Intel Haswell mobile : enfin de l'autonomie !

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Après ses processeurs Ivy Bridge en 2012, évolution des précédents Sandy Bridge, Intel est revenu cette année avec une toute nouvelle architecture et de nouvelles puces, nom de code Haswell.

A l'heure de l'ultra-mobilité, Intel était surtout attendu sur la consommation de ses nouvelles puces. Dans un domaine où ARM règne sans partage, le fondeur, qui cherche à se placer sur tous les fronts, doit faire mieux.

Sur les performances de la partie x86 de ses puces, Intel n'a pas de concurrent : les processeurs AMD sont, depuis de longs mois maintenant, en retard sur l'offre d'Intel. En revanche, les aptitudes de la partie graphique des Core sont loin d'égaler celles des APU d'AMD. C'est l'autre domaine sur lequel Intel devait travailler.

Finalement, c'est bel et bien l'amélioration du rapport performance / consommation que le fondeur vise pour ces nouveaux processeurs. Voyons ce qu'il a mis en place pour y parvenir, et si ces efforts ont porté leurs fruits.

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Une architecture qui évolue peu

Même si Haswell est un Tock censé apporter de nouvelles technologies (en opposition au Tick, simple die shrink), la nouvelle fournée de processeurs Intel n'apporte pas d'évolutions majeures, tout du moins pour ce qui est de la partie x86. Même si Intel a revu les mécanismes de prédiction de branchement ou le prefetcher matériel, l'ensemble reste très similaire à ce qui existait sous Ivy Bridge et donc Sandy Bridge.

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Pour plus de précisions, nous vous invitons à consulter notre article dédié à l'architecture Haswell (Intel Core i7 4770K : Haswell et les Core de 4e génération). Intel a préféré consacrer ses efforts en deux points précis : l'amélioration de la consommation, d'une part, et les performances graphiques, d'autre part.

IVR intégré et régulation approfondie

Avec Haswell, Intel a revu la gestion des tensions au sein du processeur. Et pour ce faire, le fondeur a tout d'abord intégré au packaging du processeur l'IVR, pour integrated voltage regulator. Ce composant était placé auparavant sur la carte-mère. L'avantage : Intel a désormais encore un peu plus la main sur la gestion des tensions.

Sur la génération précédente de processeurs existaient principalement trois tensions : l'une gérait l'alimentation des cœurs x86, le cache et le bus d'interconnexion, la seconde concernait le contrôleur mémoire et les lignes PCI-E, notamment, et la dernière avait trait à la partie graphique de la puce. Intel dissocie désormais l'alimentation de chaque cœur x86, ce qui permet une gestion plus fine de la consommation, mais surtout ajoute une tension en propre au bus d'interconnexion.

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De nouveaux C-states pour une mise en veille approfondie

Un processeur peut fonctionner selon différents modes, chacun correspondant à une alimentation spécifique. Ces modes sont nommés C-States, et l'état C0 est le premier d'entre eux, représentant un processeur actif. Schématiquement, plus vous montez dans les C-States, plus votre processeur se voit privé de certaines de ses parties, qui cessent d'être alimentées ou bénéficient d'une tension moindre.

Ces états permettent d'économiser de l'énergie lorsque le processeur n'est pas sollicité. En contrepartie, le passage d'un état de veille importante à l'état d'activité est inévitablement plus long.

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Intel a travaillé sur ces deux notions : d'une part, le fondeur a ajouté trois nouveaux états (C8, C9 et C10) pour ajouter encore un peu de profondeur à la gestion d'alimentation de ses processeurs ultra-basse consommation (séries U et Y, voir plus loin). Des états déjà aperçus sur les plates-formes ultramobiles, avec Clover Trail, et même avec son prédécesseur Moorestown.

Ces états permettent d'atteindre une tension d'alimentation minimale, aidés en cela par l'intégration du régulateur de tension au processeur : celui qui subsiste sur la carte mère peut désormais être complètement éteint.

Dans la même veine, Intel a ajouté un état de « veille active » (S0i3), dans lequel l'ordinateur est en veille, mais toujours connecté. De quoi assumer le Connected Standby de Windows 8 et 8.1, déjà supporté pour rappel par l'Atom Z60, de génération CloverTrail. Pour son mode S0i3, Intel annonce une sortie de veille en environ 3 ms. Enfin, le constructeur annonce avoir diminué le temps de transition d'un état de veille à un autre, avec un gain de l'ordre de 25%.

