Comprendre l’horloge : Vitesse de base et vitesse d’accélération des processeurs

Lorsque vous êtes sur le marché pour un processeur, il y a une liste de choses que vous devriez considérer. Traditionnellement, à peu près la seule chose que la plupart des consommateurs regardent est sa puissance totale en gigahertz. Beaucoup d’entre eux ne savent probablement pas ce que cela signifie (il s’agit du nombre de cycles d’horloge – en fait, de calculs – qu’un processeur effectue en une seconde, en milliards ; on parle alors de la vitesse d’horloge d’un système), mais c’est un élément facile à comparer. Si vous achetez un ordinateur portable et que vous pouvez choisir le processeur que vous voulez, vous pouvez supposer, en général, que celui qui est évalué à 2,5 GHz est probablement plus rapide que celui qui est évalué à 2,3 GHz.

Les dernières années ont apporté une ride supplémentaire : le booster de vitesse. La plupart des unités de traitement, graphiques et informatiques, ont maintenant une vitesse d’horloge de base et une vitesse de boost. Intel appelle cela Turbo Boost ; AMD l’appelle Turbo Core.

Alors, que signifie tout cela ? Plus important encore : Qu’est-ce que cela signifie pour vous ? Tout d’abord, parlons de l’utilité d’une vitesse d’horloge  » de base « . Plus votre processeur tourne vite, plus il a besoin d’énergie et plus il génère de chaleur. Prenez, par exemple, le Core i7-5820K d’Intel. Il s’agit d’un processeur à 6 cœurs avec une vitesse d’horloge de base de 3,3 GHz et une vitesse Turbo Boost de 3,6 GHz. Dans la plupart des cas, vous souhaitez que votre processeur fonctionne à cette vitesse plus lente. Les tâches de base n’ont pas besoin d’un processeur à 3,6 GHz pour fonctionner. En fait, la plupart d’entre elles n’ont pas besoin de 3,3 GHz. Donc, dans les moments où vous n’avez pas besoin de la vitesse supérieure, pourquoi voudriez-vous augmenter votre facture d’électricité et générer de la chaleur supplémentaire ?

Pendant longtemps, l’over-clocking était réservé aux passionnés. L’over-clocking est un processus qui prend un processeur capable et modifie son multiplicateur d’horloge. Chaque CPU a une horloge de bas niveau qui est multipliée afin d’atteindre le nombre que nous connaissons tous. Un processeur avec une horloge de bas niveau de 300 MHz et un multiplicateur de 11x a une vitesse d’horloge effective de 3,3 GHz. Avec le bon processeur, vous pouvez modifier ce multiplicateur et ainsi sur- (ou sous-) cadencer votre processeur. Mais alors que les plus endurcis utiliseraient des refroidisseurs à azote liquide pour battre des records du monde de surcadencement, la plupart des gens seraient coincés avec le nombre sur la boîte.

Ces modes Turbo sont essentiellement des surcadences pour les masses, mais vous ne choisissez pas la vitesse, le système le fait. Lorsque votre ordinateur se rend compte qu’il a besoin de plus de cycles d’horloge (disons, lorsque vous essayez de faire un rendu vidéo), alors il va croiser le besoin de vitesse avec sa température. S’il est suffisamment froid, cela signifie qu’il y a une surcharge thermique pour le surcadençage, auquel cas il se met à la vitesse de pointe. La durée dépend à la fois de la durée pendant laquelle le système estime avoir besoin de booster, mais aussi du fait qu’il continue ou non à être raisonnablement frais.

Mais il faut noter que cette vitesse d’horloge maximale est pour un seul processeur. Si vous exécutez un programme qui n’utilise qu’un seul processeur, alors vous obtiendrez ce boost complet. Mais si vous utilisez tous les cœurs disponibles (six, dans le cas du 5820K), ils n’atteignent pas tous cette vitesse maximale. Un cœur atteindra 3,6 GHz, mais les six ne pourront atteindre que 3,4 GHz lorsque Turbo Boost sera activé. (Cela dépend également de votre carte mère, et les cartes mères haut de gamme/enthousiastes permettront à ces chiffres d’être plus élevés que les cartes bas de gamme.)

