Core i7 920 : L’architecture Nehalem en action

Le Core i7 n’est pas l’occasion pour Intel de revoir entièrement sa copie comme ce fut le cas avec l’introduction du Core 2. Ceci ne veut pas dire que nous n’avons pas droit à de nombreuses nouveautés, bien au contraire.

Le Core i7 représente la première micro architecture nativement quad core d’Intel. Elle introduit un contrôleur mémoire embarqué,  le lien QPI (Quick Path Interconnectet), le retour de l’hyperthreading, de nouvelles instructions SEE 4.2 et surtout plusieurs technologies pour la gestion de l’énergie.

Des changements.

Sa conception fait appel à différents nouveaux procédés ayant définitivement abolis l’usage du plomb et d’halogène.

D’avantage respectueux de l’environnement que ses prédécesseurs, il s’architecture autour de quatre cores sur un même die et non deux dies double cores, ce qui explique son appellation de processeur quatre core natif.

Nous pouvons voir sur le schéma ci-dessous, ces quatre cores. Ils s’accompagnent d’un important cache L3 de 8 Mo, d’un contrôleur mémoire  et d’un ou deux liens QPI (1 pour les versions grand public et 2 pour les versions serveurs).

Tout ce petit monde réclame de la place.  Ainsi là où un Core 2 Quad dispose d’une surface de 214 mm², le die du Core i7 demande 263 mm². Mais les choses évoluant, le Core i7 utilise seulement (toutefois, tout est relatif) 731 millions de transistors pour 2 x 410 millions pour le Core 2 Quad à 45 nm.

Adieu au FSB et bienvenue au QPI.

QPI est la contraction de QuickPath Interconnect. Le Nehalem délaisse le FSB (Front Side Bus) et utilise un nouveau type de bus pour communiquer avec le northbridge.

Le QPI est un bus bidirectionnel dont l’objectif est d’améliorer les transferts entre le chipset et l’ensemble processeur/mémoire. La bande passante totale est de 25,8 Go soit 12,8 Go dans chaque sens pour une fréquence de 3,2 GHz (Core i7 965 Extreme edition). Dans le cas des Cores i7 920 et 940, nous avons une bande passante totale de 18 Go/s.

Avec l’introduction du contrôleur mémoire à l’intérieur du processeur, le schéma traditionnel de fonctionnement est chamboulé. Pour faire simple, nous avons d’un côté les cores d’exécution, au nombre de quatre et de l’autre le reste représenté par le cache L3, le gestionnaire des liens QPI ou encore le contrôleur mémoire et le PCU pour Power Control Unit.

Ces deux parties distinctes ne fonctionnent du coup pas tout à fait à la même fréquence mais prennent appui sur une fréquence système commune fixée à 133 MHz.

L’Hyper-Threading le grand retour.

L’HyperThreading est apparu à l’époque des Pentium IV.

Son objectif visait à améliorer les performances sous une application Multi-threadée. Ce nom un peu barbare désigne simplement la méthode employée par une application pour exécuter plusieurs tâches. Elle simule une exécution en parallèle.

Prenons un exemple assez imagé.

Nous souhaitons appliquer un effet sur une photo. Ce souhait représente à lui tout seul une quantité importante de calculs. Afin d’y parvenir, une application Multi-threadée va le décomposer en une suite de “processus légers” ou “thread”. Après l’envoi d’un premier thread, notre logiciel de retouche photo ne va pas attendre la réponse, il envoie tout de suite la suivante. Cette méthode est dite “parallèle”.

A l’époque, dans un processeur Pentium IV Northwood puis Prescott HT il n’y avait qu’un core de calcul donc qu’une seule possibilité de faire les calculs. Les Threads sont calculés les uns après les autres.

Avec l’utilisation de la technologie Hyperthreading, ce schéma s’optimise et le processeur a l’avantage d’avoir toujours une file d’instructions prête. Nous économisions un temps précieux qui se répercutait alors sur les performances globales. Nos tests de l’époque ont mis en évidence une augmentation comprise entre 1 et 41% suivant l’application et l’environnement de travail (relire notre dossier ici).

A la naissance des premiers processeurs double core, le géant Intel a arrêté l’usage de cette technique et voici qu’elle refait son apparition.

Sous Windows Vista, il est facile de savoir si l’hyperthreading est activé avec un Core i7.

Il suffit de faire Ctrl, Alt puis Suppr au clavier, dans la fenêtre qui apparaît cliquez sur « ouvrir le gestionnaire des tâches » puis sélectionnez Performances.

L’historique de l’utilisation de processeur comporte autant de graphiques que de cores détectés. Avec un Core i7 920, nous avons droit à 8 cores (4 réels et 4 virtuels grâce à l’HyperThreading).

Les instructions SSE passent en version 4.2

Il s’agit de l’enrichissement de l’ensemble des instructions prises en charge par le Core 2 en 45 nm en y ajoutant 7 de plus à savoir CRC32, PCMPESTRI, PCMPESTRM, PCMPISTRI, PCMPISTRM, PCMPGTQ et POPCNT. Elles s’orientent en grande partie à améliorer les processus de compression de données.

Nouveau socket, nouveau chipset et donc nouvelle carte mère.

Face à son grand frère le Core 2, le Core i7 exploite toujours un cache L1 de 64 Ko (32 x 2) par core mais s’enrichie également d’un cache L2 de 256 Ko et surtout propose un imposant cache L3 partagé de 8 Mo.

Tous ses changements apportés ne sont pas sans incidence sur la forme physique du processeur. Le Core i7 inaugure donc l’usage d’un nouveau socket et s’exploite par un nouveau chipset

Pour l’instant, seulement Intel dispose d’une solution compatible avec le couple X58 /ICH10.

Nous retrouvons un southbridge classique et un Northbridge simplifié par le fait que le contrôleur mémoire est désormais intégré au processeur.

Le PCI Express 2.0 est naturellement pris en charge avec, pour le bonheur des amateurs de performances extrêmes, le support des technologies CrossFire et c’est une première du SLI en natif de Nvidia.

Le Core i7 prend place dans un socket LGA 1366.

D’une forme différente de l’actuel socket LGA 775, les systèmes de refroidissement LGA 775 sont du coup plus compatibles. Pas de panique toutefois puisque de nombreux fabricants ont déjà dévoilé une mise à jour de leur offre avec souvent la mise à disposition de kits de fixation compatibles.

Comme nous l’avons annoncé, le Core i7 embarque un contrôleur mémoire. De type triple Channel, il faut pour bénéficier de la bande passante mémoire maximale des cartes mères équipées de trois ou 6 ports mémoire et impérativement installer par multiple de trois des barrettes de DDR3.

Les constructeurs de mémoires se sont mis à la page et proposent déjà de nombreux kits de 3 et 6 Go sous la forme de 3 x 1 Go et 3 x 2 Go. Pour l’instant, la DDR-800 et la DDR3 1066 sont officiellement supportées.

Voici le diagramme du X58.