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Dans ce deuxième article, nous allons vous présenter les évolutions fulgurantes des CPU sur une période de 9 ans. Outre la multiplication des cœurs, cette période aura vue l’implémentation du Northbridge ainsi que celle des fonctions de gestion graphique. Si vous avez manqué notre premier article, nous vous conseillons de le lire ici : « Le CPU dans tous ses états 1/6 ».
Embarquons maintenant vers une nouvelle aventure dans les arcanes des progrès technologiques en matière de CPU.
Afin de pouvoir augmenter les performances de calcul des ordinateurs, une des solutions possibles prenait la forme de cartes mères disposant de deux emplacements CPU (les fameux bi-processeurs).
Avec ces deux CPU, il fallait alors trouver le bon équilibre entre la place disponible sur la carte mère, sa compacité, la dissipation thermique (les TDP* continuant à augmenter) et la consommation électrique de l’ensemble.
Pour rationaliser tout cela et augmenter l’efficacité générale, une parade a été trouvée en 2005 par Intel. Leur solution ? L’implémentation de deux Dies* CPU dans un seul et même boîtier (celui que l’on nomme processeur, par simplification).
Si l’on continue sur cet abus de langage, Intel a en somme mit deux processeurs dans un.
Cette solution a des avantages en termes de place, avec la contrepartie qu’elle induisait des latences de communication entre les deux cœurs* CPU et le reste du système. De plus, là où avant il ne fallait refroidir qu’un seul processeur par boîtier, désormais, il fallait en refroidir deux.
Et ce n’est pas simple ! AMD, avec les Athlon64 x2, s’était essayé à ce même type de conception bien avant Intel. Sur le papier, elle était même bien plus élégante (une véritable intégration dans une « puce logique »), mais au final ce qu’avait essayé de concevoir AMD à l’époque n’était pas aussi performant que la version qu’avait « bricolée » Intel avec son Pentium D (deux Pentium 4 gravés côte à côte en un seul bloc).
C’est en 2006 qu’Intel sort les processeurs de génération Core 2 Duo famille Conroe.
C’est la première véritable intégration complète de deux cœurs dans un seul et même Die processeur. Ils sont disponibles en 64 bits qui est devenu le standard, standard toujours d’actualité aujourd’hui.
Comment cela a-t-il été rendu possible technologiquement ? Grâce au passage à une finesse de gravure de 65 nm, qui a alors permis l’intégration des pas moins de 291 millions de transistors nécessaires pour son fonctionnement, ceci sur une surface d’à peine 143 mm² (soit un petit carré de silicium d’environ 12×12 mm).
La fréquence en revanche est « bridée » et se limite alors à 3 GHz. Un Core 2 Duo E6600 (2,4 GHz) vaut 316 $.
En 2008, Intel sort la gamme Core 2 Quad qui reprend le principe de multiplication des Dies, à la façon des Pentium D, mais avec cette fois-ci 4 cœurs dans un même boîtier. (on multiplie donc par deux, ce que nous avions précédemment multiplié par 2. La factorisation dans son état le plus pur)
Bien qu’AMD ait sorti un vrai quad-core avec la série Phenom, l’histoire se répète et les performances ne sont pas au rendez-vous comparé à Intel.
C’est avec le Phenom II, le passage à une finesse de gravure de 45 nm afin de pouvoir réduire le TDP ainsi que la surface du CPU, qu’AMD a pu tirer son épingle du jeu.
Toujours en 2008, Intel lance son premier véritable quad-core avec la gamme Nehalem Bloomfield. Cette gamme marque également une révolution concernant l’architecture générale du CPU pour le fondeur : l’intégration du contrôleur mémoire au sein même de la puce CPU.
Notons qu’AMD a incorporé le contrôleur au sein de son microprocesseur dès 2003, avec la gamme K8. Outre l’intégration de quatre vrais cœurs de calcul, la technologie d’hyperthreading (HT) fait son retour après un essai raté sur la série des Pentium 4.