GT1, GT2, GT3... et GT3e

Sur le papier, Intel a donc consenti à de sérieux efforts concernant la gestion de la consommation de ses nouvelles puces. Qu'en est-il du point de vue des performances ? Comme nous l'avons écrit plus haut, nous allons nous attarder uniquement sur l'évolution de la partie graphique sur Haswell. Une évolution qu'Intel avait annoncée conséquente.

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Le premier point concerne la gestion des fréquences : si Intel a dissocié les tensions des cœurs x86 de celle de ce bus d'interconnexion, le fondeur permet également à ses deux éléments d'être décorrélés du point de vue des fréquences. Celle du ring bus est donc indépendante de celles des cœurs du processeur. Si ces derniers fonctionnent à bas régime, cela n'empêche pas le bus d'interconnexion de tourner à plein. La partie graphique en profite logiquement, puisqu'elle pourra exprimer son potentiel quelle que soit la charge des cœurs x86.

Précédemment, seuls deux types de circuits graphiques existaient au sein des processeurs Intel : Ivy Bridge disposait soit du HD 2500 (GT1) et ses 6 unités d'exécution (comme le précédent HD 2000 des Sandy Bridge), soit du HD 4000 (GT2) et ses 16 UE. Désormais, il faudra compter sur pas moins de 6 références différentes ! Le GT1 perdure et passe à 10 unités d'exécution. Il est utilisé dans les Pentium et les Celeron Haswell.

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Le GT2 se décompose en trois références : les HD 4200, HD 4400 et HD 4600. Toutes disposent de 20 UE. La très grande majorité des processeurs Core de bureau sont équipés du HD 4600.

Le tout nouveau GT3 propose quant à lui 40 unités d'exécution, et n'est présent que sur les processeurs mobiles. Deux références pour ce circuit graphique : les Iris 5000 et 5100, Intel inaugurant ainsi une nouvelle appellation commerciale.

Haswell, les différents IGP
IGPDénomination commercialeNombre d'unités d'exécutionFréquence de baseFréquence Turbo
GT1HD Graphics10200 MHz sur les CPU "Y" et "U"
400 MHz sur les CPU "M"
850 MHz sur les CPU "Y"
1 000 MHz sur les CPU "U"
1 100 MHz sur les CPU "M"
GT2HD 420020200 MHz850 MHz
 HD 440020200 MHz1 000 MHz sur les Core i5
1 100 MHz sur les Core i7
 HD 460020400 MHzde 1 150 à 1 350 MHz
GT3HD 500040200 MHzde 1 000 à 1 100 MHz
 Iris 510040200 MHzde 1 100 à 1 200 MHz
GT3eIris Pro 520040200 MHzde 1 200 à 1 300 MHz

Enfin, ce GT3 se décline en un GT3e (pour embedded), nom commercial Iris Pro 5200, qui a pour particularité d'embarquer un maximum de 128 Mo de eDRAM. Une mémoire équivalente à de la GDDR5 selon Intel, agissant comme un cache de niveau 4 et directement intégré sur le packaging du processeur. Un circuit graphique dont ne disposent pour le moment que les processeurs mobiles de type HQ (voir plus loin) et les puces desktop de la série R (Intel Core i7 4770R, Core i5 4670R et 4570R). Ces CPU sont tous au format BGA, c'est à dire directement soudés à la carte-mère.

L'ambition d'Intel avec cet IGP ? Proposer des performances proches d'une GeForce GT 650M, c'est-à-dire le milieu de gamme mobile chez NVIDIA. De quoi également aller chatouiller AMD sur la grande force de l'ex-fondeur, à savoir la partie graphique intégrée à ses APU. Notez enfin que tous ces processeurs graphiques sont de classe DirectX 11.1.

