthèse de toutes ces avancées ! Sur le papier, les Core 2 Duo ont donc toutes les armes en main pour présenter des performances hors du commun… Les points clefs de Core Pour prendre la relève du Pentium 4, Intel avait le loisir de (re)partir sur NetBurst, concevoir une nouvelle architecture ou de profiter de Mobile (Pentium m). Le temps étant compté, il n’était pas possible de repartir d’une feuille blanche. Quant à NetBurst, elle avait clairement montré ses limites. Le choix de la base pour Core s’est en toute logique porté sur Mobile qui n’a pour ainsi dire quasiment pas de points faibles. Son seul défaut peut être une espérance de vie relativement brève. En effet, ses nombreux héritages du passé pourraient limiter son évolution à quelques années alors que NetBurst beaucoup plus novateur avait été conçu pour durer plus de cinq ans. Si les développement à long terme sont impératifs pour l’industrie, le consommateur préfère lui un produit performant dès son lancement ! Entendez par-là, un processeur qui décoiffe directement et pas une baisse de performances comme avec les Pentium 4 de la première heure…  Intel a choisi l’architecture unifiée Core pour ses processeurs classiques (Conroe), mobiles (Merom) et serveurs (Woodcrest). Tous les nouveaux processeurs d’Intel peuvent ainsi mettre en avant :
 Pour Core, Intel fait la part belle à un très haut rendement qui garantit des performances élevées avec une dissipation thermique contenue. La course aux GHz tombe donc aux oubliettes… Core repose sur cinq points clefs mis en avant par Intel :
L’achitecture Core Les cinq lignes directrices de Core servent indifféremment le processeur quel que soit son usage. Remarque importante : aucun des diagrammes ne représente réellement l’intégrité de Core. Sans être faux, ils procèdent à des simplifications souvent différentes… 
Remplissage maximum…  Pour mieux comprendre d’où vient la puissance des processeurs basés sur Core, il faut suivre le cheminement dans l’unité de traitement du processeur. Grosso modo, face à un NetBurst qui s’étirait en « longueur », une grande partie de la puissance de Core vient de sa « largeur » : 4 unités de décodage, 32 entrées pour le dispatch, caches très importants, etc. Le reste de la puissance, ou plus exactement de l’efficacité, tient en une collection de nombreuses optimisations. La première étape au cœur du processeur passe par « Instruction Fetch & PreDecode ». Il s’agit d’aller chercher les instructions du programme (Cache L1 des instructions) et de réaliser un premier décodage. Les technologies Smart Memory Access font en sorte que toutes les données et instructions nécessaires soient présentes dans les cache L1 (32 Ko pour les données et 32 Ko pour les instructions). Ces caches opèrent en 8-way et profitent d’un accès rapide (3 cycles). S’il faut faire appel au cache L2 (2 Mo ou 4 Mo avec accès 256 bits en 16 ways), la latence atteint alors 14 cycles mais les différents prefetchs font en sorte d’éviter au maximum cette situation. Dans leur cheminement vers les unités d’exécutions, les instructions sont examinée par une des ALU qui repère les macro opérations pour réaliser, le cas échéant, leur fusion. Lors du décodage des micro instructions, Core peut réaliser des fusions de ces micro opérations ainsi que des modifications profondes de leur ordre d’exécution. Il s’agit de la mise en œuvre du Out Of Order. La modification des ordres d’entrée a pour but d’utiliser les trois ports au mieux. Chacun des ces ports comporte une ALU, une FP ou une unité SSE mais ne peut remplir toutes les fonctions en même temps. Le diagramme montre d’ailleurs des différences entre ces trois ports : Branch, Fadd et Fmult. Selon les opérations à réaliser, les instructions chemineront vers tel ou tel autre port adapté. Une multiplication sera par exemple dirigée vers Fmult. Toutes les opérations préliminaires (flux optimisé par OOO, macro et micro fusion et ainsi que les prefetchs) font en sorte que les trois ports (« pipelines ») soient utilisés au maximum à chaque cycle. L’Advanced Branch Prediction destiné à éviter les erreurs de branchement, est comparable à celui des processeurs Core Duo. Il dispose de trois modèles de prédictions : global, bi-modal ou local. Le Memory Disambiguation évite les latences au maximum sur les opérations demandant plusieurs cycles ou dépendant d’autres résultats (notamment à cause d’une exécution Out Of Order). Core dispose de deux ports dédiés Load et Store alors que ces fonctions étaient remplies par une des ALU dans NetBurst. Load et Store permettent donc d’accéder à la mémoire sans monopoliser les autres ports. Enfin, tout est finalement réordonné au niveau de la « Retirement Unit ». Dans Core, le rendement tend donc vers un maximum. Cette conception est l’antithèse de NetBurst ou le faible remplissage du pipeline avait permis à Intel d’introduire l’HyperThreading afin de profiter des unités souvent inutilisées. Petit détail à propos de NetBurst, les Pentium 4 disposaient d’une capacité de décodage inférieure à leur capacité de traitement ! Avec la nouvelle architecture, cette limitation n’est heureusement plus d’actualité. L’extraordinaire avantage de Core est d’accélérer significativement toutes les applications sans avoir à attendre une quelconque optimisation