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Core i7 3770K (Ivy Bridge 22 nm) en test

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Écrit par Pascal Thevenier   
Lundi, 23 Avril 2012 15:48
Depuis plusieurs années, les processeurs Intel évoluent au fil des Tick et Tock qui s’enchainent presque avec la régularité d’une horloge suisse. Lors du Tock de 2011, le géant de Santa Clara a dévoilé sa microarchitecture Sandy Bridge en conservant le processus de gravure en 32 nm étrenné par les Westmere. Cette année, les processeurs Ivy Bridge n’ont pas droit à une nouvelle microarchitecture mais à une technologie de gravure inédite. Ce Tick est essentiellement synonyme de transistors 3D en 22 nm mais aussi d’une légère évolution de la partie « Core » et d’une avancée qu’Intel qualifie presque de Tock au niveau du GPU !


Des transistors 3D en 22 nm

Les Ivy Bridge représentent une évolution des Sandy Bridge. L’architecture bénéficie certes de quelques optimisations mais selon le schéma d’Intel, il s’agit d’un Tick, le passage à un processus de gravure plus fin.


Grâce à des investissements importants et une collaboration optimale entre ses différentes équipes, Intel dispose de moyens de production nettement plus avancés que n’importe quel autre fondeur, spécialistes (tels que TSMC) compris.


Dans un transistor, le courant passe ou non entre la source et le drain. Ce passage est commandé par l’état de la porte (gate) mais en pratique, la situation n’est pas aussi simple. En effet, un transistor n’est jamais totalement fermé et laisse toujours passer un peu de courant. C’est ce qui s’appelle le « leak » ou les fuites. Jusqu’à l’introduction de la technologie 22 nm, la source et le drain étaient tellement fins qu’ils étaient considérés comme plats. Dans un transistor 3D, ce n’est plus le cas, il possède une hauteur. En anglais, on parle de « fin » c'est-à-dire aileron ou ailette pour évoquer cette hauteur, d’où le nom FinFET (Fin Field Effect Transistor). Plus d’infos sur les transistors 22 nm 3D…



L’Ivy Bridge

Les processeurs Sandy Bridge Quad Core embarquent 1,16 milliard de transistors en 32 nm étalés sur 216 mm². Les nouveaux Ivy Bridge Quad Core comme le Core i7 3770K que nous testons aujourd’hui se composent de 1,4 milliards de transistors 3D en 22 nm répartis sur 160 mm². Le nombre de transistors augmente donc de 40,9% tandis que la surface du die est réduite de 25,9%. Enfin, à titre informatif, les Lynnfield en LGA1156 (sans GPU intégré) sont constitués de 774 millions de transistors en 45 nm sur une surface de 296 mm². Le die d’un Ivy Bridge est donc presque 2x plus petit que celui d’un Lynnfield !


Le Core i7 3770K a une fréquence de référence de 3,5 GHz comme le dernier Sandy Bridge « K » (Core i7 2700K). En comparant les processeurs disponibles au lancement, l’Ivy Bridge Core i7 3770K a un avantage de 100 MHz sur le Sandy Bridge Core i7 2600K. Grâce à son Turbo, le Core i7 3770K grimpe à 3,9 GHz exactement comme le Core i7 3960X Sandy Bridge-E ! A croire qu’Intel ne veut pas franchir la barre des 4 GHz…


Par rapport à la génération précédente, il n’y a bien entendu pas de changements dans les caractéristiques. On retrouve donc les jeux d’instructions MMX, SSE (jusqu’au 4.2), EM64T, VT-x, AES et AVX. A noter que ce dernier set requiert Windows 7 SP1 pour être fonctionnel. Les caches sont identiques avec 32 Ko de L1 pour les données et 32 Ko de L1 pour les instructions ainsi que 256 Ko de L2 par cœur et enfin un LLC de 8 Mo.


Les nouveautés du CPU

Si l’architecture est préservée, les Ivy Bridge apportent quand même quelques améliorations et profitent même de plusieurs nouveautés.


