Intel Pentium 4 série 600

A l'heure du bilan on peut dire avec lucidité que l'année 2004 n'a pas été pour Intel celle de tous les succès, loin s'en faut. Le fondeur est allé de retards, en reports, en annulations et Craig Barrett, son CEO, a lui-même payé de sa personne en mettant genou à terre pour tenter de faire oublier aux analystes les divers échecs de son groupe lors d'une conférence mémorable. Force est en effet de reconnaître que le Prescott n'a pas tenu ses promesses, laissant le champ libre à AMD qui a pu sans peine fanfaronner avec des Athlon 64 au succès indiscutable. Intel devait donc se ressaisir et le groupe a entamé une vaste restructuration qui a vu quelques têtes tomber. Ainsi, Louis Burns a perdu la direction de la division desktop, la faute entre autres à l'annulation du Pentium 4 4 GHz.

Heureusement pour Intel le Centrino a largement contrebalancé ces tristes résultats et avec la nouvelle année le fondeur espère pouvoir enfin tourner la page. Pour cela, Intel compte dans un premier temps sur la série 600 de ses Processeurs de bureau Pentium 4. S'il n'est pas question de révolution technologique, les Pentium 4 600 sont basés sur une évolution du Prescott. Les principales nouveautés se situent au niveau de la mémoire cache dont la quantité a été multipliée par deux alors qu'il s'agit ici du tout premier processeur grand public d'Intel à prendre en charge les instructions 64 bits, via la technologie EM64T. Enfin une éventualité à l'omniprésence d'AMD ?

Une architecture quelque peu revue pour le 64 bits

Au-delà des nouveautés techniques que nous étudierons en détails un peu plus loin, les Pentium 4 série 600 profitent de l'architecture Prescott qui a été pour l'occasion quelque peu dépoussiérée. La base reste cependant identique et le processeur comporte toujours un pipeline gigantesque de 31 niveaux. Bénéficiant des instructions SSE3 et de l'HyperThreading, les Pentium 4 série 600 profitent de nouvelles fonctionnalités. La plus significative est bien sûr l'EM64T que l'on pourrait ironiquement qualifier d'Intel AMD 64. Annoncée à la surprise générale en début d'année dernière, l'EM64T n'est ni plus, ni moins qu'une copie parfaite de la technologie AMD 64. Elle permet donc au Pentium 4 de bénéficier des instructions x86 sur 64 bits tout en maintenant une compatibilité totale avec les applications 32 bits. Bien curieusement Intel ne souhaite pas encore mettre l'accent sur le support du 64 bits et aucun détail véritablement technique n'a été communiqué à la presse quant à son implémentation. Il semble toutefois que le nombre total de registres ait augmenté tout comme le nombre de registres adressables afin de gérer convenablement les données 64 bits. Rappelons au passage qu'à l'instar des Athlon 64, les Pentium 4 série 600 disposent d'un mode de fonctionnement dit 'Legacy' où le processeur opère en 32 bits, alors que le 'Long Mode' correspond au mode de fonctionnement 64 bits, qui requiert un système d'exploitation 64 bits.

A la lecture de ces quelques lignes, on peut se demander quel est l'intérêt réel du 64 bits aujourd'hui ? La réponse est loin d'être évidente et si techniquement l'atout premier du 64 bits est de permettre de gérer une plus grande quantité de mémoire, 256 To contre 4 Go aujourd'hui, cela ne concerne pas le grand public dont les besoins sont encore très loin d'atteindre le téraoctet. L'autre intérêt du 64 bits, d'un point de vue purement théorique, vient de la possibilité de gérer plus de variables ou d'effectuer plus rapidement des opérations mathématiques complexes sur les nombres entiers. Prenons un exemple, avec un adressage en 64 bits il est possible de réaliser en une seule passe ce qui pouvait nécessiter autrefois deux multiplications avec des entiers codés sur 32 bits. L'autre avantage non négligeable vient du nombre accru de registres (on passe de 8 à 16 GPR) qui limitera les opérations de transfert de leur contenu dans la mémoire ce qui devrait se ressentir positivement sur les performances. Plus généralement le fait qu'un processeur 64 bits puisse manipuler des entiers plus longs devrait s'avérer bénéfique dans des domaines applicatifs intensifs et spécifiques comme le cryptage, les bases de données ou la vidéo. Mais tout n'est pas rose puisque le code 64 bits peut prendre plus de place que son équivalent 32 bits. Pourquoi ? Simplement parce que les instructions font appel à des opérandes plus grandes. Il en résulte un code plus lourd, logiquement plus lent à exécuter, dès lors certaines applications seront plus performantes en 32 bits qu'en 64 bits.