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Liste des processeurs

Avec Haswell, Intel propose une flotte conséquente de processeurs dont nous détaillons les spécifications dans le tableau suivant :

Processeurs Core mobiles de 4ème génération (Haswell)
RéférencesCoeurs physiquesFréquence des coeurs x86Partie GraphiqueFréquence de la partie graphiqueCache L3TDP (hors Turbo)
 De baseMaximale De baseTurbo  
Core i34010Y21,3 GHz1,3 GHzHD 4200200 MHz850 MHz3 Mo11,5 W
 4010U21,7 GHz1,7 GHzHD 4400200 MHz1 000 MHz3 Mo15 W
 4100U21,8 GHz1,8 GHzHD 4400200 MHz1 000 MHz3 Mo15 W
 4158U22,0 GHz2,0 GHzIris 5100200 MHz1 100 MHz3 Mo28 W
Core i54200Y21,4 GHz1,9 GHzHD 4200 200 MHz850 MHz3 Mo11,5 W
 4200U21,6 GHz2,3 GHzHD 4400 200 MHz1 000 MHz3 Mo15 W
 4250U21,3 GHz2,6 GHzHD 5000200 MHz1 000 MHz3 Mo15 W
 4258U22,4 GHz2,9 GHzIris 5100200 MHz1 100 MHz3 Mo28 W
 4288U22,6 GHz3,1 GHzIris 5100200 MHz1 200 MHz3 Mo28 W
 4350U21,4 GHz2,9 GHzHD 5000200 MHz1 100 MHz3 Mo15 W
Core i74500U21,8 GHz3,0 GHzHD 4400200 MHz1 100 MHz4 Mo15 W
 4550U21,5 GHz3,0 GHzHD 5000200 MHz1 100 MHz4 Mo15 W
 4558U22,8 GHz3,3 GHzIris 5100200 MHz1 200 MHz4 Mo28 W
 4600U22,1 GHz3,3 GHzHD 4400200 MHz1 100 MHz4 Mo15 W
 4600M22,9 GHz3,6 GHzHD 4600400 MHz1 300 MHz4 Mo37 W
 4610Y21,7 GHz2,9 GHzHD 4200200 MHz850 MHz4 Mo11,5 W
 4650U21,7 GHz3,3 GHzHD 5000200 MHz1 100 MHz4 Mo15 W
 4700HQ42,4 GHz3,4 GHzHD 4600400 MHz1 200 MHz6 Mo47 W
 4700MQ42,4 GHz3,4 GHzHD 4600400 MHz1 150 MHz6 Mo47 W
 4702HQ42,2 GHz3,2 GHzHD 4600400 MHz1 150 MHz6 Mo37 W
 4702MQ42,2 GHz3,2 GHzHD 4600400 MHz1 150 MHz6 Mo37 W
 4750HQ42,0 GHz3,2 GHzIris Pro 5200200 MHz1 200 MHz6 Mo47 W
 4800MQ42,7 GHz3,7 GHzHD 4600400 MHz1 300 MHz6 Mo47 W
 4850HQ42,3 GHz3,5 GHzIris Pro 5200200 MHz1 300 MHz6 Mo47 W
 4900MQ42,8 GHz3,8 GHzHD 4600400 MHz1 300 MHz8 Mo47 W
 4950HQ42,4 GHz3,6 GHzIris Pro 5200200 MHz1 300 MHz6 Mo47 W
 4960HQ42,6 GHz3,8 GHzIris Pro 5200200 MHz1 300 MHz6 Mo47 W
 4930MX43,0 GHz3,9 GHzHD 4600400 MHz1 350 MHz8 Mo57 W

Les références dont la nomenclature se termine par la lettre « Y », inaugurées avec Ivy Bridge, sont de nouveau de la partie. Ces processeurs sont ceux qui disposent de l'enveloppe thermique la plus faible, avec 11,5 W seulement. Les Core i3-4010Y, Core i5-4200Y et Core i7-4610Y sont tous équipés du HD 4200, dont la fréquence est limitée à 850 MHz.

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De 11,5 W, on passe à 15 W avec les processeurs dont le nom commercial se termine par un U. Une exception tout de même : les CPU en xxx8U possèdent une enveloppe thermique plus généreuse, atteignant 28 W. La raison en est simple : ils embarquent l'Iris 5100 là où les autres processeurs basse tension proposent le HD 4200 (pour les références en xx00U et le 4010U) ou le HD 5000 (pour les CPU en xx50U).