La plus importante est le contrôleur PCI-Express 3.0 qui permet de doubler la bande passante. La circuiterie nécessaire à la prise en charge de la nouvelle norme est greffée sur le contrôleur PCI-Express 2.0. Par le passé, les gains étaient obtenus en doublant les transferts par seconde. Le gain est cette fois obtenu par la combinaison d’une augmentation des transferts de 60% et par un encodage inédit en 128/130 bits bien plus performant que l’ancien 8/10 bits (un document Intel détail techniquement le PCI-Express 3.0). Le nouvel encodage ne consomme plus que 1,6% de la bande passante contre 20% auparavant ! Selon les tests publiés par Intel, la bande passante passe de 6~7 Go/s en PCI-Express 2.0 à ~12 Go/s en PCI-Express 3.0. Le contrôleur de l’Ivy Bridge compte toujours 16 lignes PCI-Express. Elles peuvent être distribuées 16 + 0 + 0, 8 + 8 + 0 ou 8 + 4 + 4.
  • PCI-Express 1.0 : 2.5 GT/s, encodage 8b/10b, 250 Mo/s par ligne, jusqu'à 8 Go/s
  • PCI-Express 2.0 : 5 GT/s, encodage 8b/10b, 500 Mo/s par ligne, jusqu'à 16 Go/s
  • PCI-Express 3.0 : 8 GT/s, encodage 128b/130b, 1000 Mo/s par ligne, jusqu'à 32 Go/s
Des modifications et optimisations ont été réalisées au niveau du contrôleur de mémoire. Une partie vise à réduire la consommation comme l’arrêt du DDR I/O en mode deep C (idle). Le contrôleur prend en charge les DDR3(L) 1333 et DDR3(L) 1600 à 1,5 volt mais ne supporte curieusement pas les barrettes « L » à 1,35 volt. Il gère les profils XMP 1.3 et, en overclocking, peut piloter de la DDR3 à 1866 MHz ou 2133 MHz voire même à 2666 MHz.

Intel a optimisé la consommation de ses nouveaux processeurs à d’autres niveaux que la mémoire. La technologie PAIR pour Power Aware Interrupt Routing privilégie au choix les performances ou l’économie d’énergie. En mode économie, elle évite de réveiller un core si la charge augmente préférant accroître l’activité d’un des cœurs déjà actifs mais peu sollicité. En mode performances, un cœur sera de préférence activé pour la charge supplémentaire. Afin de réduire la consommation, les tensions sont soigneusement adaptées en fonction de la fréquence de chaque cœur. Les diverses optimisations permettraient ainsi une amélioration de la consommation de 20% pour une charge de travail typique.

Les Ivy Bridge reçoivent en exclusivité un générateur de nombres aléatoires de haute qualité appelé DRNG (Digital Random Number Generator) qui peut être utilisé par exemple pour générer des clés de sécurité. Il produit des nombres aléatoires en 16, 32 ou 64 bits. Une commande spécifique permet de faire appel au DRNG.


Les nouveautés du GPU

Si l’Ivy Bridge est un « simple » Tick dans l’évolution, les changements apportés à la partie graphique peuvent, de l’aveu même d’Intel, être considérés comme un Tock. Dans ses documents, Intel présente son IGP comme un processeur 3D de septième génération avec de nombreuses optimisations notamment au niveau du bloc « VS/GS, Setup/Rasterize, Hierachical-Z et Hardware Clipper » (à gauche sur le shéma) et des Execution Units (EU sur le schéma).


L’HD Graphics 4000 profite à présent d’un maximum de 16 unités de calcul en 128 bits contre 12 pour l’HD Graphics 3000. Si les fréquences restent similaires avec jusqu’à 1350 MHz, le nouvel iGPU prend à présent en charge DirectX 11 et OpenGL 3.1 contre les versions 10.1 et 3.0 pour son prédécesseur. Autre grande nouveauté, la troisième génération de processeur graphique intégré Intel prend enfin en charge OpenCL (GPGPU).

