Caractéristiques des processeurs d'ordinateur

Voici les caractéristiques importantes des processeurs :

La caractéristique principale qui définit un processeur est sa marque (AMD ou Intel) et son modèle. Bien que des modèles concurrents de ces deux sociétés présentent des fonctionnalités et des performances similaires, vous ne pouvez pas installer un processeur AMD sur une carte mère compatible Intel, ou vice versa.

Une autre caractéristique déterminante d'un processeur est la prise (socket) pour laquelle il est conçu. Par exemple, si vous remplacez le processeur d'une carte mère de type Socket 478, vous devez choisir un processeur de remplacement conçu pour cette prise. Le Tableau 5-1 décrit les problèmes d'évolutivité en fonction de la prise du processeur.

Tableau 5-1 : Évolutivité par type de prise de processeur

La fréquence d'horloge d'un processeur, spécifiée en mégahertz (MHz) ou gigahertz (GHz), détermine ses performances, mais les fréquences d'horloge n'ont aucun sens si l'on compare différentes gammes de processeurs. Par exemple, un Pentium 4 à cœur Prescott cadencé à 3,2 GHz est environ 6,7 % plus rapide qu'un Pentium 4 à cœur Prescott à 3,0 GHz, comme le suggéreraient les fréquences relatives. Cependant, un processeur Celeron à 3,0 GHz est plus lent qu'un Pentium 4 à 2,8 GHz, principalement parce que le Celeron possède un cache L2 plus petit et utilise une vitesse de bus hôte plus lente. De même, lorsque le Pentium 4 a été introduit à 1,3 GHz, ses performances étaient en réalité inférieures à celles du Pentium III à 1 GHz qu'il était censé remplacer. Cela s'explique par le fait que l'architecture du Pentium 4 est moins efficace cycle par cycle que l'ancienne architecture du Pentium III.

La fréquence d'horloge ne sert à rien pour comparer les processeurs AMD et Intel. Les processeurs AMD fonctionnent à des fréquences d'horloge bien plus basses que les processeurs Intel, mais effectuent environ 50 % de travail en plus par cycle d'horloge. Globalement, un AMD Athlon 64 cadencé à 2,0 GHz offre des performances globales à peu près équivalentes à celles d'un Intel Pentium 4 à 3,0 GHz.

'''NUMÉROS DE MODÈLE CONTRE FRÉQUENCES D'HORLOGE'''

Comme AMD est toujours désavantagé en termes de fréquence d'horloge par rapport à Intel, AMD utilise des numéros de modèle plutôt que des fréquences d'horloge pour désigner ses processeurs. Par exemple, un processeur AMD Athlon 64 cadencé à 2,0 GHz peut porter le numéro de modèle 3000+, ce qui indique que le processeur offre des performances approximativement équivalentes à celles d'un modèle Intel à 3,0 GHz. (AMD nie farouchement que ses numéros de modèle soient destinés à être comparés aux fréquences d'horloge d'Intel, mais les observateurs avertis ignorent ces dénégations.)

Intel utilisait auparavant des lettres pour différencier les processeurs fonctionnant à la même vitesse, mais dotés d'une vitesse de bus hôte, d'un cœur ou d'autres caractéristiques différents. Par exemple, les processeurs Pentium 4 à cœur Northwood à 2,8 GHz ont été produits en trois variantes : le Pentium 4/2.8 utilisait un FSB de 400 MHz, le Pentium 4/2.8B un FSB de 533 MHz, et le Pentium 4/2.8C un FSB de 800 MHz. Lorsqu'Intel a lancé un Pentium 4 à 2,8 GHz basé sur son nouveau cœur Prescott, il l'a désigné Pentium 4/2.8E.