Voilà pour les processeurs basse tension. La gamme M de Haswell, présente uniquement dans la famille des Core i7, est prévue pour dissiper jusqu'à 47 W, exception faite des 4600M et 4702MQ, qui ne disposent que de 37 W. Ces derniers sont cependant équipés du même HD 4600 qui équipe tous les CPU en M, qu'ils soient à deux ou quatre cœurs (pour les références en Q).

Ceux dont le nom commercial se termine par HQ, au format BGA, embarquent l'Iris Pro 5200, le plus puissant des IGP d'Intel (à l'exception, encore une fois, des 4700HQ et 4702HQ). Sachez enfin que le Core i7-4930MX, le processeur le plus haut de gamme, affiche un TDP supérieur, atteignant 57 W.
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La gamme des nouveaux processeurs Haswell étant très large, nous avons choisi de tester deux processeurs bien différents : les Core i5-4200U et Core i7-4700MQ, l'intérêt étant de constater les différences de performances qui existent entre ces deux références.

Il nous a également semblé important de comparer cette génération avec la précédente : face au Core i7-4700MQ, nous avons placé le Core i7-3630QM, un processeur Ivy Bridge comparable à la nouvelle référence.

Enfin, avec le Core i5-4200U, nous disposons d'un HD 4400 et avec le Core i7-4700MQ, nous avons un HD 4600, soit les deux IGP les plus représentées au sein des processeurs Haswell mobile. Nous avons tout de même ajouté à notre sélection le Core i7-4750HQ, afin de tester le tout nouveau Iris Pro 5200, afin de mesurer ses performances.

Voici résumées les spécifications de ces 4 processeurs.

Les processeurs en test
RéférencesCoeurs physiquesFréquence des coeurs x86Partie GraphiqueNombre d'unités d'exécutionFréquence de la partie graphiqueCache L3TDP (hors Turbo)
 De baseMaximale De baseTurbo 
Core i5-4200U21,6 GHz2,3 GHzHD 440020200 MHz1 000 MHz3 Mo15 W
Core i7-3630QM42,4 GHz3,4 GHzHD 400016650 MHz1 100 MHz6 Mo45 W
Core i7-4700MQ42,4 GHz3,4 GHzHD 460020400 MHz1 150 MHz6 Mo47 W
Core i7-4750HQ42,0 GHz3,2 GHzIris Pro 520040200 MHz1 200 MHz6 Mo47 W


Benchmark : 296-3384

Cinebench effectue le rendu 3D d'une scène de façon uniquement logicielle et nous donne un indice final sur la rapidité de la machine sans faire intervenir les performances des contrôleurs graphiques. Sur ce test fortement multithreadé, tous les cœurs de nos processeurs sont sollicités.

Pas étonnant du coup de retrouver les trois Core i7 et leurs 4 cœurs devant, avec des scores très proches, le 4700MQ restant devant.

Benchmark : 296-3386

Le test Primordia de ScienceMark 2.0 n'a cure du nombre de cœurs et se base uniquement sur la fréquence maximale pour évaluer un processeur. Les trois Core i7, qui fonctionnent entre 3,2 et 3,4 GHz en Turbo, affichent un score naturellement proche. Le Core i5-4200U et ses 2,3 GHz sont loin derrière.

Benchmark : 296-3388

3DMark Vantage place de nouveau le Core i7-4700MQ de génération Haswell légèrement devant son prédécesseur : les optimisations effectuées par Intel apportent un gain toutefois assez faible (de l'ordre de 3% sur ce test). Quant au Core i7-4750HQ, il prend la première place, aidé en cela par une bande passante mémoire plus importante.

Benchmark : 296-3390

Benchmark : 296-3392

Que le test arithmétique de Sandra manipule des entiers ou des nombres à virgules flottantes, les scores de Core i7 sont quasiment identiques. La différence avec ceux du Core i5-4200U est très importante.

Benchmark : 296-3396

En pratique, un test de compression sous WinRAR apporte les mêmes enseignements que les tests synthétiques précédents : Core i7 de génération Haswell et Ivy Bridge sont très proches, alors que le Core i5-4200U accuse un retard certain sur ses concurrents.