En définitive, l'arrivée du 64 bits ne devrait pas bouleverser le paysage informatique d'autant que l'environnement logiciel est loin d'être prêt, la pierre angulaire, à savoir Windows XP 64 étant toujours en cours de développement. Et lorsque Microsoft commercialisera finalement son système d'exploitation 64 bits, la migration s'avérera probablement progressive vu qu'il faudra attendre les premiers Drivers 64 bits ne serait-ce que pour exploiter l'ensemble de son matériel. Ensuite il faudra se pencher sur les applications dont les moutures 64 bits se comptent aujourd'hui encore sur les doigts d'une seule main, ou presque...

Les caractéristiques techniques du Pentium 4

Nous le disions en préambule, ce nouveau Pentium 4 n'est pas une révolution. Toujours gravé en 90 nanomètres (0.09 µ), il se présente au format Socket LGA 775. Alors que les récents Pentium 4 J utilisent le core Prescott E0, les Pentium 4 série 600 étrennent un tout nouveau core en révision N0. La principale nouveauté vient ici du cache de second niveau qui passe de 1 Mo à 2 Mo. Cette seule annonce est déjà inquiétante, dans la mesure où l'on se souvient que l'un des facteurs limitant les performances des Pentium 4E face aux Pentium 4C venait en partie de l'augmentation brutale des latences du cache. On ne pouvait donc qu'espérer qu'Intel ne commette pas la même bévue. A première vue ce n'est pas le cas et la latence du cache de second niveau reste à 29 cycles, là où un Pentium 4 C affiche une latence proche des 20 cycles. En creusant un peu plus la question du cache, on s'aperçoit que si la latence n'a pas bougé, la bande passante a pour sa part été quelque peu amoindrie. Ainsi, en utilisant CPU RightMark sur un Pentium 4 560 on relève une bande passante en lecture de 135 Go par seconde pour l'ensemble du cache L2 de 1 Mo alors que cette même mesure donne une bande passante de seulement 122 Go sur notre Pentium 4 660 de test. Pour ce qui est de l'écriture on passe d'un débit moyen de 35 Go par seconde sur un Pentium 4 560 à 28 sur le nouveau modèle... Cela n'augure rien de bon, d'autant que le nombre de transistors a lui aussi flambé passant de 125 millions à 169 millions, le die ayant cette fois-ci une taille de 135 mm². Précisons au passage que le cache L1 reste fixé à 16 Ko.


Outre l'apport de l'EM64T et l'augmentation de la quantité de cache de second niveau, les Pentium 4 de la série 600 reprennent à leur compte la technologie NX Bit, ou Execute Disable Bit (comme on dit chez Intel), qui permet d'interdire l'accès à certaines plages mémoire pour protéger votre système des logiciels malveillants. Il faut pour cela disposer d'un système d'exploitation compatible, en l'occurence Windows XP Service Pack 2. Du côté des fréquences et alors qu'Intel lançait en fin d'année un Pentium 4 Extreme Edition avec un Front Side Bus de 1066 MHz, les nouveaux Pentium 4 600 se contentent toujours d'un FSB à 800 MHz. C'est quelque peu décevant mais cela reste logique vu que pour le moment seul le chipset i925XE supporte un FSB1066... Le modèle le plus abouti, le Pentium 4 670 tourne donc à la fréquence maximale de 3.8 GHz avec un coefficient multiplicateur de 19x. Pour nos tests, Intel nous a fait parvenir le Pentium 4 660 cadencé à 3.6 GHz qui affiche un TDP de 115 Watts et utilise une tension de 1,4v.