Il est intéressant de noter qu'Intel a également abandonné la fréquence d'horloge comme désignateur. À l'exception de quelques anciens modèles, tous les processeurs Intel sont désormais désignés par un numéro de modèle. Contrairement à AMD, dont les numéros de modèle conservent une trace résiduelle de la fréquence d'horloge, les numéros de modèle Intel sont totalement dissociés des fréquences d'horloge. Par exemple, le Pentium 4 540 désigne un modèle de processeur particulier qui fonctionne à 3,2 GHz. Les modèles de ce processeur fonctionnant à 3,4, 3,6 et 3,8 GHz sont désignés respectivement 550, 560 et 570.

La vitesse du bus hôte, également appelée vitesse du bus système (FSB) ou simplement FSB, spécifie le taux de transfert de données entre le processeur et le chipset. Une vitesse de bus hôte plus élevée contribue à de meilleures performances du processeur, même pour des processeurs fonctionnant à la même fréquence d'horloge. AMD et Intel implémentent le chemin entre la mémoire et le cache de manières différentes, mais le FSB est essentiellement un nombre qui reflète la quantité maximale possible de transferts de blocs de données par seconde. Avec une fréquence d'horloge réelle du bus hôte de 100 MHz, si les données peuvent être transférées quatre fois par cycle d'horloge (donc "quad-pumped"), la vitesse effective du FSB est de 400 MHz.

Par exemple, Intel a produit des processeurs Pentium 4 utilisant des vitesses de bus hôte de 400, 533, 800 ou 1066 MHz. Un Pentium 4 à 2,8 GHz avec une vitesse de bus hôte de 800 MHz est légèrement plus rapide qu'un Pentium 4/2.8 avec une vitesse de bus hôte de 533 MHz, qui est lui-même légèrement plus rapide qu'un Pentium 4/2.8 avec une vitesse de bus hôte de 400 MHz. L'une des mesures qu'Intel utilise pour différencier ses processeurs Celeron, moins coûteux, est une vitesse de bus hôte réduite par rapport aux modèles Pentium 4 actuels. Les modèles Celeron utilisent des vitesses de bus hôte de 400 MHz et 533 MHz.

Tous les processeurs AMD Socket 754 et Socket 939 utilisent une vitesse de bus hôte de 800 MHz. (En fait, tout comme Intel, AMD fait fonctionner le bus hôte à 200 MHz, mais le multiplie par quatre pour atteindre une vitesse effective de 800 MHz.) Les processeurs Sempron Socket A utilisent un bus hôte de 166 MHz, doublé pour atteindre une vitesse de bus hôte effective de 333 MHz.

Les processeurs utilisent deux types de mémoire cache pour améliorer les performances en mettant en mémoire tampon les transferts entre le processeur et la mémoire principale relativement lente. La taille du cache de niveau 1 (cache L1) est une caractéristique de l'architecture du processeur qui ne peut être modifiée sans reconcevoir le processeur. Le cache de niveau 2 (cache L2) est cependant externe au cœur du processeur, ce qui signifie que les fabricants peuvent produire le même processeur avec des tailles de cache L2 différentes. Par exemple, divers modèles de processeurs Pentium 4 sont disponibles avec 512 Ko, 1 Mo ou 2 Mo de cache L2, et divers modèles AMD Sempron sont disponibles avec 128 Ko, 256 Ko ou 512 Ko de cache L2.

Pour certaines applications, en particulier celles qui traitent de petits ensembles de données, un cache L2 plus grand augmente sensiblement les performances du processeur, surtout pour les modèles Intel. (Les processeurs AMD possèdent un contrôleur mémoire intégré qui, dans une certaine mesure, masque les avantages d'un cache L2 plus grand.) Pour les applications traitant de grands ensembles de données, un cache L2 plus grand n'apporte qu'un avantage marginal.