Le moteur 2D 128 bits de l’HD Graphics 4000 gère jusqu’à trois écrans (ou « planes » dans les documents techniques d’Intel) simultanément grâce à trois « pipes planes ». Chacun des pipes est indépendant des deux autres et traite un pixel par cycle. Les pipes A et B sont optimisés pour le décodage vidéo tandis que le C, inédit, est plus rudimentaire et ne bénéfice pas de ces raffinements. Les circuits logiques (variables selon le type de sortie : DVI, HDMI, LVDS, etc) sont cette fois intégrés dans le PCH. L’Ivy Brige utilise un bus spécifique appelé Flexible Display Interface pour communiquer avec le PCH sans surcharger le bus DMI. Le FDI est un bus triple qui utilise la fréquence de référence de 100 MHz et offre un taux de transfert de 2,7 Gbps sur chaque canal.

Dans le mode Multi Graphics Multi Monitors, l’HD Graphics 4000 peut opérer de concert avec une carte graphique PCI-Express dédiée. Dans ces conditions, chaque GPU peut piloter 2 écrans pour un total de 4. Enfin le moteur vidéo qui a son propre pipeline décode en hardware les flux vidéo AVC/H.264, VC-1 et MPEG-2.


Le PCH Z77 & compatibilité LGA1155


Le « chipset » Z77 est le nouveau compagnon du support LGA1155. Par rapport à la génération précédente, il apporte le support natif de 4 ports USB 3.0 et permet aux Ivy Bridge de piloter jusqu’à trois écrans au lieu de deux. Il n’y a donc pas de quoi se ruer sur ce nouveau PCH surtout si, comme dans la majorité des configurations, une carte graphique dédiée sera installée et que la carte mère offre déjà des ports USB 3.0 via un ou des contrôleur(s) tiers.


L’intérêt du Z77 ainsi que des autres PCH Serie 7 est d’autant plus relatif que les Ivy Bridge s’installent sans problèmes sur les cartes mères équipées d’un PCH Serie 6.


La carte mère DZ77GA-70K

Pour évaluer sa nouvelle plateforme, Intel nous a fourni une DZ77GA-70K, une carte fonctionnelle sans « fioriture ». Elle offre ainsi 4 ports USB 3.0 natifs, 2 ports SATA 6 Gbps natifs et 3 ports SATA 6 Gbps (dont un externe) additionnels en complément des 4 connecteurs SATA 3 Gbps natifs. On retrouve également un port FireWire, 6 sorties USB 2.0, 2 interfaces Ethernet, les entrées et sorties audio (dont une optique) et un bon vieux connecteur PS/2. Orienté « power user », la DZ77GA-70K dispose de 3 ports PCI-Express 16x mais une seule sortie HDMI qui ne permet pas d’exploiter toutes les capacités de l’HD Graphics 4000. Les composants sont bien disposés et lors de son installation, nous n’avons rien observé de particulier. Au chapitre des petits plus, la DZ77GA-70K est équipée d’un afficheur LED Debug ainsi que de trois boutons : power, reset et back to BIOS (accès au BIOS même en cas d’overclocking trop poussé qui empêche le boot). S’il fallait résumer la DZ77GA-70K en un seul mot, pragmatique serait le terme parfait.


L’UEFI graphique est plaisant. L’interface est très réussie et la navigation est aussi rapide qu’aisée. Nous avons apprécié le monitoring graphique en temps réel des températures, de vitesse de rotation des ventilateurs et de tensions. Si le choix du périphérique de boot via un double clic est plutôt pratique, il s’est parfois montré un peu capricieux pour démarrer sur une clé USB 2.0 réalisée avec RT7lite pour une installation automatisée de Windows 7. Les options proposées pour l’overclocking du CPU, du GPU et de la mémoire sont complètes (même si d’autres cartes proposent plus) et on retrouve les sécurités habituelles telles que le watchdog de boot, la mise à jour du BIOS via une clé et un mode recovery.


