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Dans ce quatrième article, nous ferons un état des lieux des progrès technologiques à partir de 2011. Mais tout d’abord, revenons un peu en arrière dans le temps !
Si vous avez manqué notre précédent article, nous vous conseillons de le lire ici : « Le CPU dans tous ses états 3/6 »
Pour Intel, depuis 2007, les différentes évolutions des CPU vont toutes utiliser le schéma TICK-TOCK qui est un modèle de Recherche & Développement (R&D) et d’industrialisation qui prend la forme d’une alternance entre le TICK, un changement de finesse de gravure tout en gardant une architecture éprouvée et le TOCK, un changement d’architecture tout en gardant cette fois-ci une gravure éprouvée.
Pendant de longues années Intel parvient à maîtriser son processus grâce à ce modèle. Mais un premier revers en 2014 les pousse à adopter un nouveau modèle intégrant une phase d’optimisation.
C’est donc en 2016 qu’Intel annonce son nouveau modèle R&D/industrialisation, le modèle de processus-architecture-optimisation, qui ressemble à un cycle Tick-Tock suivi d’une phase d’optimisation. Mais avant d’en détailler le principe, petit éclairage sur AMD.
La fin de la première décennie des années 2000 voit l’entreprise AMD confrontée à une situation financière difficile, qui l’oblige à repenser entièrement sa stratégie. Cela se traduit par une réduction des investissements en recherche et développement, faute de moyens comparables à ceux de son concurrent.
Ainsi, pour maintenir sa position sur le marché, AMD se voit contraint de proposer ses processeurs à des prix peu rentables sur les segments d’entrée et de milieu de gamme, en raison de l’avance d’Intel en termes de technologies et de performances.
Repartons maintenant à l’aventure à partir de l’année 2011. C’est en cette année-là qu’AMD a lancé son architecture Bulldozer, laquelle va changer la façon de compter les cœurs.
Leur idée ? Fusionner 2 cœurs en un module et partager une partie des composants (unités de calculs, unité de calcul sur les flottants, cache L2, etc.).
Pour AMD, un « module » est donc désormais compté comme 2 vrais cœurs alors que, dans la pratique, si un cœur utilise une ressource partagée, l’autre doit obligatoirement attendre son tour. C’est le principe du CMT (Cluster MultiThreading) qui ne peut pas lutter face au SMT (Simultaneous MultiThreading) qui, lui, à ses propres ressources dans un cœur.
L’histoire continue de se répéter et AMD n’arrive pas à reprendre la palme des performances et est obligé de se cantonner à l’entrée et au milieu de gamme.
N’étant plus maître de ses usines, AMD est soumis à la loi du marché des fondeurs, ce qui complique considérablement sa situation. AMD, ne parvient pas à concevoir des processeurs performants (ils ne sont pas mauvais pour autant), et ses difficultés sont exacerbées par sa rivalité avec Nvidia sur le segment des cartes graphiques.
En effet, depuis le rachat d’ATI par AMD, la lutte est rude sur le segment des GPU[1] aussi (mais cela fera l’objet d’un autre article). AMD s’engage dans une période difficile qui s’annonce très longue dans les deux secteurs d’activité, les processeurs (où elle détient 20% des parts de marché) et les cartes graphiques (où elle détient 30% des parts de marché), pour le grand public. La situation est encore plus précaire dans le domaine professionnel, où AMD ne bénéficie pratiquement d’aucun contrat.
Pour Intel, la situation est bien différente. Son processus TICK-TOCK fonctionne parfaitement bien, et chaque changement permet une évolution franche en termes de puissance de calcul, d’implémentation de fonctions et de dégagement thermique maîtrisé.
Toutefois cette machine parfaitement huilée va connaître ses premiers écueils à partir de 2015 avec l’architecture Skylake (6ème génération – iX-6000) gravée cette fois-ci en 14Nm et les perspectives d’évolution de la technologie avec une finesse de gravure de 10Nm.
En effet, le passage à une gravure en 10Nm n’étant pas rendu possible technologiquement à temps, Intel s’est retrouvé avec un processus de fabrication bloqué à 14Nm.
Par conséquent, sauf à augmenter la taille des matrices, Intel s’est vu limité dans l’évolution de son architecture. C’est donc, pendant plusieurs années qu’Intel sera contrainte à limiter l’évolution de son architecture CPU. Et c’est ainsi, qu’en 2016, l’architecture Kaby Lake n’apparait être qu’une mise à jour mineure de Skylake avec un 14Nm « 2x optimisé ».
L’histoire continue en 2017 avec Coffee Lake (8ème génération iX-8000), qui va voir être ajoutés 2 cœurs supplémentaires toujours avec un processus de fabrication 14Nm mais « 3x optimisé ».
En 2018, Coffee Lake Refresh (9ème génération iX-9000), va également apporter 2 cœurs supplémentaires, sur un processus de fabrication 14Nm « 4x optimisé ».
Parallèlement, les essais sur le processus de fabrication 10Nm sont sans équivoque : ils démontrent toujours une impossibilité à industrialiser le processus avec le maintien d’une cadence de production suffisante. Mais Intel souhaitant continuer à proposer des nouveautés, l’année 2020 marque l’arrivée d’une nouvelle amélioration d’architecture : Comet Lake (10ème génération iX-10000).