'''Prescott, la triste exception'''

Ce fut un choc pour tout le monde, et pas des moindres pour Intel, de constater lors de la migration de ses processeurs Pentium 4 de l'ancien cœur Northwood en 130 nm vers le nouveau cœur Prescott en 90 nm, que la consommation d'énergie et la production de chaleur montaient en flèche. Cela s'est produit parce que Prescott n'était pas une simple réduction de taille de gravure du Northwood. Au contraire, Intel a entièrement redessiné le cœur Northwood, ajoutant des fonctionnalités telles que le SSE3 et apportant des changements majeurs à l'architecture de base. (À l'époque, nous pensions que ces changements étaient suffisants pour justifier de nommer le processeur à cœur Prescott "Pentium 5", ce qu'Intel n'a pas fait.) Malheureusement, ces changements radicaux dans l'architecture ont entraîné des augmentations tout aussi dramatiques de la consommation d'énergie et de la production de chaleur, surpassant les avantages attendus de la réduction de la taille du processus.

La taille de gravure, également appelée taille de fabrication, est spécifiée en nanomètres (nm) et définit la taille des plus petits éléments individuels sur la puce du processeur. AMD et Intel tentent continuellement de réduire la taille de gravure (processus appelé réduction de la puce) pour obtenir plus de processeurs à partir de chaque tranche de silicium, réduisant ainsi leurs coûts de production par unité. Les processeurs Pentium II et les premiers processeurs Athlon utilisaient un processus de 350 ou 250 nm. Les Pentium III et certains processeurs Athlon utilisaient un processus de 180 nm. Les processeurs AMD et Intel récents utilisent un processus de 130 ou 90 nm, et les futurs processeurs utiliseront un processus de 65 nm.

La taille de gravure est importante car, à performance égale, un processeur utilisant une taille de gravure plus petite peut fonctionner plus rapidement, utiliser une tension plus faible, consommer moins d'énergie et produire moins de chaleur. Les processeurs disponibles à un moment donné utilisent souvent différentes tailles de gravure. Par exemple, à une époque, Intel vendait des processeurs Pentium 4 utilisant des tailles de gravure de 180, 130 et 90 nm, et AMD a vendu simultanément des processeurs Athlon utilisant des tailles de gravure de 250, 180 et 130 nm. Lorsque vous choisissez un processeur de mise à niveau, privilégiez un processeur avec une taille de gravure plus petite.

Différents modèles de processeurs prennent en charge différents ensembles de fonctionnalités, dont certaines peuvent être importantes pour vous et d'autres sans importance. Voici cinq fonctionnalités potentiellement importantes qui sont disponibles sur certains, mais pas tous, les processeurs actuels. Toutes ces fonctionnalités sont prises en charge par les versions récentes de Windows et Linux :

Le SSE3 (Streaming Single-Instruction-Multiple-Data (SIMD) Extensions 3), développé par Intel et désormais disponible sur la plupart des processeurs Intel et certains processeurs AMD, est un jeu d'instructions étendu conçu pour accélérer le traitement de certains types de données couramment rencontrées dans le traitement vidéo et d'autres applications multimédias. Une application prenant en charge le SSE3 peut fonctionner de 10 % à 15 %, voire 100 % plus rapidement sur un processeur qui prend également en charge le SSE3 que sur un processeur qui ne le fait pas.

Jusqu'à récemment, tous les processeurs PC fonctionnaient avec des chemins de données internes 32 bits. En 2004, AMD a introduit la prise en charge 64 bits avec ses processeurs Athlon 64. Officiellement, AMD appelle cette fonctionnalité x86-64, mais la plupart des gens l'appellent AMD64. Il est crucial de noter que les processeurs AMD64 sont rétrocompatibles avec les logiciels 32 bits et les exécutent aussi efficacement que les logiciels 64 bits. Intel, qui défendait sa propre architecture 64 bits, dotée d'une compatibilité 32 bits limitée, a été contraint d'introduire sa propre version de x86-64, qu'il appelle EM64T (Extended Memory 64-bit Technology). Pour l'instant, la prise en charge 64 bits est sans importance pour la plupart des gens. Microsoft propose une version 64 bits de Windows XP et la plupart des distributions Linux prennent en charge les processeurs 64 bits, mais tant que les applications 64 bits ne seront pas plus répandues, l'utilisation d'un processeur 64 bits sur un ordinateur de bureau n'apporte que peu d'avantages concrets. Cela pourrait changer lorsque Microsoft (enfin) commercialisera Windows Vista, qui tirera parti de la prise en charge 64 bits et devrait engendrer de nombreuses applications 64 bits.