Avec les téléphones, les choses sont un peu différentes. Le plus souvent, le fabricant ne vous dira même pas quelle est la vitesse d’horloge de base d’une puce, car c’est un nombre qui ne vous dira plus ou moins rien sur la puce elle-même. Dans des conditions normales, le processeur de votre ordinateur de bureau fonctionnera à sa vitesse de base. Un téléphone, par contre, ne fonctionnera pratiquement jamais à cette vitesse. En effet, la vitesse de base des puces ARM, qui équipent presque tous les appareils mobiles du marché, n’est que de quelques centaines de mégahertz. Mais cela leur permet de fonctionner dans un état de repos avec un minimum de consommation d’énergie/génération de chaleur.

Cette vitesse d’horloge de base ne sera jamais en vigueur lors d’une utilisation réelle. Lorsque votre téléphone s’allume, le processeur hurle en action et tourne juste autour de cette vitesse promise. La durée pendant laquelle il y reste, cependant, dépend fréquemment de la fabrication du téléphone lui-même, car lorsque les processeurs surchauffent, ils s’étranglent d’eux-mêmes. Cela est vrai pour la plupart des processeurs, mais selon l’agressivité avec laquelle cela est fait, vous pouvez avoir deux téléphones avec des puces identiques qui fonctionnent à des vitesses d’horloge effectivement différentes.

C’était le cas en 2013 lorsque le Nexus 5 de Google s’est avéré s’étrangler fortement en raison de problèmes de chauffage structurel causés par la conception du téléphone. Un téléphone avec un châssis en plastique est plus susceptible de surchauffer qu’un téléphone avec un châssis en métal (les composants haut de gamme ne servent pas seulement à être jolis), et les téléphones qui ne dissipent pas particulièrement bien la chaleur ne fonctionneront tout simplement pas aux mêmes vitesses que les téléphones mieux conçus.

En général, prenez les vitesses de boost comme une ligne directrice plutôt que comme une règle. Sur un ordinateur de bureau, vous n’avez jamais à vous soucier du fait que votre ordinateur fonctionne en dessous de sa vitesse de base (sauf si vous le voulez), mais sur un appareil avec des contraintes de chaleur et d’énergie de la batterie, c’est plus compliqué. Il est peu probable que vous voyiez un téléphone fonctionner à 600 MHz, mais ce processeur à 1,7 GHz peut, en réalité, ressembler un peu plus à un processeur à 1,3 GHz avec un boost occasionnel de 400 MHz. Malheureusement, il est presque impossible de savoir sans vérification indépendante où un système donné pourrait se situer, et les benchmarks que de nombreux évaluateurs exécutent ne peuvent pas nécessairement prendre en compte cette variabilité.

Les ordinateurs portables modernes sont dans une situation similaire à celle des téléphones. Un nouveau MacBook Air, par exemple, dispose d’un Intel Core i5 à 1,6 GHz avec une vitesse de boost de 2,7 GHz. Cela permet d’obtenir le meilleur compromis entre les performances et l’autonomie de la batterie mais, comme pour les téléphones, les ordinateurs portables ont des systèmes de refroidissement moins performants que les puces de bureau, ce qui signifie qu’ils ne peuvent pas nécessairement soutenir ces vitesses boostées.

Si vous connaissez vos priorités, alors vous pouvez savoir ce dont vous avez besoin. Voulez-vous une production de chaleur et une consommation d’énergie moindres/une autonomie de batterie plus élevée, mais la possibilité de faire des pics si nécessaire ? Recherchez un processeur avec un boost plus impressionnant mais une vitesse de base inférieure. Vous voulez avoir la possibilité de l’overclocker encore plus ? Cherchez un système avec un « multiplicateur débloqué ». Intel désigne ces processeurs par un « K » et AMD par un « FX ». Et lorsque vous choisissez un téléphone, vérifiez si certains points de vente ont signalé des problèmes d’accélération sur un modèle particulier. Ne vous contentez pas de croire le fabricant sur parole.