Benchmark : 296-3398

Même constat sous Mediacoder, même si sur ce test plus long, la différence entre le Core i5 et les Core i7 est encore plus frappante. Encore une fois, aucune différence entre les 4700MQ et 3630QM. Sur ces tests de compression, le Core i7-4750HQ bénéficie encore une fois d'une bande passante mémoire plus importante.

La partie graphique

Les tests sur la partie x86 n'ont pas réellement réussi à départager les deux générations de Core i7 : qu'en est-il au niveau de la partie graphique ? Pour évaluer nos IGP, nous avons ajouté un dernier concurrent : le GeForce GT 750M de NVIDIA, épaulé par le Core i7-4700HQ. Pourquoi ce GPU ? Parce qu'il est l'un des plus disponibles dans l'offre portable actuelle, à l'inverse des Radeon HD 8000M d'AMD, qui ne sont présents, après un rapide décompte, que sur 3 portables du commerce...

Benchmark : 296-3400

3DMark et son test Fire Strike ne séparent pas davantage les 4700MQ et 3630QM, qui affichent un score très proche. Les 4 unités d'exécution supplémentaires et les 50 MHz de plus du HD 4600 ne lui permettent pas de distancer le vieillissant HD 4000. Ce dernier est par ailleurs à égalité avec le HD 4400, qui fonctionne à 1 000 MHz.

L'Iris Pro 5200 laisse quant à lui loin derrière les HD 4000, 4400 et 4600, avec des performances deux fois supérieures. L'IPG haut de gamme d'Intel reste cependant devancé par le GPU dédié de NVIDIA, de plus de 27%.

Benchmark : 296-3402

Comment cela se traduit-il sur un jeu comme Dirt 3 ? De la même façon, l'IGP le plus puissant d'Intel affiche des scores deux fois plus importants que les HD 4000 et 4600, toujours aussi proches. Le Core i5-4200U et son HD 4400 sont légèrement en retrait. Mieux, l'Iris Pro 5200 talonne le GPU de NVIDIA. En activant le MSAA en revanche, avec un niveau de détails intermédiaire et sur cette définition, le GeForce GT 750M reprend le dessus. Mais on reste quasiment à 50 fps avec l'Iris Pro 5200.

Benchmark : 296-3404

H.A.W.X 2 semble moins sensible que Dirt 3 à la fréquence du processeur : les HD 4000, 4400 et 4600 proposent quasiment les mêmes prestations. Ces dernières sont, là encore, deux fois moins importantes que celles affichées par l'Iris Pro 5200. Ce dernier dépasse cette fois le GPU NVIDIA sans antialiasing. Dès que ce paramètre est activé en revanche, le GeForce GT 750M domine largement, avec un gain de près de plus de 40%.

Benchmark : 296-3406

En plus des performances, il nous semblait intéressant de comparer les consommations de deux générations de processeurs. Pour ce faire, nous avons utilisé un wattmètre et dirigé l'affichage vers un écran externe, afin que les consommations mesurées soient comparables. Comme lors des précédents tests, difficile de séparer nos les i7-4700MQ et i7-3630MQ, du moins en charge : le chiffre affiché par notre wattmètre est quasiment identique pour ces deux CPU. Notez également que le Core i7-4750HQ et son Iris Pro 5200 sont plus gourmand de plus de 20%.

Au repos en revanche (en mode avion), les deux Core i7 de génération Haswell consomment près de 75% en moins que le Core i7-3630QM, en Ivy Bridge.

Le Core i5-4200U impressionne encore plus au repos, avec une consommation de seulement 2,3 W, toujours en déportant l'affichage et en plaçant le portable en mode avion.

Quid de l'autonomie ?

Si les chiffres de consommation paraissent prometteurs au repos, quelle est l'incidence de ce gain sur l'autonomie d'un ordinateur portable ? Nous avons réuni deux références particulièrement proches chez Dell, puisqu'elles n'étaient différenciées que par leurs processeurs : un Core i7-3720QM d'une part, et un Core i7-4800MQ d'autre part. Le premier est cadencé à 2,6 GHz, quand son successeur atteint 2,7 GHz. Disques durs et batteries (de 99 Wh) sont identiques.

