Une architecture processeur qui change peu

On le sait depuis le dernier IDF, le gros des nouveautés d'Ivy Bridge ne se situe pas dans l'architecture processeur. D'autant qu'à haut niveau Ivy Bridge est très proche de son prédécesseur, Sandy Bridge, avec un die monolithique regroupant quatre cœurs d'exécution x86 et un cœur graphique intégré. Revue de détails !

C'est ainsi que l'on retrouve le même front-end que sur Sandy Bridge avec un cache L0 destiné au stockage des micro-opérations décodées. Le moteur assurant la gestion de l'OOO (Out of order execution en anglais dans le texte) est également hérité de Sandy Bridge avec les améliorations de l'époque à savoir l'introduction d'un PRF ou Physical Register File. Même chose pour les mécanismes de prédiction de branchement qui, entièrement revus à l'occasion de Sandy Bridge, demeurent identiques avec Ivy Bridge. Et comme sur Sandy Bridge, Ivy Bridge propose l'équivalent d'une mémoire cache de troisième niveau baptisée LLC et partagée entre les cœurs d'exécution x86 et la partie graphique via un ring-bus acheminant les données entre d'une zone de la puce à l'autre tout en offrant une bande passante massive de 384 Go/s. Pour plus de détails sur ces points d'architecture, nous vous renvoyons à notre dossier de l'époque (voir Intel Sandy Bridge : nouveaux processeurs Core i5/i7).



Voilà pour ce qui ne change pas. Quelques ajustements voient le jour au niveau de certaines structures de la puce pour permettre notamment des gains de performances sur l'exécution simple thread. Le partitionnement statique de ces structures imposé notamment pour l'HyperThreading a été revu pour être dorénavant dynamique. Dès lors, avec un seul thread actif, toutes les ressources de ces structures sont dédiées au dit thread. Concrètement, il s'agit par exemple d'éviter qu'un certain nombre d'entrées d'un cache soient réservées à d'autres threads alors même que ces threads n'existent pas, pour toutes les allouer au thread en cours.



À défaut de bouleversement de l'architecture, le nombre d'unités d'exécution étant identique, Intel apporte là aussi quelques améliorations. C'est ainsi que le débit de l'unité en charge des divisions sur les entiers et virgule flottante a été doublé par rapport à Sandy Bridge. Parallèlement, Intel fait logiquement évoluer son jeu d'instructions. On note l'arrivée d'un générateur de nombres aléatoires répondant aux standards actuels et accessibles via l'instruction RDRAND. Ivy Bridge propose également un mode SMEP visant à se prémunir des attaques de type élévation de privilège en interdisant l'exécution d'applications depuis des zones non sécurisées de la mémoire.



Signalons également un accès plus rapide aux registres FS & GS, des instructions de conversion pour le format Float16 ou encore des améliorations de performances pour les opérations MOV de déplacement de données qui peuvent se faire à présent dans les registres sans passer par l'occupation d'un port d'exécution. Intel fait également état d'améliorations au niveau du SSE, l'ensemble de ces changements devant permettre aux cœurs d'exécution x86, au cache LLC mais aussi au contrôleur mémoire d'exécuter un plus grand nombre d'instructions par cycle d'horloge.

Des évolutions pour le system agent : PCI-Express 3.0

Rappelons qu'avec Sandy Bridge, le « Uncore », cette zone de la puce hébergeant notamment le contrôleur mémoire, le moteur d'affichage et le contrôleur PCI-Express, devenaient « System Agent ». Au-delà de la sémantique, le System Agent d'Ivy Bridge évolue sensiblement. D'un point de vue énergétique d'abord, Intel affirme avoir optimisé la consommation de cette partie en réduisant son alimentation notamment aux fréquences Turbo intermédiaires.

Du côté du contrôleur mémoire, si la DDR3 règne toujours en maître et sur deux canaux, Intel a revu à la hausse la fréquence maximale de fonctionnement. Dans la théorie celle-ci peut atteindre 2800 MHz. Dans la pratique certaines cartes mères montent à 3200 MHz quand Intel certifie ses premiers processeurs à 2667 MHz. De plus l'ajustement des fréquences mémoire s'effectue de manière plus fine par palier de 200 MHz (en plus du classique palier de 266 MHz) alors que les versions mobiles des processeurs Ivy Bridge prennent en charge la DDR3L moins vorace en énergie. Quant au contrôleur PCI-Express, il a été revu pour gérer le PCI-Express 3.0 avec un débit de 8.0 GT/s, toujours sur 16 voies. Il demeure naturellement compatible avec les périphériques PCI-Express 1.1 et 2.0 et fonctionne selon un schéma 16, 2x8 ou 8/4.

Turbo Boost et TDP configurable

L'an dernier, Intel proposait avec Sandy Bridge la version 2.0 de sa technologie Turbo Boost. Une technologie qui reste d'actualité avec Ivy Bridge et qui consiste à augmenter dynamiquement la fréquence de fonctionnement des cœurs en fonction de la charge et de l'enveloppe thermique du processeur. L'idée sous-jacente est d'utiliser la marge de manœuvre offerte lorsque le processeur est en deçà de ses spécifications thermiques en augmentant la fréquence de fonctionnement d'un ou plusieurs cœurs jusqu'à atteindre le TDP maximum.

Naturellement, le gain le plus important en terme de fréquences de fonctionnement est obtenu sur les applications mono-threadées alors que le Turbo opère également dans les cas d'applications multi-threadées avec des gains toutefois moins importants. A noter que comme sur Sandy Bridge, le Turbo concerne également le cœur graphique, lorsque celui-ci est actif.



Si Ivy Bridge n'introduit pas de nouveautés au niveau du Turbo, outre des marges plus importantes en fonction des modèles de processeur, l'innovation est à chercher du côté du TDP, l'enveloppe thermique, qui est maintenant configurable. Traditionnellement, le TDP d'un processeur est fixe et prédéfini par Intel. Impossible de le modifier ou d'aller au-delà. Avec Ivy Bridge, il est possible de le configurer pour aller au-delà à condition de revoir le système de refroidissement. Mais cela fonctionne également dans l'autre sens puisque l'OEM peut abaisser le TDP pour s'accommoder d'un format plus compact. Une fonctionnalité évidemment pensée avant tout pour les fabricants d'ordinateurs portables.