Aussi, ne vous concentrez pas exclusivement sur une vitesse d’horloge. C’est une métrique utile pour comparer les différentes versions d’une même ligne de processeurs, mais un processeur AMD à 4 GHz n’est pas nécessairement plus puissant qu’un processeur Intel à 3,5 GHz. Même la comparaison d’une puce Intel moderne avec une puce plus ancienne ne vous apprend pas grand-chose. Un seul cycle d’horloge est aujourd’hui beaucoup plus efficace qu’il ne l’était dans le passé, de sorte que presque n’importe quelle puce Intel Core est plus puissante que n’importe quelle puce de l’époque du Pentium.

Et c’est pour cela que les tests de référence existent, car ils sont le seul moyen de comparer directement les performances entre les marques et les lignes de produits. Il existe fondamentalement deux types de benchmarks : conceptuels et pratiques. Il ne s’agit pas de désignations officielles, mais elles permettent de saisir l’essentiel. Un benchmark conceptuel est spécifiquement et exclusivement un benchmark. Il s’agit d’un programme spécifique qui peut être exécuté dans votre navigateur ou comme un exécutable à part entière. Ces scores de sortie peuvent être utilisés pour comparer directement les processeurs, mais ils ne sont pas particulièrement significatifs en soi. Que signifie le score Cinebench R15 du 5820K de 140 pour un seul thread, ou son score multithread de 1 025 ? Et que signifie le fait que le 5930K obtienne des scores de 146 et 1 083 respectivement ? Ces chiffres légèrement plus élevés valent-ils les 200 dollars de plus que le 5820K ? Certains benchmarks testent la vitesse à laquelle un système peut exécuter le benchmark, et bien que beaucoup d’entre eux essaient de simuler une utilisation réelle, les scores ne signifient pas nécessairement grand chose. Comment une différence de 10 ou même de 100 ms dans la vitesse d’exécution du benchmark Mozilla Kraken affecterait-elle votre expérience réelle ? Elle sera très probablement un peu plus rapide, mais il est difficile de le savoir vraiment.

Les benchmarks pratiques utilisent des programmes pour effectuer des tâches spécifiques – par exemple, le rendu d’une vidéo ou la compression d’une série de fichiers. Le test WinRAR d’Anandtech compresse 2 876 fichiers – totalisant 1,52 Go – et les multiplie. Le 5820K accomplit cette tâche en 46,17 secondes. Le 5930K le fait en 44,95 secondes. Le 5960X, à plus de 1 000 dollars, le fait en 34,25 secondes. Même si ces deux premiers chiffres sont proches, ils sont faciles à comprendre. La puce la plus chère est légèrement plus rapide (comme il se doit), et le monstre à 1 000 dollars les écrase tous les deux (comme il se doit). La conversion d’un fichier vidéo peut être mesurée en images par seconde, ce qui est également facile à comprendre. Ces chiffres sont plus utiles en soi, car ils reflètent des cas d’utilisation réels. Mais, comme pour toute chose, les points de référence ne sont pas les seuls à prendre en compte. Et, bien sûr, les benchmarks ne sont pas tout ce que vous devez considérer. Ces trois puces sont toutes issues du système Haswell-E d’Intel, mais la 5960X a huit cœurs et un cache de 20 Mo ; les deux autres n’ont que six cœurs et 15 Mo. Le 5820K n’a que 28 couloirs PCIe et les autres en ont 40. Ce dernier point, en particulier, est peu susceptible d’apparaître dans de nombreux benchmarks, et c’est la vitesse d’horloge légèrement inférieure du 5820K (3,3-3,6) par rapport au 5930K (3,5-3,7) qui explique sa plus faible apparition, et non la moindre bande passante.

Il est important de garder tout cela à l’esprit, car un consommateur informé est un consommateur habilité. C’est bien d’avoir une horloge de base solide, et c’est encore mieux d’avoir une vitesse de boost élevée. Ils sont certainement cruciaux pour déterminer ce que vous voulez et ce dont vous avez besoin de votre nouveau processeur, mais ils ne doivent compter que parmi les éléments que vous prenez en considération.