des programmes. C’est le processeur qui se plie aux applications et non l’inverse. Configuration de tests  Pour ce premier test des processeurs Core 2 Duo, nous avons reçu un Core 2 Extreme X6800 à 2.93 GHz et un Core 2 Duo E6700 à 2.66 GHz ainsi qu’une carte mère Intel D795XBX Bad Axle (déjà utilisée dans le test des derniers Pentium D de la série 900). Au niveau de la mémoire, nous avons utilisé un kit Corsair Twin2X1024-5400C4, soit deux modules de DDR2-667 en 4/4/4/12. Ces modules ne sont pas les plus performants du marché. Avec de la DDR2-800 ou de meilleurs timings, les prestations des Core 2 Duo seront encore meilleures. Côté carte graphique, nous avons conservé la GeForce 7800 GTX de notre configuration de référence. Au moment de publier les résultats, nous ne disposions pas encore d’une machine de test pour tester les Athlon 64 X2 en support AM2.Matériel Logiciel Performances              Montage, chauffe, consommation et overclocking…  Les Core 2 Duo héritent du support LGA775 des Pentium 4 et Pentium D. Pas de pattes au processeur et donc peu de risques de le dégrader au montage. L’installation dans le « gaufrier » est facile mais il faudra être soigneux avec le support qui comporte tous les points de contact.Avec la carte mère Intel D975XBX, nous avons eu quelques déboires. Celle-ci également livrée « nue » sans le moindre accessoire a refusé de démarrer avec plusieurs blocs d’alimentation équipés d’une prise auxiliaire 4 broches. Le branchement d’un connecteur molex à la carte mère n’a pas non plus permis le boot. Tout est rentré dans l’ordre en faisant appel à une alimentation dotée d’un connecteur 8 broches. Renseignements pris, la version boîte est livrée avec l’adaptateur idoine… Un adaptateur de plus en vue !  Le kit fourni par Intel ne comportait pas de HSF. Nous avons utilisé celui d’un Pentium D 940. Il se montre à la hauteur en tournant la majeure partie du temps entre 1800 et 2000 rpm où il se montre silencieux. Lors de fortes chaleurs (jusqu’à 29°C dans la pièce de tests), il s’est emballé à plus de 2700 rpm avec le Core 2 Extreme. Dans ces conditions, il se fait clairement entendre. Il reste à savoir quels seront les HSF livrés en série par Intel dans les processeurs vendus en boîte. Nos tests ayant été faits dans un boîtier (et non sur un banc), nous recommandons vivement un modèle équipé d’une entrée d’air latérale face au processeur.Au niveau des consommations, le Core 2 Exteme demande 0,55 A (121 Watts) au repos comme les deux autres Core 2 Duo ainsi que les Athlon 64 X2 4200+ et 4400+ (re)testés pour l’occasion. En charge, le Core 2 Extreme consomme 1,01 A (222 Watts), il est suivi en toute logique par le E6700 avec 1.00 A (220 Watts) et le E6600 à 0.98 A (215.6 Watts). Les Athlon 64 X2 4200+ et 4400+ arrivent respectivement à 1.05 A (231 Watts) et 1.06 A (233.2 Watts). Nous sommes donc loin des 1.50A (330 Watts) engloutis par le Pentium D 950 ! Côté overclocking, notre Core 2 Duo E6700 passe sans problème à 3,2 GHz avec le voltage d’origine. Il s’agit d’un modèle Stepping 5, mais certains modèles « déjà commercialisés » bénéficieraient déjà d’un Step 6. Nous n’avons donc pas approfondi les tests sur ces modèles. Cependant, à la lecture des forums, le potentiel d’overclocking est bien présent. A l’heure du choix ?  Ces premiers tests mettent en évidence un retournement complet de la situation. Alors que les Pentium 4 et Pentium D étaient nettement dominés par les Athlon 64 et Athlon 64 X2, les trois Core 2 Duo testés ici remettent les pendules à l’heure. Les performances sont franchement au rendez-vous, la consommation et la dissipation thermique n’ont rien à envier à celles des Athlon 64 (X2) qui faisaient référence dans le domaine. Toutes les optimisations apportées à l’architecture Core portent donc leurs fruits. Même si certains esprits chagrins se plaindront de ne trouver « aucune réelle innovation » dans un Core 2 Duo. Core est un pot pourri de technologies éprouvées ? Et alors ? L’Athlon 64 n’est autre qu’un Athlon XP avec un contrôleur mémoire embarqué ! Nous n’achetons pas spécialement des innovations mais des performances… A l’heure où nous bouclons ces lignes, nous ne savons pas encore quel sera le système livré par Intel avec ses processeurs Box. Avec le HSF d’un Pentium D 940, les Core 2 Duo testés se montrent aussi discrets que les Athlon 64… Core atteint ses objectifs, le bilan est donc 100% positif. S’il est difficile de se prononcer sur la totalité de la gamme Core 2 Duo sur base des trois modèles les plus performants, ce premier contact montre des performances largement au dessus des processeurs de notre base de données. Qui plus est, les Athlon 64 testés ici profitent des modules de DDR400 avec les meilleurs timings alors que les Core 2 Duo ont été essayés avec de la DDR2-667 relativement banale. Les Athlon 64 risquent donc de perdre un peu au change quand nous testerons les modèles AM2 avec de la DDR2.En l’absence de toute nomenclature comparable dans les appellations des Core 2 Duo et les Athlon 64 X2, c’est le prix qui s’imposera naturellement comme un des critères de choix. Les Core 2 Duo E6600 annoncé à 316$ devraient faire face à un Athlon 64 X2 4200+ (aujourd’hui à ~360€). Dans ces conditions, les Core 2 Duo E6600 s’imposent clairement ! 