Intel profite de cette nouvelle gamme de Processeurs pour parler un peu plus de sa technologie EIST, autrement connue sous le nom d'Enhanced Intel SpeedStep Technology et supportée par le Service Pack 2 de Windows XP. Cela ne vous dit peut être pas grand-chose comme ça, mais il s'agit pour Intel d'offrir des fonctions de gestion avancée de l'énergie qui faisaient autrefois défaut aux Pentium 4. Les fonctions C1E (déjà présente dans le core E0) et TM2 travaillent ainsi de concert pour ajuster la fréquence et le voltage du processeur au vol lorsque le système est peu sollicité. Il en résulte une moindre dissipation thermique et une consommation électrique inférieure ce qui au final réduit les nuisances acoustiques générées par le système d'exploitation. Contrairement au Cool & Quiet d'AMD, l'EIST ne nécessite aucun driver et est nativement géré par le Service Pack 2 de Windows XP. Petit bémol toutefois si l'EIST peut jouer sur le voltage et la fréquence de bus par paliers, il ne peut pas descendre le coefficient multiplicateur du processeur en dessous d'un certain seuil. Seuil qui est fixé à 14x : du coup si l'EIST est intéressant avec un processeur cadencé à 3.8 GHz, dont la fréquence pourra ainsi être ramenée à 2.8 GHz, il l'est beaucoup moins avec un processeur cadencé de base à 3 GHz...

Pour tester les performances de cette nouvelle génération de processeur Pentium 4, nous avons utilisé notre configuration de référence Intel habituelle dont le détail figure ci-dessous :

• Carte mère Intel D925XECV2,
  
• 2x512Mo Corsair Twin2X PC4300,
  
• Disque dur Western Digital Raptor 36Go Serial-ATA 150,
  
• Carte graphique NVIDIA GeForce 6800 GT PCI-Express.

Nous opposerons ici le Pentium 4 660 à son prédécesseur, le Pentium 4 560 mais aussi au Pentium 4 570J. Nous n'oublierons naturellement pas de comparer les performances relevées à celles obtenues sur les plates-formes AMD. Pour ce faire le système de test AMD retenu avait la configuration suivante :

• Carte mère Asus A8N SLI Deluxe (BIOS 1003),
  
• 2x512Mo Corsair TwinX PC3200 LL,
  
• Disque dur Western Digital Raptor 36Go Serial-ATA 150,
  
• Carte graphique NVIDIA GeForce 6800 GT PCI-Express.

Nous l'avons simultanément équipé d'un Athlon 64 3500+ et d'un Athlon 64 3800+. Nos deux machines utilisaient Windows XP Professionnel Service Pack 2 et les derniers BIOS et Drivers disponibles à la date du test. Notez toutefois que nous avons du utiliser les ForceWare 61.77, la version 67.03 ne semblant pas stable sur la plate-forme Intel. Cette fois-ci encore nous nous concentrerons principalement sur les performances 32 bits de nos divers protagonistes avant d'exécuter quelques tests 64 bits.

Réflexions sur le benchmarking

Début février, nous recevions dans nos locaux une délégation en provenance directe de Santa Clara. Les membres de la division Performance, dépéchés spécialement par Intel, avaient pour mission de nous expliquer pourquoi les procédures de test employées jusqu'à maintenant ne sont pas représentatives de la réalité. Sans vouloir rentrer dans une guerre fratricide entre fondeurs, les représentants d'Intel avaient quelques arguments intéressants qui mettaient en avant la faiblesse relative de certains tests. D'après Intel certains logiciels utilisés ont un défaut très important : certaines fonctions sont désactivées par les commandes de benchs. Du coup, les résultats obtenus sur des titres comme Unreal Tournament ou Doom 3 paraissent tout de suite moins fiables. Sur ces deux jeux, entre autres, il faut en effet savoir qu'une partie de l'intelligence artificielle est désactivée lors des benchs. Cette intelligence artificielle ayant une influence non-négligeable sur le processeur et la bande passante mémoire, il est tout à fait possible d'envisager des résultats sensiblement différents de la réalité. Une fois n'est pas coutume cependant, si Intel pose clairement le problème, le fondeur n'a encore aucune solution à proposer.