Ce Comet Lake est toujours basé sur une architecture Skylake de 2015, l’apport réside, une fois encore, en l’ajout de 2 cœurs supplémentaire pour porter le nombre total de cœurs à 10 (soit 20 Threads), toujours sur la base d’un processus de fabrication 14Nm, mais encore optimisé (« 5x optimisé »).
La surface de matrice (Die) continue à augmenter, rendant les « processeurs de plus en plus grands. »
En somme, l’architecture Ivy Bridge d’Intel a permis des améliorations significatives en termes de performances graphiques et de consommation d’énergie, tout en améliorant les performances du processeur pour répondre aux besoins des utilisateurs les plus exigeants.
Ivy Bridge-E, pour le HEDT, va réutiliser le même principe que Sandy Bridge-E sorti auparavant.
La situation d’Intel est compliquée en raison des limitations imposées par son processus de fabrication en 14Nm, malgré l’amélioration constante de son architecture. Et cette difficulté est largement exacerbée dans la gamme professionnelle avec des processeurs possédant bien plus de cœurs (28 pour le modèle le plus puissant).
Les tailles et les consommations deviennent difficiles à gérer. En outre et par souci de rentabilité, Intel se voit contrainte d’essayer de vendre chaque puce fonctionnelle d’un wafer, en dépit du fait que leur « efficacité » et leurs « performances » varient en fonction de leur position sur celui-ci, ce qui est encore plus problématique sur des puces qui couvrent une grande surface. Il devient donc difficile d’assurer une homogénéité de qualité sur un grand nombre de puces. Vendre toutes les puces fonctionnelles d’un wafer, malgré les disparités d’efficacité, oblige à créer des gammes et des sous-gammes, donc, à multiplier les nouvelles références, que ce soit pour les gammes professionnelles ou grand public.
Dans la gamme professionnelle, la nomenclature devient ainsi très vite, très complexe. La fabrication « monolithique » des CPU commence à montrer ses premiers signes de faiblesse.
En début d’année 2021, Rocket lake (11ème génération iX-11000) apporte sur cette série, et aussi surprenant que cela paraisse, un nombre de cœurs qui repasse à 8, l’architecture légèrement repensée, permettant de rendre l’ensemble suffisamment puissant pour remédier à l’absence de 2 cœurs par rapport à l’ancienne génération. Toujours avec un processus de fabrication en 14Nm, encore une fois optimisé (« 6x optimisé »), disons-le clairement, optimisé jusqu’aux limites du possible et finalement incapable d’être amélioré significativement.
Fin d’année 2021, Intel arrive enfin à réussir la gravure sur un procédé 10Nm (après 6 ans de retard) et apporte également une révolution architecturale avec Alder Lake (12ème génération iX-12000) (ima4). Le nombre de cœurs est toujours de 8, mais est cette fois-ci appelé P pour Performance. En plus de ces cœurs P il y a également 8 cœurs E pour Efficacité. Le but de cette approche est de répartir la charge de travail en fonction des types de cœurs disponibles en privilégient les charge lourde sur les « P » et les usages simples sur les « E ».
Le Raptor Lake (13ème génération iX-13000) en 2022, marque une optimisation d’Alder Lake, apportant un doublement des cœurs E qui sont au nombre de 16. Les cœurs P sont toujours au nombre de 8.
Outre le fait de multiplier le nombre de cœurs, l’autre levier pour accroître les performances est celle de l’augmentation des fréquences d’horloge du processeur. Mais ce surcroît de performance se fait au prix d’une tension d’alimentation plus élevée et d’un dégagement thermique en forte augmentation.
On résume
Année | nom | Cœurs / Threads | Nb transistors | taille | TDP | « Puissance » de calcul | Prix à l’époque |
2015 | Intel mainstream I7-6700K | 4/8 | 1,75 milliards | 122mm² | 91W | 256 GFLOPS | $350 |
2017 | Intel mainstream I7-7700K | 4/8 | ? | 122mm² | 91W | 268.8 GFLOPS | $350 |
2017 | Intel mainstream I7-8700K | 6/12 | 3 milliards | 153mm² | 95W | 355,2 GFLOPS | $359 |
2018 | Intel mainstream I9-9900K | 8/16 | ? | 180mm² | 95W | 460,8 GFLOPS | $499 |
2020 | Intel mainstream I9-10900K | 10/20 | ? | 206mm² | 125W | 592 GFLOPS | $547 |
2021 | Intel mainstream I9-11900K | 8/16 | ? | 276mm² | 125W | 448 GFLOPS | $593 |
2021 | Intel mainstream I9-12900K | 8/16+8 | ~8 à 10 milliards | 215mm² | 125W Turbo 241W | 819,2 GFLOPS | $658 |
2022 | Intel mainstream I9-13-900K | 8/16+16 | ? | 257mm² | 125W Turbo 253W | ? | $599 |
Données Intel, le nombre de transistor n’est plus communiqué et est estimé.
[1] Un GPU (Graphics Processing Unit) est une puce électronique spécialisée dans le traitement et l’affichage d’images, de vidéos et de graphiques 3D.
Retrouvez la suite de l’histoire des CPU dans le prochain article !