Avec l'Athlon 64, AMD a introduit la technologie NX (No eXecute), et Intel a rapidement suivi avec sa technologie XDB (eXecute Disable Bit). NX et XDB servent le même objectif, permettant au processeur de déterminer quelles plages d'adresses mémoire sont exécutables et lesquelles ne le sont pas. Si un code, comme un exploit de dépassement de tampon, tente de s'exécuter dans un espace mémoire non exécutable, le processeur renvoie un code d'erreur au système d'exploitation. NX et XDB ont un grand potentiel pour réduire les dommages causés par les virus, vers, chevaux de Troie et exploits similaires, mais nécessitent un système d'exploitation prenant en charge l'exécution protégée, comme Windows XP avec le Service Pack 2.

AMD et Intel proposent tous deux une technologie de réduction de consommation d'énergie dans certains de leurs modèles de processeurs. Dans les deux cas, la technologie utilisée dans les processeurs mobiles a été migrée vers les processeurs de bureau, dont la consommation d'énergie et la production de chaleur étaient devenues problématiques. Essentiellement, ces technologies fonctionnent en réduisant la vitesse du processeur (et donc la consommation d'énergie et la production de chaleur) lorsque le processeur est inactif ou faiblement sollicité. Intel appelle sa technologie de réduction d'énergie EIST (Enhanced Intel Speedstep Technology). La version AMD s'appelle Cool'n'Quiet. L'une ou l'autre peut apporter des réductions mineures mais utiles de la consommation d'énergie, de la production de chaleur et du niveau de bruit du système.

Vers 2005, AMD et Intel atteignaient tous deux les limites pratiques de ce qui était possible avec un seul cœur de processeur. La solution évidente était d'intégrer deux cœurs de processeur dans un seul boîtier de processeur. Encore une fois, AMD a ouvert la voie avec ses processeurs élégants de la série Athlon 64 X2, qui comportent deux cœurs Athlon 64 étroitement intégrés sur une seule puce. Contraint une fois de plus de courir après, Intel a serré les dents et a assemblé un processeur dual-core qu'il appelle Pentium D. La solution technique d'AMD présente plusieurs avantages, notamment des performances élevées et une compatibilité avec presque toutes les anciennes cartes mères Socket 939. La solution improvisée d'Intel, qui consistait essentiellement à coller deux cœurs Pentium 4 sur une seule puce sans les intégrer, a conduit à deux compromis. Premièrement, les processeurs dual-core Intel ne sont pas rétrocompatibles avec les anciennes cartes mères, et nécessitent donc un nouveau chipset et une nouvelle série de cartes mères. Deuxièmement, comme Intel a plus ou moins simplement collé deux de ses cœurs existants sur un seul processeur, la consommation d'énergie et la production de chaleur sont extrêmement élevées, ce qui signifie qu'Intel a dû réduire la fréquence d'horloge des processeurs Pentium D par rapport aux modèles Pentium 4 simple cœur les plus rapides.