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| Mise à jour le Mardi, 10 Novembre 2009 20:23 |
Wide Dynamic Execution regroupe les différentes améliorations qui ont été portées dans le cœur même du processeur. On retrouve ainsi un pipeline long de 14 étages contre seulement 12 niveaux dans Mobile et pas moins de 31 dans les derniers Pentium 4. Avec 14 étages, Core bénéficie d’un excellent compromis entre montée en fréquence et nombre d’instructions par cycle. Core profite également d’un « 4-wide dynamic execution engine » soit 3 décodeurs simples et un complexe contre seulement 3 dans Mobile. Ses possibilités de traitement OOO (Out Of Order) sont donc plus importantes. Naturellement, Intel a inclus en amont des buffers plus imposants. Un des points forts de Mobile utilisé dans Core est la macro fusion. Elle permet de fusionner certaines instructions (par exemple une comparaison suivie d’un saut conditionnel) afin qu’elles puissent être traitées comme une seule instruction interne (micro-op). Core dispose d’une ALU améliorée dont le rôle est de traquer la présence de ces macro instructions pouvant être fusionnées en une micro-op. La fusion des macro opérations se fait naturellement avant le décodage. Lors du décodage, les macro opérations sont décomposées en micro-ops et Core peut également les fusionner d’une manière optimale. Ce très haut niveau de décomposition et/ou de fusion des instructions issues d’un programme suivi d’une réorganisation (et le cas échéant de nouvelles fusions) conduit à un rendement très élevé. Toutes les ressources internes sont ainsi utilisées au mieux. Intel atteint ainsi tous ses objectifs : performances élevées par cycle, faible consommation, dissipation thermique contenue.
Advanced Smart Cache est le nom attribué au cache L2 unifié de l’architecture Core. Contrairement aux Pentium D et aux Athlon 64 X2, les processeurs Core profitent d’un cache L2 unifié. Cette solution présente plusieurs avantages. D’une part, elle évite un trafic important sur le FSB (par comparaison aux Pentium D) et d’autre part, les informations du cache L2 ne sont jamais dupliquées inutilement. En outre, il y a beaucoup plus de chance que les données attendues par un des cores se trouvent dans 2 Mo ou 4 Mo de cache unifié que dans 512 Ko ou 1 Mo dédié à chaque core. Le « cache hit rate » est plus important, les requêtes vers la mémoire centrale via le FSB sont réduites, ce qui diminue d’autant la latence. En cas de besoin, la totalité du cache peut être allouée à un seul des cores. L’arbitrage est pris en charge par le Bandwidth Adaptation Buffer qui assure un accès au cache en gérant les demandes des cores tout en réduisant le plus possible le délai inhérent à une demande d’accès aux mêmes données.
Smart Memory Access est une technologie qui regroupe les améliorations conçues pour que les processeurs Core accèdent aux données avec le moins de latence possible. Intel parle de « when and where » pour ses données, ce qui signifie « quand et où ». Les données doivent ainsi être chargées avec une anticipation optimale afin de ne jamais être attendues (when – quand). Grâce à la technologie Memory Disambiguation, Core dispose d’un système évolué capable de pallier les problèmes de latence mémoire liés à une exécution OOO.
Advances Digital Media Boost regroupe les fonctions qui accélèrent les performances lors des traitements SIMD (Single Instruction Multiple Datas). Les Core 2 Duo sont équipés de 3 unités SSE 128 bits. Par cycle, un processeur Core peut traiter 12 opérations SSE 32 bits. En pratique, il semble que seulement deux ports SSE opèrent de concert. A titre de rappel, Mobile ne disposait que de deux unités 64 bits. Core présente donc une puissance de traitement SSE deux fois plus élevée.