Pour ne tester que l'influence du processeur dans ce test d'autonomie, nous utilisons un écran déporté et coupons l'alimentation du PCI-Express. Les portables sont placés en mode économie d'énergie, et sont sollicités par un programme « maison » qui alterne lecture de vidéo, de musique, surf, édition de fichier texte et lecture d'un pdf, c'est à dire une utilisation bureautique classique.

Benchmark : 296-3458

Les résultats sont nettement à l'avantage de la dernière génération de processeurs Intel : là où notre configuration à base de Core i7-3720QM affiche une autonomie de 4h46, celle conçue autour du Core i7-4800MQ a cessé de fonctionner après... 8h04 ! Un gain très important que nous avons par ailleurs retrouvé lors de notre test de Surface Pro 2.

Conclusion

Avec sa nouvelle génération de processeurs déclinée sur mobile, Intel conserve son processus de gravure en 22 nm, ses transistors Tri-Gate et... les performances de ses CPU. La nouvelle référence que nous avons testée, à savoir le Core i7-4700MQ, fait à peine mieux que son prédécesseur Ivy Bridge, le Core i7-3630QM. Les tests que nous avons menés sur la partie x86 n'ont montré que des gains faibles ou inexistants. Mais là n'était pas la faiblesse de l'offre mobile d'Intel.

Sur la partie graphique, on pouvait s'attendre à un petit bon de performance entre le HD 4000 et le HD 4600, grâce aux 4 unités d'exécution supplémentaires et aux quelques MHz gagnés. Il n'en est rien. La multiplication des références en matière d'IGP est d'ailleurs assez trompeuse, puisqu'entre les HD 4400 et HD 4600, les différences sont parfois tenues, voire invisibles.

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En revanche, concernant la consommation, les gains sont substantiels. Notre Core i5-4200U s'est montré très, très peu gourmand au repos, tandis que notre Core i7-4700MQ s'est révélé bien plus économe que son prédécesseur hors charge. Conséquence : l'autonomie des ordinateurs portables équipés en Haswell devrait croître de manière impressionnante. Notre test le confirme d'ailleurs, tout comme celui effectué sur Surface Pro 2.

L'autre bonne surprise vient de l'Iris Pro 5200, premier IGP d'Intel à fournir des performances enfin intéressantes. L'évolution est réelle par rapport à la génération précédente, et Intel tient là quelques arguments pour aller chercher le seul bastion encore détenu par AMD et ses APU, à savoir les performances graphiques des processeurs mobiles. L'IGP d'Intel est même comparable au GeForce GT 750M de NVIDIA, du moins tant que le niveau de détail et la définition restent raisonnables.

Reste à savoir comment Intel compte utiliser cette nouvelle donne. Disons-le d'emblée, le rêve de placer un CPU véloce, doté à la fois d'une solution graphique performante et d'une consommation limitée, dans un portable aux dimensions réduites, n'est pas encore d'actualité. L'Iris Pro 5200 ferait vraiment sens dans les portables qui n'ont pas la place pour embarquer un GPU dédié digne de ce nom, mais à l'heure actuelle, aucun ultrabook du marché n'en est équipé, probablement à cause de l'enveloppe thermique trop importante des processeurs qui en disposent. Ceux qui cherchent l'autonomie à tout prix devront se passer de l'Iris Pro 5200 et préférer un HD 4400 par exemple, moins rapide mais aussi plus économe

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L'Iris Pro 5200 peut-il être utilisé pour évincer les GPU dédiés des ordinateurs portables d'entrée de gamme ou de milieu de gamme ? Ce ne sera pas le cas sur les portables les moins onéreux, puisque l'Iris Pro n'existe que sur des Core i7. Sur le milieu de gamme, c'est plus discutable et Intel semble avoir une sérieuse carte à jouer. Apple a d'ailleurs remplacé un GPU signé du caméléon par l'Iris Pro d'Intel sur son MacBook Pro.

Pour l'instant donc, Intel n'est pas parvenu à tout concilier. Mais les progrès sont flagrants, les jalons posés. Et alors qu'AMD semble presque irrémédiablement écarté de la course, la menace se précise pour NVIDIA. En attendant Broadwell...
Modifié le 01/06/2018 à 15h36
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