CPUMark 99

Premier benchmark de notre test, CPUMark est toujours aussi favorable aux Processeurs AMD qui tiennent le haut du pavé. Le nouveau Pentium 4 fait ici aussi bien que son prédécesseur, aucun gain de performance n'étant perceptible.

3DMark 2005 - Test processeur

Si CPUMark n'est guère probant, 3DMark 2005 montre qu'à fréquence égale l'apport des 2 Mo de mémoire cache augmente de près de 4 % les performances. Du coup, le Pentium 4 660 égale pratiquement le Pentium 4 570J qui tourne pourtant à une fréquence plus élevée de 3.8 GHz. Les processeurs AMD sont ici quelque peu à la traîne, l'Athlon 64 3800+ n'arrivant pas à égaler le Pentium 4 560.

Return To Castle Wolfentstein - Enemy Territory

Pour ce vétéran de l'OpenGL l'apport des 2 Mo de cache est tout simplement invisible. Du Pentium 4 560 au Pentium 4 660 le gain est d'à peine une frame ! Pas de quoi pavoiser, d'autant que même l'Athlon 64 3500+ fait mieux.

Unreal Tournament 2003 - Botmatch Antalus

Continuons sur notre lancée ludique avec Unreal Tournament 2003. Ici les Athlon 64 sont largement, mais alors très largement dominateurs. Jugez plutôt, l'Athlon 64 3800+ est 25% plus rapide que le Pentium 4 570J. Si cet écart nous semble exagéré, il est plus intéressant d'utiliser Unreal pour comparer le Pentium 4 560 au nouveau venu, le 660. Une fois de plus l'écart de performance relevé est tout simplement minime, voir inexistant. Preuve que trop de cache, tue le cache ?

Cinebench 2003

Changeons de genre avec Cinebench dont le but est de mesurer les performances d'un système lors du rendu d'une scène 3D. Ici les Pentium 4 sont avantagés grâce à leur technologie HyperThreading qui leur permet d'effectuer le rendu en deux passes, là où AMD le fait en une seule passe. Résultat les Pentium 4 sont en tête, mais là encore le Pentium 4 660 s'avère aussi performant que son prédécesseur malgré son cache plus important.

Doom 3

Sous Doom 3 les Athlon 64 sont en tête. Il est toutefois intéressant de noter que le Pentium 4 660 se montre ici 3% plus rapide que son petit frère le Pentium 4 560. Le gain de performance est ici sensible bien que loin de changer la face du monde.

Far Cry - v1.3

Avec Far Cry, où nous utilisons une démo personnalisée, les Athlon 64 montrent une fois encore leur supériorité lorsqu'il s'agit de jouer. Les Pentium 4 sont donc à la traîne mais à l'instar de Doom 3, Far Cry est sensible au cache plus généreux de la série 6. On gagne donc près de 1.75 % de performance en passant du Pentium 4 560 au Pentium 4 660.

SiSoft 2005

Test synthétique, SiSoft 2005 mesure séparément les performances du processeur et du sous système mémoire. Commençons par les performances processeur. Ici, le Pentium 4 570J décroche la timbale et supplante l'Athlon 64 3800+. Si les performances MIPS des Pentium 4 et Athlon 64 sont assez proches, il n'en va pas de même des résultas MFLOPS où les Pentium 4 sont largement en tête. Du Pentium 4 560 au Pentium 4 660 le gain observé est ici d'à peine 1.2 % que ce soit pour les MIPS ou les MFLOPS. Les performances mémoire font apparaître les très bonnes performances des Athlon 64 qui bénéficient d'un contrôleur mémoire intégré. Les Processeurs d'AMD décrochent donc sans peine la première place. On note ici un avantage de 2 % du Pentium 4 660 face au Pentium 4 560.