Cela dit, l'Athlon 64 X2 n'est en aucun cas un vainqueur incontesté, car Intel a eu l'intelligence de proposer un prix attractif pour le Pentium D. Les processeurs Athlon X2 les moins chers se vendent plus de deux fois plus cher que les processeurs Pentium D les moins chers. Bien que les prix baisseront sans aucun doute, nous ne nous attendons pas à ce que l'écart de prix change beaucoup. Intel dispose d'une capacité de production excédentaire, tandis qu'AMD est assez limité dans sa capacité à fabriquer des processeurs, il est donc probable que les processeurs dual-core d'AMD resteront onéreux dans un avenir prévisible. Malheureusement, cela signifie que les processeurs dual-core ne sont pas une option de mise à niveau raisonnable pour la plupart des gens. Les processeurs dual-core Intel sont à un prix raisonnable mais nécessitent un remplacement de la carte mère. Les processeurs dual-core AMD peuvent utiliser une carte mère Socket 939 existante, mais les processeurs eux-mêmes sont trop chers pour être des candidats viables pour la plupart des personnes souhaitant effectuer une mise à niveau.

'''HYPER-THREADING CONTRE DUAL CORE'''

Certains processeurs Intel prennent en charge la technologie ''Hyper-Threading Technology (HTT)'', qui permet à ces processeurs d'exécuter deux threads de programme simultanément. Les programmes conçus pour utiliser l'HTT peuvent s'exécuter 10 % à 30 % plus rapidement sur un processeur compatible HTT que sur un modèle similaire sans HTT. (Il est également vrai que certains programmes s'exécutent plus lentement avec l'HTT activé qu'avec l'HTT désactivé.) Ne confondez pas l'HTT avec le dual-core. Un processeur HTT possède un cœur qui peut parfois exécuter plusieurs threads ; un processeur dual-core possède deux cœurs, qui peuvent toujours exécuter plusieurs threads.

Le cœur du processeur définit l'architecture de base du processeur. Un processeur vendu sous un nom particulier peut utiliser l'un des nombreux cœurs disponibles. Par exemple, les premiers processeurs Intel Pentium 4 utilisaient le cœur Willamette. Les variantes ultérieures du Pentium 4 ont utilisé le cœur Northwood, le cœur Prescott, le cœur Gallatin, le cœur Prestonia et le cœur Prescott 2M. De même, divers modèles Athlon 64 ont été produits en utilisant les cœurs Clawhammer, Sledgehammer, Newcastle, Winchester, Venice, San Diego, Manchester et Toledo.

Utiliser un nom de cœur est un moyen abrégé et pratique de spécifier brièvement de nombreuses caractéristiques d'un processeur. Par exemple, le cœur Clawhammer utilise le processus 130 nm, un cache L2 de 1024 Ko, et prend en charge les fonctionnalités NX et X86-64, mais pas le SSE3 ni le fonctionnement dual-core. À l'inverse, le cœur Manchester utilise le processus 90 nm, un cache L2 de 512 Ko, et prend en charge les fonctionnalités SSE3, X86-64, NX et dual-core.

Vous pouvez considérer le nom du cœur du processeur comme étant similaire à un numéro de version majeure d'un programme logiciel. Tout comme les sociétés de logiciels publient fréquemment des mises à jour mineures sans changer le numéro de version majeure, AMD et Intel apportent fréquemment des mises à jour mineures à leurs cœurs sans changer le nom du cœur. Ces changements mineurs sont appelés révisions de cœur (steppings). Il est important de comprendre les bases des noms de cœur, car le cœur utilisé par un processeur peut déterminer sa rétrocompatibilité avec votre carte mère. Les révisions (steppings) sont généralement moins importantes, bien qu'il faille également y prêter attention. Par exemple, un cœur particulier peut être disponible dans les révisions B2 et C0. La révision C0, plus récente, peut inclure des corrections de bugs, fonctionner à une température plus basse ou offrir d'autres avantages par rapport à la révision précédente. La révision de cœur est également critique si vous installez un second processeur sur une carte mère à double processeur. (C'est-à-dire une carte mère avec deux prises de processeur, par opposition à un processeur dual-core sur une carte mère à prise unique.) Ne mélangez jamais, au grand jamais, les cœurs ou les révisions sur une carte mère à double processeur, car cela mène à la folie (ou peut-être simplement au désastre).

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