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Haswell : test de l'Intel Core i7-4770K

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Écrit par Pascal Thevenier   
Samedi, 01 Juin 2013 12:02

Au rythme des Tick et Tock, l’évolution des processeurs Intel se poursuit avec l’arrivée aujourd’hui de la quatrième génération de processeurs Core. L’an dernier, même si l’arrivée de l’HD Graphics 4000 était un changement significatif assimilable à un Tock, les Ivy Bridge ont surtout introduit la nouvelle technologie de gravure en 22 nm avec ses transistors 3D FinFET (Fin Field Effect Transistor), faisant ainsi de la génération précédente un Tick. La quatrième génération de processeurs Core qui nous arrive aujourd’hui est sans équivoque un Tock : les évolutions se font au niveau de l’architecture et la gravure en 22 nm est reconduite. Cette nouvelle évolution de l’architecture est-elle marquante ?



Les Tick et Tock

Les Tick et Tock d’Intel sont aussi réguliers que le tic-tac d’une horloge suisse. Pour bien comprendre où nous en sommes actuellement, il faut remonter à Nehalem en 2008 avec les tous premiers processeurs Core qui ont introduit une architecture radicalement différente de celle des Core 2 Duo qui ont succédé aux Pentium 4. Contrairement à ce que d’aucuns pensent, les « Tocks » ne sont pas synonyme de « nouvelle » architecture mais plutôt d’évolution de l’architecture. Il est cependant plus flatteur de parler de nouveauté que d’évolution… Ainsi Sandy Bridge, Ivy Bridge et à présent Haswell sont des évolutions des premiers Core i7 Nehalem au même titre que Conroe et Wolfdale par rapport aux Core 2 Duo Allendale ou encore que Northwood, Prescott et Cedar Mill par rapport aux Pentium 4 Willamette initiaux.


En tenant compte des changements de technologie de gravure, l’architecture introduite par Nehalem arrive donc aujourd’hui dans sa quatrième évolution avec Haswell. D’emblée, signalons qu’Haswell n’est pas synonyme d’un processeur graphique surpuissant. En effet, les Iris Pro graphics 5200 et Iris Pro graphics 5100 ainsi que l’eDRAM qui fait office de cache sont réservés aux processeurs en format BGA « mobile » ou non. Le Core i7-4770K qui nous intéresse aujourd’hui est équipé d’une HD Graphics 4600. Cet iGPU se retrouve d’ailleurs sur tous les Core de quatrième génération en LGA-1150 lancés aujourd’hui. Les processeurs les plus « chouchoutés » par Haswell sont donc les portables (et les machines tout-en-un assimilées) qui bénéficieront des circuits graphiques les plus véloces.


Haswell

Afin de mieux illustrer l’évolution depuis 2008, nous avons repris dans un tableau les différentes phases de l’évolution depuis Nehalem. Westmere, la version 32 nm de Nehalem, n’a pas été déclinée en Quad Core. D’ailleurs, en examinant de près l’évolution des processeurs Intel, on se rend compte que certaines évolutions sont mineures ou touchent essentiellement une catégorie de processeurs. Enfin, une version simplifiée via les Tick et Tock est plus simple à comprendre.


Comme le montre le tableau, Haswell n’apporte pas de gros changement au niveau « physique » : TDP comparable, die de taille similaire, fréquences inchangées, nombre de transistors identique, etc.


La capture CPU-Z du Core i7-4770K confirme le peu de changements visibles dans les caractéristiques principales. Notons au passage qu’Intel se contente officiellement du support de la DDR3/DDR3L-1600 « sans plus ».

 


Par rapport à l’architecture Sandy Bridge (Ivy Bridge n’étant pas repris comme une architecture différente), Haswell apporte des nouveautés :

  • AVX 2.0 ou Haswell New Instructions : Un nouveau set d’instructions ou plus exactement l’évolution en 256 Bits du set AVX (Integer SIMD) qui était en 128 Bits. L’AVX 2.0 apporte également des fonctionnalités spécifiques dont FMA3 (fused multiply–add) déjà présent dans les processeurs AMD depuis Piledriver.
  • Intel Transactional Synchronization Extensions (TSX) : Un jeu d’instructions pour un support de la mémoire transactionnelle. Il ne s’agit pas d’un nouveau type de mémoire mais d’un mode de gestion d’une mémoire partagée.
  • Deux nouveaux ports viennent s’ajouter aux 6 ports existants élevant ainsi le total à 8. Le port 6 est une unité Integer ALU et Branch et le port 7 est une unité Store Address.