PCMark 2004

Dans le même esprit que SiSoft, PCMark 2004 semble préférer les Pentium 4 aux Athlon 64 lorsqu'il s'agit des performances processeur. A l'inverse, les performances mémoire se montrent ici identiques entre les machines Pentium 4 et Athlon 64. Mais le plus intéressant vient de la comparaison entre les Pentium 4 560 et 660 : d'après PCMark les performances processeur sont identiques (à peine 0.7 % de gain pour le dernier CPU du fondeur) alors que l'influence du cache semble profiter davantage aux performances mémoire avec un gain relevé tangible de 4 %.

Encodage MP3 (Lame)

Avec un bench pratique comme l'encodage MP3, on ne constate aucune différence réelle entre le Pentium 4 560 et le modèle 660. Alors qu'il faut 3 minutes 38 secondes au Pentium 4 570J pour venir à bout de nos quatorze pistes Wave, le même travail est effectué en 4 minutes 4 secondes pour l'Athlon 64 3500+.

Compression de fichiers - WinRar

Sous WinRar, notre test consiste à mesurer le temps mis pour compresser quelques 250 Mo de données. Là encore, aucune différence réelle ne sépare le Pentium 4 560 du modèle 660, si ce n'est que ce dernier semble une seconde plus lent. On note également que tous nos processeurs sont ici au même niveau, à l'exception de l'Athlon 64 3500+, un peu à la traîne.

Windows Media Encoder 9.0

Le multimédia est aujourd'hui un impératif et le Windows Media Encoder 9.0 nous permet d'avoir un aperçu des performances processeur lorsqu'il s'agit de compresser un fichier AVI au format WMV. Premier constat, les processeurs Pentium 4 sont ici largement plébiscités avec des performances bien meilleures que celles des Athlon 64. Alors qu'il faut 10 minutes 27 pour qu'un Athlon 64 3500+ compresse notre vidéo, le Pentium 4 660 fait le même travail en seulement 8 minutes 17. Reste qu'avec une compression trois secondes plus rapide sur le Pentium 4 660 par rapport au Pentium 4 560, le gain observé n'est pas probant.

SYSMark 2004

D'après SYSMark 2004, les 2 Mo de mémoire cache du Pentium 4 660 semblent profiter particulièrement aux applications bureautiques : du coup le Pentium 4 660 se montre 5 % plus rapide que le Pentium 4 560 ce qui constitue un gain véritablement appréciable et c'est probablement le seul de ce test. Pour tester les performances 64 bits du Pentium 4 660 nous avons utilisé une configuration de test légèrement différente que celle employée précédemment, la faute à un aléas de dernière minute. Le détail de cette dernière figure ci-dessous :

• Carte mère Asus P5AD2-E Premium,
  
• 2x512Mo Corsair Twin2X PC4300,
  
• Disque dur Western Digital Raptor 36Go Serial-ATA 150,
  
• Carte graphique NVIDIA GeForce 6800 GT PCI-Express.

La machine employée pour tester les performances 64 bits des Athlon 64 était strictement identique à celle décrite en première partie. Pour l'aspect logiciel des choses, nous avons utilisé Windows XP Professionnel 64 - RC2 ainsi que les Drivers NVIDIA ForceWare 71.83 en version beta. Avec un système d'exploitation encore en version beta, des drivers eux aussi beta et une plate-forme pas forcément encore très mature, les quelques benchs que nous avons retenus ne constituent finalement qu'une ébauche de protocole de test 64 bits. Faute de disposer d'une myriade d'outils 64 bits, nous avons arrêté notre sélection à deux tests applicatifs qui n'ont pas pour prétention d'être parfaitement impartiaux. La route est encore longue avant l'avénement d'un monde totalement 64 bits, et pour l'heure les outils retenus ont été développés à la base pour tirer essentiellement profit de l'architecture AMD, ce qui peut ne pas jouer en la faveur du Pentium 4.