Configuration de tests


Matériel
  • Intel DZ77GA-70K (Z77, LGA1155), Intel DX79SI (X79, LGA2011), Intel DH67BL (H67, LGA1155), Intel DX58SO (X58, LGA1366) et Intel DP55KG (H55, LGA1156)
  • Core i7 3770K (3,5/3,9 GHz), Core i7 2600K (3,4/3,8 GHz), Core i7 3960X (3,3/3,9 GHz), Core i7 980X (3,33/3,6 GHz), Core i7 870 (2,93/3,6 GHz) et Core i5 750 (2,66/3,2 GHz)
  • 8 Go Crucial Ballistix DDR3 1600 CL8 4 (6 Go LGA1366 @ 1333 CL8 avec Core i7 980X)
  • GeForce GTX 560 Ti
  • Intel X25-m 160 Go et Western Digital Caviar 640 Go
  • Dell 2407WFP
  • Noctua NU-U12P et Intel
  • Cooler Master Silencio 550
  • Cooler Master Silent Pro M2 620
Logiciel
  • Windows 7 64 bits SP1
  • Driver GeForce 285.62
  • Intel Inf update 9.2.3.1022


Les performances

Ce premier test n’utilise qu’un seul core et l’âge avancé de ce bench permet des comparaisons avec les processeurs les plus anciens (pensée émue pour un bon vieux Pentium !!! 500 MHz et son score de 38,5). Le Core i7 3770K est le premier à passer la barre de 600 à ce test tandis que le Core i7 3960X buttait juste en dessous alors que les deux processeurs partagent la même fréquence turbo de 3,9 GHz. Par rapport au Core i7 2600K, le Core i7 3770K se montre 7,5% plus rapide mais sa fréquence turbo est plus élevée de 100 MHz (2,46%).



Le constat est identique dans le FPU Mark, un test également mono thread. Le nouveau Core i7 3770K devance légèrement les Core i7 3960X. Par rapport au Core i7 2600K, le Core i7 3770K se montre 8,5% plus véloce mais il ne faut pas oublier la petite différence de fréquence.



Avec le test intégré de 7z, les processeurs peuvent s’exprimer pleinement vu qu’il exploite tous les cœurs. Le classement est donc sans surprise avec les deux Hexa Core qui prennent naturellement la tête. Le Core i7 3770K s’avère 13,5% plus rapide que le Core i7 2600K.



GeekBench 2.2.3 réalise des tests plus variés que 7z. Du coup, le Core i7 3770K devance légèrement le Core i7 980X qui a deux cores de plus. Si ce résultat est assez étonnant, dans certains tests CPU et FPU d’AIDA 64, le classement est similaire.



Fritz Chess benchmark n’exploite que quatre des six cœurs des Core i7 980X et Core i7 3960X mais le « problème » est connu. On retrouve alors un classement similaire à celui obtenu dans les tests mono thread (CPU et FPU Mark). Le Core i7 3770K se montre cette fois 13,5% plus performant que le Core i7 2600K.




Bien que remplacé par le Cinebench R11, Cinebench R10 reste intéressant car il comporte un premier test sur un seul core et un second sur tous les cores. Une fois de plus, l’Ivy Bridge s’illustre par ses prestations. Dans la partie mono core, il dépasse le Sandy Bridge-E qui partage les mêmes fréquences. L’écart entre le Core i7 3770K et le Core i7 2600K (100 MHz plus lent) est également assez important avec 14% en mono thread et 18% lors du test sur tous les cores. Une nouvelle fois, le Core i7 3770K devance le Core i7 980X malgré ses deux cœurs supplémentaires.



Le Cinebench R11 donne un classement plus conventionnel comparable à celui obtenu avec 7z. Il est cependant difficile de savoir pourquoi le Core i7 3770K arrive parfois à devancer le Core i7 980X et parfois… pas ! Quoi qu’il en soit, le Core i7 3770K prend ici un avantage important de 18% sur le Core i7 2600K à tempérer par l’écart de fréquence.



MainConcept Reference 2.2 est un transcoder vidéo très performant. Il confirme que grâce à ses excellentes performances, le Core i7 3770K est dans certains cas capable de rivaliser avec le « bon vieux » Core i7 980X et ses deux cœurs de plus.




