Intel Sandy Bridge : nouveaux processeurs Core i5/i7

03 janvier 2011 à 06h00
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Une mémoire cache mutualisée et un ring bus !



L'architecture Sandy Bridge inaugure deux particularités assez intéressantes. La première est l'uniformisation de la mémoire cache de dernier niveau, ou LLC (Last Level Cache), qui est partagée entre les cœurs d'exécution x86 et le cœur graphique. Pour le CPU, il s'agit d'une sorte de mémoire L3, mais pas pour le cœur graphique, d'où l'appellation LLC retenue par Intel. Dans une implémentation quadri-cœurs de Sandy Bridge, la mémoire cache de type LLC totalise 8 Mo répartis en blocs de 2 Mo. Naturellement, Intel reste libre de désactiver certains blocs sur certaines références commerciales.

La seconde particularité de Sandy Bridge c'est l'interconnexion de la mémoire cache. Intel utilise en effet une interconnexion en anneau, plus connue sous le nom de ring-bus. C'est la première fois qu'une telle technologie est utilisée sur un processeur de bureau ! ATI en son temps l'avait employé sur certaines de ses puces graphiques. Pourquoi ce choix de la part d'Intel ? La facilité de câblage qui permet de relier le ring bus par-dessus la mémoire cache sans aucune incidence sur la taille du die. Mieux, ce choix s'avère assez souple pour le futur puisqu'il s'accommode fort bien d'un nombre plus grand de cœurs par exemple. Certains ingénieurs chez Intel estiment en effet que le ring bus de Sandy Bridge devrait s'adapter sans souci à des processeurs... 16 cœurs !

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Le fonctionnement du ring-bus se fait par étapes, un peu comme une ligne de bus, avec un départ du bloc system agent, et un arrêt à chaque segment de la mémoire LLC (il y en a 4 dans une configuration quadri-coeurs) sans oublier le stop pour la partie graphique. Cette dernière est la plus éloignée du system agent : normal, elle est moins sensible à la latence. Notre analogie avec une ligne de bus s'arrête là puisqu'Intel a fait en sorte que ce soit systématiquement le chemin le plus court qui soit emprunté pour éviter des temps de latence trop importants. Toutefois, chaque étape du bus correspond à une latence de 1 cycle d'horloge.

Interfacé sur 256 bits, ce bus se décompose en quatre lignes distinctes (date, request, aknowledge et snoop) et fonctionne à la fréquence du processeur. En cela, Intel abandonne une partie du concept « Uncore » des Nehalem, où la fréquence de fonctionnement de la mémoire cache était différente de la fréquence du processeur.

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En terme de bande passante du cache, Intel avance une bande passante 4 fois supérieure au cache des Nehalem avec un débit moyen estimé de 96 Go/s pour chaque segment de LLC. Au global le cache offrirait pas loin de 384 Go/s de bande passante ! Dernière précision, le cache étant mutualisé entre processeur x86 et solution graphique, Intel a bien entendu mis en place diverses fonctions d'arbitrages pour éviter que l'un ou l'autre des cœurs ne préemptent le cache pour son seul usage.

Le « Uncore » devient « System Agent »



Nous l'avons vu, l'intégration est l'un des maîtres mots de Sandy Bridge. Il se retrouve jusque dans la partie « Uncore » qui change curieusement de nom et devient System Agent. On y retrouve pourtant tous les attributs du « Uncore » en charge de la communication avec l'extérieur : contrôleur PCI-Express, contrôleur mémoire, moteur d'affichage et le DMI notamment. Côté PCI-Express, pas de surprise avec la gestion de 16 lignes en norme PCI-Express 2.0. Elles peuvent être réparties sur une configuration deux fois 8x pour les besoins, à tout hasard, de technologies comme le SLI et le Crossfire.

On retrouve ensuite un contrôleur mémoire DDR3 fonctionnant sur deux canaux. Son principal intérêt ? Être aussi performant que celui des processeurs Core de type Lynnfield. En effet, avec les processeurs Clarkdale, le contrôleur mémoire était passé sur la puce graphique intégrée entrainant une réduction notable de la bande passante maximale théorique.

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Le « System Agent » dispose de son propre domaine de fréquence et de sa propre ligne d'alimentation. À ce sujet, il est bon de préciser qu'on distingue trois lignes d'alimentation pour Sandy Bridge : une pour le « System Agent », une pour les cœurs d'exécution et le cache et enfin une ligne dédiée à la partie graphique.

Un Turbo revisité



Le mode « Turbo » des processeurs Core perdure avec Sandy Bridge et Intel y apporte des améliorations significatives. La plus évidente c'est que le « Turbo » concerne non seulement les cœurs d'exécution x86 mais également la partie graphique. Et ce, de manière intelligente, puisque la puce peut voir ses cœurs d'exécution x86 accélérer quand le GPU ralentit ou inversement.

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Mieux, le Turbo n'est plus directement lié au TDP sur Sandy Bridge. Rappelons en effet qu'avec les précédentes générations de processeurs Intel, le « Turbo » cessait de fonctionner dès que le TDP (ici sa dissipation thermique) du processeur avait été atteint. Soit, dans les faits, très rapidement après l'activation du « Turbo ». Intel tire dorénavant parti de l'inertie thermique. Après avoir passé un certain temps en dessous de son TDP maximum, le CPU a besoin de plus de temps pour atteindre à nouveau ses limites. L'unité de contrôle de l'alimentation ou PCU, présente dans le System Agent, peut alors activer le mode « Turbo » sur un ou plusieurs des cœurs pendant 25 secondes. Voilà pour la théorie. La pratique, c'est que cette vision du Turbo 2.0 concernerait plus les puces mobiles que leurs équivalents de bureau dont l'inertie serait en réalité bien moindre (il est question d'à peine 1 seconde).

Dans les faits, notre processeur Sandy Bridge va, selon la charge et après un temps d'inactivité, voir sa fréquence s'élever de manière conséquente, y compris après avoir dépassé son TDP, puis cette dernière va s'abaisser pour revenir dans les normes du TDP. À noter que l'unité PCU conserve une sorte d'historique des temps d'inactivité pour offrir plus ou moins de « Turbo ».

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Modifié le 01/06/2018 à 15h36
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