  • Un FIVR ou Fully Integrated Voltage Regulator, c’est à un dire un régulateur de tension intégré dans le die du CPU. Ainsi, un processeur Haswell ne reçoit plus qu’une seule tension Vccin au lieu de cinq (plus de détails sur les cinq tensions dans l'article sur Ivy Bridge). Le VRM principal externe destiné à fournir la puissance au processeur reste de mise.
  • Un support LGA-1150 qui coupe la compatibilité avec les générations précédentes.


Si six pipelines (ports) existants restent globalement inchangés, afin d’alimenter les unités AVX 2.0 ainsi que les ports supplémentaires, Intel a retravaillé de nombreuses parties du processeur, notamment le « front end » afin d’exploiter pleinement les nouveautés et augmenter les performances.


De nombreuses améliorations ont été apportées dans le front-end afin d’exploiter les nouvelles ressources. Il s’agit essentiellement d’optimisations, aucune nouvelle unité n’est ici à signaler.

Les points notables d’Haswell sont les suivants :

  • Au niveau de l’exécution OOO (Out Of Order), les 168 entrées de Sandy Bridge passent à 192 pour Haswell. Cette « fenêtre » plus large est nécessaire pour exploiter les deux nouveaux ports.
  • Le Scheduleur qui alimente les ports voit son nombre d’entrées augmenter de 54 à 60. Ici aussi, il s’agit d’alimenter les deux nouveaux ports ainsi que les unités AVX 2.0.
  • L’unité de prédiction de branchement a été optimisée mais Intel ne donne aucun détail sur le taux de réussite qui est déjà exceptionnel depuis Nehalem.
  • Toujours dans le but d’alimenter les nouvelles unités et augmenter les performances, la majorité des buffers et registres ont été agrandis.
  • Les différents caches L1 et L2 voient leur taux de transfert doublé par rapport à Sandy/Ivy Bridge.
  • Si le µOP cache conserve sa capacité de 1500 µOPs, les deux files de décodage de Sandy Bridge (2 x 28) ont été fusionnées en 1x 56. Cette révision permet de mieux profiter des ressources.
  • Le LLC ou Last Level Cache ne change pas en lui-même mais il est géré de manière plus performante. Les données et instructions sont taguées et donc séparées, ce qui facilite le travail du Prefetch.
  • Intel évoque également des optimisations qui visent à réduire la consommation. Ainsi le Ring Bus et le LLC opèrent de manière découplée par rapport aux cores. Ceci permet au cache et au GPU de fonctionner à plein régime lorsque des cores sont inactifs (en low power state).
  • Enfin, la latence a été réduite pour des opérations de virtualisation.



L’HD Graphics 4600

La HD Graphics 4600 qui équipe notre Core i7-4770K est une évolution de la HD Graphics 4000. La nouvelle venue est présentée comme étant la Gen 7.5 du 3D Engine (Gen 7.0 pour la HD Graphics 4000). Le plus gros changement vient du nombre d’unités de calcul qui passe de 16 à 20, ce qui laisse présager d’une puissance brute 25% plus élevée. Les Eus restent en 128 bits avec des instructions SIMD8 pour les vertex et des instructions SIMD16 pour le traitement des pixels. Selon les PDF d’Intel, les parties Vertex Fetch (VF), Vertex Shader (VS), Geometry Shader (GS) et Clip Stage sont identiques. Le 2D Engine ne change pas non plus selon ces mêmes documents.


Intel met par contre en avant une évolution de sa technologie Quick Sync pour le transcodage vidéo. Bien entendu, les performances varient en fonction de l’iGPU et du nombre Eus qui se charge de la tâche ainsi que de la qualité ciblée.


