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CPU Limited ? Plus de 100 benchs pour se faire une idée...

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Écrit par Pascal Thevenier   
Lundi, 30 Octobre 2006 11:16
Un processeur performant et une carte graphique puissante donnent évidemment les meilleures performances dans les applications ludiques. Le budget nécessaire n’étant pas toujours présent, il faut faire des choix. Est-il préférable d’opter pour un processeur faible et une carte graphique musclée ou l’inverse ? Qu’en est-il du fameux « CPU limited » ? Que vient faire la résolution dans cette affaire ? Pour tenter de répondre à ces questions, nous avons utilisé trois processeurs, trois cartes graphiques, trois résolutions et quatre jeux ! Avec plus de 100 résultats, il y a de quoi y voir plus clair…

Commencer par le commencement…

Comment est faite une « scène 3D » ? Ce sont des objets en 3D placés dans un espace 3D ! La partie visible des objets est calculée sur base d’un point de vision au travers d’une fenêtre. C’est au final ce que nous voyons à l’écran. Mais un tel rendu est bien loin de la réalité. Il faut y ajouter un éclairage qui va générer des ombres… Ceux qui réalisent des scènes 3D statiques le savent bien, le temps de rendu peut être très long pour arriver à un résultat photo réaliste. Après avoir placé les différents objets d’une scène (eau, arbres, maison, arrière plan et autres), orienté l’éclairage (le soleil par exemple), il reste à choisir son point de vue et attendre… Attendre, voilà bien une chose qui ne peut pas se faire dans un jeu ! Il faut rendre la scène idéalement plus de 40 fois par seconde.


Même si les processeurs et les circuits graphiques ont évolué depuis 1999, année de l’intégration du T&L, le principe reste le même. Contrairement à un rendu statique, un jeu fait en plus intervenir le son, l’intelligence artificielle, la physique ainsi que des entrées (clavier, souris, joystick) et des I/O comme d’autres joueurs en réseau. Une partie de la puissance du processeur central est donc consommée par ces diverses tâches. Mais la grande majorité est absorbée par la mise en place de la scène 3D dont la finalisation est assurée par le processeur graphique. Ce dernier se charge alors des opérations suivantes : Transform (rotation et mise à l’échelle des ensembles de vertex), Lighting (éclairage), Triangle Setup (aplatissage de la 3D en 2D) et Rendering (application des textures, pixel shaders, filtrages).


Plus concrètement

Côté processeur
Le moteur de chaque jeu a un comportement et une répartition de la puissance du processeur propre. En outre, la distribution de la puissance est variable ! Dans Serious Sam 2, il est possible d’afficher le nombre d’images par seconde et l’emploi du processeur. La partie dévolue à l’IA est très faible : 3%. Il faut dire que dans ce jeu, les adversaires font preuve d’une stupidité à toute épreuve : foncer et tirer. La partie monopolisée par l’audio (Sfx) est également faible (6%) et varie très peu. La physique peut prendre des proportions assez importantes. Dans nos deux captures faites au hasard, elle va de 8% à 16%. La partie msc pour miscellaneous (divers) principalement des I/O oscille pour sa part entre 2% et 3%. A chaque instant, AI, Phy, Sfx et msc consomment une partie des ressources. Le reste de la puissance ou du temps CPU (plus de 75%) est laissé à Gfx, c'est-à-dire, la mise en place de la scène 3D. On imagine alors assez facilement la suite… Si le processeur est trop peu puissant, il n’est pas en mesure d’envoyer régulièrement la scène 3D au processeur graphique.


Il ne faut pas non plus perdre de vue qu’un « timedemo » n’est jamais qu’une reproduction (toujours la même) de la scène, ce qui réduit le temps dévolu à l’IA. Dans une véritable partie de Serious Sam 2, la distribution du temps processeur reste cependant comparable à un timedemo. Mais dans d’autres jeux, une vraie partie peu consommer beaucoup plus d’IA. On peut donc généralement s’attendre à un fps moyen et surtout des minima plus faibles en conditions réelles qu’à l’issue d’un timedemo…

Et côté carte graphique
La carte graphique reçoit du processeur des données géométriques indépendantes de la résolution choisie. En gros, il s’agit d’une description de la scène sous forme matricielle. Elle reçoit également les textures, les shaders, les informations de rendu comme la résolution, les filtrages, etc. A la sortie des unités de vertex shader (anciennement le T&L), les éléments sont disposés à leur place dans l’espace et à la bonne taille. Le Triangle Setup fait ensuite office de fer à repasser en aplatissant la scène dans la résolution voulue. Les triangles aplatis sont ensuite texturés et les pixel shaders sont appliqués au cours du Rendering. C’est également au cours de cette dernière phase que les filtrages sont appliqués.


Le volume de données entrant étant peu ou prou identique, c’est uniquement la puissance de la carte graphique qui permet d’atteindre des résolutions plus élevées avec plus de filtrage. Les performances de la carte graphique peuvent être limitées par un manque de puissance du processeur. A noter également que certains moteurs limitent les FPS. Ainsi, Cars ne permet pas de dépasser 30 fps mais cette vitesse est constante...


Configuration de test

FarCry et Half-Life² : Coast étant des moteurs relativement légers en comparaison avec Quake4 et F.E.A.R., ils ont été testés avec les filtrages antialiasing 4x et anisotropique 8x. Les processeurs retenus permettent de « brosser » trois niveaux de puissance : Sempron 3000+ (1600 MHz, score CPU Mark : 185), Athlon 64 X2 3800+ (2000 MHz, score CPU Mark : 233) et Athlon 64 X2 4600+ (2400 MHz, score CPU Mark : 282). Côté carte graphique, nous avons également inclus trois niveaux de puissance graphique : GeForce 7600 GT (entrée de gamme), GeForce 7900 GT (milieu de gamme) et GeForce 7900 GTO (haut de gamme sauf au niveau du prix).