Blobby Dancer - 64 bits

Blobby Dancer est une démo développée à l'origine par NVIDIA à l'occasion du lancement de l'Athlon 64 et disponible en version 32 et 64 bits. Ce programme affiche un personnage en 3D qui danse sur l'écran. Pour mesurer les performances nous utilisons FRAPS et limitons la mesure à soixante secondes. Il est amusant de constater que le passage du mode 32 au mode 64 bits a pour effet de multiplier les performances par 1,5 ce qui n'est pas nécessairement représentatif de la réalité du monde 64 bits. Il n'en demeure pas moins qu'en 32 comme en 64 bits, ce sont les Athlon 64 qui mènent la danse.

POVRay

POVRay est autrement plus intéressant que le Blobby Dancer de NVIDIA. En effet, on constate ici que le passage au 64 bits dégrade les performances de notre processeur Pentium 4 660. On perd ainsi quelques 20 % de performances. A l'inverse, avec un Athlon 64, les performances profitent du passage à Windows XP 64 pour grimper de 13 %. Ce test a pour mérite de démontrer une réalité méconnue liée au compilateur. Un gain de performances trop important lié au passage du 32 au 64 bits vient d'un exécutable 32 bits mal optimisé alors qu'à l'inverse une perte indique que le compilateur utilisé ne tourne pas encore très rond. Et cela semble précisément être le cas de POVRay dont la version 64 bits a été conçue à l'origine pour le K8.

Conclusion

A l'heure du bilan, force est de reconnaître que la nouvelle série 600 de Processeurs Pentium 4 n'est pas, loin s'en faut, la bombe que tous les aficionados d'Intel attendaient. Premier constat : le passage de 1 à 2 Mo de mémoire cache n'a que très peu d'incidence et si Intel a réussi à ne pas dégrader les latences, c'est cette fois-ci la bande passante qui est pénalisée. Du coup, l'augmentation du cache induit de nouvelles lenteurs qu'elle parvient tout juste à compenser. Résultat, le Pentium 4 660 ne brille guère face à ses prédécesseurs de la série 500 avec à peine 5 % de gain dans les meilleures conditions à fréquence égale... La fréquence de fonctionnement aurait pu repêcher les Pentium 4 600, mais là encore c'est le statut quo, Intel ne pouvant dépasser les 3.8 GHz pour le moment et n'ayant pas non plus jugé opportun de revoir à la hausse la fréquence du bus...

Faute de performances capables de remettre en cause la suprématie d'AMD, les Pentium 4 600 introduisent tout de même deux nouveautés fonctionnelles qu'il faut saluer à leur juste valeur. On pense tout d'abord à l'arrivée de l'EM64T qui propulse les Pentium 4 dans le monde du 64 bits. Il faudra pour en profiter attendre que l'environnement 64 bits commence à prendre tournure, ce qui devrait encore prendre plusieurs mois. Mais qui aurait cru en 2001 qu'AMD réussirait à faire plier Intel avec l'AMD64 ? Autre nouveauté, l'EIST qui est censé permettre de réguler la fréquence du processeur en fonction de la charge de travail du système. L'idée est sur le papier assez intéressante, mais une fois de plus AMD a été le premier à proposer ce genre de technologie avec le Cool & Quiet ! Autre déception, le fait que le coefficient multiplicateur soit limité enlève tout son intérêt à l'Enhanced Intel SpeedStep Technology qui ne sert strictement à rien sur un processeur à 3.0 ou 3.2 GHz.

Finalement, la série 600 des Pentium 4 s'inscrit dans la droite lignée du Prescott et si Intel propose effectivement de nouvelles fonctions, le cœur du problème reste le même : les performances du Pentium 4 étant bien en deçà de ce qu'elles devraient être. Alors certes les équipes marketing d'Intel peuvent parler d'expérience utilisateur plutôt que de performances brutes, mais au final le Pentium 4 fait tout simplement du surplace. Quant au prix, et bien ma fois il fait mal puisqu'Intel commercialise son Pentium 4 660 au même prix que le modèle 570J, pourtant plus performant. En gros avec la série des Pentium 600 il faut à fréquence égale débourser 20% de plus ce qui nous paraît injustifié.



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