Un test pour confirmer et un pour infirmer ! Cette fois le Core i7 980X devance nettement le Core i7 3770K. Mais comme d’habitude, le Core i7 3770K prend une avance notable sur le Core i 2600K avec un score 15,7% plus élevé.


Pour terminer, nous avons réalisé les tests de performances d’AIDA64. Ces derniers avaient permis par exemple d’illustrer les gains apportés par le jeu d’instructions EAS. Ici, le Core i7 3770K devance de 13,8% le Core i7 2600K (dont 2,5% proviennent des 100 MHz séparant les deux processeurs). Cet avantage se retrouve d’ailleurs également sur la moyenne des tests précédents. A fréquences égales, l’avantage de l’Ivy Bridge sur le Sandy Bridge serait donc d’une dizaine de pourcents, ce qui est conforme aux dires d’Intel.


Nous ne nous sommes pas attardés sur les mesures de performances en 3D. D’une part il faudrait descendre jusqu’à des résolutions jamais utilisées avec des processeurs de ce genre (comme 1024x768 ou 800x600) et d’autre part en 1920x1200 avec filtrages, c’est la carte graphique qui impose ses limites. Les testés réalisés rapidement en 1920x1200 qualité maximale le montrent :


Nous avons par contre testé l’HD Graphics 4000 avec le protocole d’évaluation des GPU d’ordinateurs portables. En effet, l’iGPU des Ivy Bridge intéresse bien plus les utilisateurs nomades que les propriétaires d’une machine de bureau. Sur nos six jeux (Street Fighter IV, Resident Evil 5, H.A.W.X., Crysis, Lost planet 2 et STALKER), l’HD Graphics 3000 était seulement en mesure de fournir au moins 30 fps en 1366x768 en faible qualité dans les deux plus vieux titres ! L’HD Graphics 4000 arrive par contre à faire fonctionner tous ces titres à plus de 35 fps mais uniquement en qualité réduite. Voilà qui est bien sympathique pour un IGP.


Sur ce panel de jeux « pas ou plus très costauds », l’HD Graphics 4000 offre généralement un niveau de fluidité suffisant même en augmentant les options graphiques tant qu’on ne touche pas à l’Antialiasing. Selon les titres, il est possible d’activer plus ou moins d’effets et des textures de plus ou moins bonne qualité. Un compromis acceptable est généralement assez facile à trouver. Nous avons testé Skyrim sans le pack de texture HD en 1366x768. Avec les réglages au minimum, le jeu est assez dépouillé mais l’HG Graphics 4000 arrive à ~40 fps. En qualité moyenne, le framerate tombe à ~30 fps mais le décor est nettement plus flatteur.

Les gains de HD Graphics 4000 sur l’HD Graphics 3000 vont de 69% à 200% (moyenne de 114%) en mode qualité et de 49% à 194% (moyenne 133%) en faible qualité. Comme pour la partie CPU, la partie GPU atteint bien les résultats annoncés par Intel. L’HD Graphics 4000 ne rivalise cependant pas encore avec des GPU mobile « mainstream » comme la GeForce GT 520m mais elle devrait au moins égaler des GPU dédiés plus anciens comme les GeForce GT 320m ou 325m et les Radeon HD 5470.


La consommation et température.

Avec une GeForce GTX 560 Ti, la configuration complète Ivy Bridge consomme 63 Watts au repos et 143 Watts en charge sous Prime 95. Dans des conditions similaires, la plateforme Sandy Bridge affichait respectivement 75 Watts et 147 Watts. A titre indicatif, notre machine de référence avec un Core i7 870 demande 102 et 204 Watts ! Les 12 Watts de gagnés au repos par rapport à la génération précédente sont appréciables. En charge, le bilan est moins impressionnant avec un écart de seulement 4 Watts, à tempérer par des performances 10% plus élevées en moyenne.