Chipset Serie 8

Les processeurs Core de quatrième génération sont accompagnés de nouveaux PCH de la série 8 (Lynx Point). La liaison avec le processeur reste de type DMI 2.0 avec en parallèle une connexion FDI ou Flexible Display Interface pour le signal vidéo. Au niveau des changements, le nombre de ports USB 3.0 passe de 4 à 6 et les 6 ports SATA peuvent tous être en 6 Gbps (fonction du PCH) contre un maximum de 2 pour la Serie 7. Enfin, le support de l’ancien bus PCI est complètement retiré…


Configuration de tests

Matériel

  • Intel DZ87KLT-75K (Z87, LGA1150), MSI Z77A-GD55 (Z77, LGA1155), Intel DX79SI (X79, LGA2011), Intel DH67BL (H67, LGA1155), Intel DX58SO (X58, LGA1366) et Intel DP55KG (H55, LGA1156)
  • Core i7 4770K (3,5/3,9 GHz), 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 680
  • Crucial M4 256 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 320.18
  • Intel Inf update 9.4.0.1017



Performances

Nous n’avons reçu la carte mère Intel DZ87KLT-75K et le Core i7-4770K que vendredi midi, ce qui a considérablement limité le temps des tests. Nous avons donc repris notre base de tests sans en reconduire de nouveaux.


Dans ce tableau général qui reprend les processeurs Core i7-980X et Core i7-3960X à six cœurs, le Core i7 4770K se montre particulièrement performant surtout par rapport au bon vieux Core i7-980X.


La synthèse des gains apportés par le Core i7-4770K sur les Core i7-3770K, Core i7-2600K et Core i7-870 parle d’elle-même. Avec une moyenne de gain de 9% sur Ivy Bridge, Haswell est une jolie réussite étant donné que, contrairement au passage de Sandy Bridge à Ivy Bridge marqué par une montée en fréquence de 100 MHz, les Core i7-3770K et 4770K ont les mêmes cadences.


Consommation

Avec 47 Watts au repos et 106 Watts en charge (sur l’iGPU), notre Core i7-3770K de référence n’est pas spécialement gourmand. Il ne consomme d’ailleurs que quelques Watts de moins que l’ancien Core i7-2600K. La donne ne change pas vraiment avec le Core i7-4770K avec 46 Watts au repos mais il atteint quand même 120 Watts en change. Etant donné que le Core i7-4770K n’a pas été testé sur la même carte mère que le Core i7-3770K, l’écart de 14 Watts en charge peut venir de la carte et de son VRM… Sans oublier qu’il existe une différence de TDP entre les deux processeurs, ce qui peut expliquer aussi l’écart. Avec 9% de performances en plus pour une hausse de 13% de la consommation, le rendement est un peu moins bon… Au passage, on note une augmentation de la température en charge de ~5°C pour le Core i7-4770K par rapport au 3770K. Au repos, il n’y a pas de différence avec de 30 à 35°C, des valeurs déjà atteintes par les générations précédentes.


Overclocking

Il a été très facile d’atteindre 4,5 GHz avec le Core i7-4770K grâce à un offset de 150 mV sur le Core et un de 100 mV sur le Ring. Le score CPU Mark grimpe ainsi de 677 à 766. En leurs temps, nos Core i7-2600K et Core i7-3770K avaient respectivement atteint de manière stable 4,4 GHz et 4,6 GHz. Cet Haswell est donc dans la « norme ». L’overclocking via le BCLK et son changement de ratio issu de la plateforme LGA2011 ne nous a pas vraiment convaincus.


Conclusion

Avec Haswell, Intel continue sur sa lancée de Tick et Tock. Cette fois, les changements se font au niveau de l’architecture et non du processus de gravure. Globalement, les performances progressent de 9% par rapport à la génération précédente, ce qui, compte tenu de la stagnation des fréquences, est très positif. Toujours au chapitre des bonnes nouvelles, les tarifs sont également stationnaires. Par contre, il ne sera pas possible de migrer vers un processeur Haswell sur une configuration existante par simple changement du processeur. Le format LGA1150 impose une nouvelle carte mère… Autre bémol, la consommation mesurée en charge est revue à la hausse et le rendement énergétique baisse un rien. Notre Core i7-4770K s’est montré coopératif en overclocking avec un 4,5 GHz facile avec un simple Noctua NH-U12P… Nous ne conseillons pas de migrer vers un Haswell si vous avez déjà un Ivy Bridge ou un Sandy Bridge. Par contre si vous comptez remplacer un bon vieux Core 2 Duo/Quad voire un bon vieux Lynnfield ou simplement acheter une nouvelle configuration, autant partir sur un Haswell. La prochaine génération utilisera encore un support LGA1150.

Mise à jour le Mercredi, 30 Avril 2014 14:33