Cette technologie permet de simuler deux cœurs logiques sur un seul cœur physique. Cela permet d’optimiser le flux des calculs en permettant de partager les ressources à deux instructions distinctes.
Le cache L3 fait également son apparition afin de permettre à tous les cœurs de communiquer ensemble. L’autre ajout fondamental est l’intégration d’un nouveau contrôleur mémoire tri-canal, alors que jusqu’à présent il était double canal et situé dans le Northbridge de la carte mère.
La finesse de gravure de 45 nm permet de faire tenir les 731 millions de transistors sur une surface de 263 mm² et le TDP est de 130 W. À nouveau, la performance se paie très cher, l’I7-920 (2,66 GHz) vaut 284 $, l’I7-940 (2,93 GHz) vaut 555 $ et l’I7-965 (3,2 GHz) vaut 999 $. Cette plateforme est considérée comme le haut de gamme.
En 2009, Intel lance une nouvelle version (grand public) de son processeur Nehalem, baptisée Lynnfield.
Cette série, basée sur les Core i7-8X0, se distingue par son contrôleur mémoire double canal, moins complexe et onéreux que le tri-canal. Une autre nouveauté fait son apparition avec l’intégration du contrôleur PCI Express directement au sein du CPU, ce qui permet de supprimer le Northbridge de la carte mère. Toutes les fonctions sont alors intégrées dans le processeur, ce qui rend le Northbridge totalement inutile.
Cette évolution a toutefois nécessité l’intégration d’une quantité encore plus importante de transistors, avec un total de 774 millions d’unités sur une surface de 296 mm². Conformément à sa position sur le segment grand public, le TDP est réduit à 95 W.
En termes de tarification, les prix sont proportionnels à la fréquence, avec l’I7-860 (2,8 GHz) vendu à 284 $ et l’I7-880 (3,07 GHz) vendu à 583 $. Ces processeurs offrent des performances remarquables, qui sont particulièrement adaptées aux besoins de l’utilisateur grand public qui recherche un équilibre entre les performances et le coût. En somme, le processeur Lynnfield de la série Core i7-8X0 représente une véritable avancée en matière de traitement de données grand public, qui permet de combiner puissance et abordabilité.
Mais Nehalem va encore servir de base technologique pendant quelques années. Nous allons le voir dans le prochain article.
en résumé
Année | nom | Cœurs / Threads | Nb transistors | taille | TDP | « Puissance » de calcul | Prix à l’époque |
2005 | Pentium D840 | 1+1 | 230 millions | 206mm² | 130W | ~13GFLOPS | $423 |
2006 | Core 2 Duo E6600 | 2 | 291 millions | 143mm² | 65W | ~18GFLOPS | $316 |
2008 | Nehalem I7-940 | 4/8 | 731 millions | 263mm² | 130W | ~70GFLOPS | $555 |
2010 | Core I7-880 | 4/8 | 774 millions | 296mm² | 95W | ~55GFLOPS | $583 |
1 : TDP : Thermal Design Power, d’un semi-conducteur, exprimée en watts (W), « Enveloppe thermique » en français, et correspond à la puissance qui doit être dissipée par échange de chaleur pour qu’une puce fonctionne correctement.est le transfert thermique vers l’extérieur (dissipation thermique) dont doit pouvoir bénéficier ce composant pour fonctionner correctement
2 : Le Die, est la partie fonctionnelle d’une puce electronique, c’est le cœur d’un circuit intégré. Il s’agit en fait, pour un CPU, du morceau de silicium sur lequel a été gravé le microprocesseur (cores + cache + contrôleur mémoire + gestion de entres sorties…). Ce n’est autre qu’un morceau du wafer. Ce Die, auquel sont ajoutés, des pins de connexion, des fils de liaison et une encapsulation pour protéger le tout, est ce qu’on appelle communément, par simplification, le processeur, celui que l’on insert sur la carte mère.
3 : Cœur : unité de traitement central indépendante sur un composant de calcul.
Retrouvez la suite de l’histoire des CPU dans le prochain article !