Matériel
  • Asus M2N Deluxe
  • AMD Sempron 3000+, Athlon 64 X2 3800+ et Athlon 64 X2 4600+
  • 2 x 512 Mo DDR2-800 55512
  • GeForce 7900 GT0, MSI GeForce 7900 GT et GeForce 7600 GT
  • Samsung SpinPoint 160 Go SATA-150
  • Benq FP202W

    Logiciel
  • Windows XP Pro + SP2
  • ForceWare 91.48
  • Half-Life² : coast : AA 4 x et AF 8x, toutes les options au maximum
  • Far Cry : AA 4x et AF 8x, toutes les options au maximum
  • Quake 4 : Qualité supérieur
  • F.E.A.R. : toutes les options au maximum sauf Soft Shadow désactivé


    Résultats





    D’emblée, on remarque qu’un simple Sempron 3000+ (1600 MHz) suffit à faire fonctionner les jeux en assurant le minimum syndical. On voit également que coupler une carte puissante à ce genre de processeur n’est pas d’un grand intérêt. Avec le Sempron 3000+, on n’obtient guère mieux avec un GeForce 7600 GT qu’avec une GeForce 7900 GTO. Dans ces conditions, on se rend compte que le CPU limite les performances. On constate aussi que dans cette configuration, la vitesse d’affichage baisse à peine avec la montée en résolution. La carte graphique est clairement sous-exploitée.

    Avec un Athlon 64 X2 3800+ (2000 MHz), on constate une augmentation globale et assez significative des performances, sauf avec la GeForce 7600 GT en haute résolution. C’est tout à fait normal : Dans ces conditions, c’est la carte graphique qui commence à saturer. Avec un Athlon 64 X2 3800+, il est cependant impossible d’être aussi catégorique qu’avec un Sempron 3000+, surtout avec les GeForce 7900 GT et GTO. Dans telle résolution, qui devient la limite : Le processeur ou la carte graphique ? L’examen des résultats montre qu’ils dépendent en plus du moteur du jeu… Une fois les tâches « incompressibles » assurées (IA, physique, son et divers), l’Athlon 64 X2 3800+ conserve encore beaucoup de puissance pour envoyer de nombreuses scènes 3D au GPU.

    L’emploi de l’Athlon 64 X2 4600+ (2400 MHz) fait encore progresser les performances. Mais cette fois, les résultats montrent clairement que la GeForce 7600 GT plafonne dans plus d’un titre dès les plus faibles résolutions. Le moteur du jeu a également son importance. Le passage d’un Athlon 64 X2 3800+ à un 4600+ secondé par une GeForce 7900 GTO n’apporte rien dans un jeu comme F.E.A.R. en 1680x1050 : pas le moindre gain. A l’inverse, dans les faibles résolutions là où le GPU est peu sollicité, les gains restent présents.


    Conclusion

    En pratique, les situations réellement « CPU limited » sont assez rares. Il faut vraiment utiliser un processeur de très faible puissance pour se retrouver dans un tel cas de figure. Un simple Athlon 64 à 2000 MHz suffit largement à assurer les tâches incompressibles d’un jeu tout en conservant pas mal de puissance pour le traitement des données graphiques. Dans nos jeux, surtout Quake4, le Sempron 3000+ est clairement limitatif : les performances progressent peu/pas, même en utilisant des cartes graphiques plus puissantes… Avec ces dernières, la montée en résolution ne fait même pas baisser les performances tant elles sont faibles à la base.

    Selon sa puissance, la carte graphique est capable d’atteindre des résolutions plus ou moins hautes. Peut-on alors se retrouver dans une situation « VGA limited » ? Certainement et bien plus souvent qu’un cas de « CPU limited » ! Cette situation se produit naturellement dans les plus hautes résolutions avec les jeux les plus lourds au niveau graphique. Elle est atteinte dans F.E.A.R. où remplacer un Athlon 64 X2 3800+ par un 4600+ ne fait pas progresser les performances en 1680x1050 que la carte graphique soit une GeForce 7900 GT ou une 7900 GTO…

    La plupart du temps, les configurations se retrouvent entre ces deux extrêmes : bridées tantôt peu par le CPU, tantôt souvent par le GPU. Du coup, de nombreux forumeurs désireux d’acheter un écran de 20 ou 22 pouces ont la réponse à leur interrogation : Faut-il upgrader la carte graphique ou le processeur pour jouer en 1680x1050 ? Beaucoup seront peut-être agréablement surpris de constater qu’une 7600 GT suffit presque pour jouer en 1680x1050 (sauf peut-être F.E.A.R, le jeu le plus lourd de ce panel). Si le processeur est déjà assez puissant, ce qui est généralement le cas, c’est bien entendu l’upgrade de la carte graphique qui apportera les gains les plus significatifs. En outre, même si c’est presque une lapalissade, plus les résolutions sont élevées plus les gains de performances liés au processeurs sont faibles… Et inversement, mais c’est moins intéressant !

    Ce qu'il faut donc retenir est que la charge attribuée au processeur est constante et ne peut être ajustée tandis que celle du processeur graphique varie en fonction de la résolution, de la qualité et des effets graphiques.
  • Mise à jour le Mardi, 10 Novembre 2009 20:23