Les températures reflètent globalement ce constat. Au repos ; l’Ivy Bridge est à seulement 28°C et il grimpe à 60°C en charge. Le Sandy Bridge était un rien plus chaud au repos avec 30°C mais se contentait de 55°C en charge. Le die des Ivy Bridge étant plus petit, la surface d’échange est également réduite. Il faut également noter que la DP67BG faisait tourner le ventilateur du NH-U12P à 1000 rpm contre moins de 900 rpm sur la DZ77GA (Ivy Bridge).


L’overckocking

Avec la carte mère DZ77GA et son UEFI graphique, l’overclocking est un jeu d’enfant. Il suffit de pousser un curseur jusqu’à 4,5 GHz pour que les paramètres s’ajustent automatiquement. En réglant manuellement les options, nous avons atteint 4,7 GHz grâce à l’ajout de 350 mV à la tension du processeur et en réglant le TDC à 200 et, bien entendu, en configurant le multiplicateur sur 47. Soulignons au passage que les Ivy Bridge « K » ont un multiplicateur libre avec un maximum porté à 63. A 4,7 GHz, notre exemplaire de Core i7 3770K s’est montré totalement stable après plus d’une heure de Prime95. A 4,8 GHz, nous avions parfois droit à quelques erreurs… A titre comparatif, l’an dernier, nous avions atteint 4,4 GHz avec un Sandy Bridge.


Le plus étonnant est probablement le refroidissement « modeste » que nous avons utilisé pour l’overclocking. Avec un simple Noctua NH-U12P à 850~900 rpm, la température du processeur se maintenait à moins de 90°C même après 1 heure de Prime95. La consommation totale de la machine monte cependant de 149 watts à 183 watts soit 34 watts de plus. Côté performances, les scores CPU Mark et CPU Cinebench R11.5 grimpent de 613 et 7,93 à respectivement 738 et 9,54 (soit +20% dans les deux cas) pour un overclocking de 20% par rapport à la fréquence Turbo maximale.

L’HD Graphics 4000 s’est montrée moins coopérative en overclocking. Cadencée de base à 1150 MHz, elle n’a accepté que 1400 MHz en overclocking alors que les 1600 MHz sont accessibles selon Intel. Toutefois, vu son intérêt, l’overclocking d’un iGPU est surtout un exercice académique même si les gains sont bien présents. Pour un overclocking de 21%, les performances progressent de 9% en HD « qualité » et de 15% en HD faible qualité.


Conclusions
Avec l’Ivy Bridge, Intel signe à la fois un Tick et un Tock. En effet, le processeur bénéficie d’une nouvelle technologie de gravure en 22 nm avec des transistors en 3D. Les gains de consommation sont surtout visibles au repos. En charge, la consommation du Core i7 3770K s’avère similaire à celle du Core i7 2600K testé l’an dernier. Au niveau des performances, les gains prévus moyens de l’ordre de 10% sont avérés. Du côté du GPU, Intel réalise une avancée marquante étant donné que les gains en 3D dépassent en moyenne les 100%, ce qui se traduit par des performances généralement doublées par rapport à l’HD Graphics 3000. Grâce à l’HD Graphics 4000, pour la première fois, les six jeux de notre panel de tests destinés aux portables tournent tous en 1366x768 faible qualité à plus de 35 fps. L’HD graphics 3000 n’était à l’aise qu’avec 2 titres… Côté overclocking, les Ivy Bridge, du moins notre Core i7 3770K s’est montré plutôt coopératif avec 4,7 GHz atteints facilement, de manière totalement stable et en silence.
La nouvelle fournée de processeurs Ivy Bridge remplacera donc la précédente avec quelques avancées sympathiques sans toutefois justifier le remplacement d’un Sandy Bridge. Les Ivy Bridge devraient surtout intéresser les propriétaires de configuration plus ancienne (par exemple en LGA1156) désireux de réaliser une mise à niveau (si besoin est). Mais il faut cependant souligner que le support LGA1155 prendra fin avec les Ivy Bridge. La génération suivante de processeurs fera appel à un autre support. Quoi qu’il en soit, dans le cadre d’un nouvel achat, autant partir sur un Ivy Bridge et une carte mère Z77.
Mise à jour le Mercredi, 25 Avril 2012 12:29