samedi 22 juin 2024
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Qu’est-ce que le CPU d’un ordinateur ?

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Qu’est-ce qu’un CPU ? Comment fonctionne le processeur de mon PC ? Cet élément crucial de l’ordinateur dont on vante souvent la puissance, la vitesse d’horloge ou encore le nombre de cœurs, et bien plus.

Alors que tout l’ordinateur en dépend, le CPU, cette petite puce qui tient dans le creux de la main, renferme un fonctionnement et des mécanismes bien orchestrés. Ceux-ci offrent des performances et des puissances de calculs exceptionnelles et variées, selon l’usage.

Pour mieux évaluer ce qu’est réellement le processeur, il est donc intéressant de connaître son fonctionnement et ses composants. Une fois cette étape passée, il sera plus facile de comprendre ce qui fait la différence entre deux microprocesseurs différents, au moment de l’achat par exemple.

Voyons ensemble – en termes simples – quelques éléments qui figurent sur la fiche technique des CPU et leur rôle.

Processeur, microprocesseur ou CPU : c’est quoi ?

« CPU » (Central Processing Unit pour unité centrale de traitement) , « processeur » ou « microprocesseur » sont trois termes pour désigner le composant du PC qui permet l’échange de données entre les différents composants informatiques : le disque dur, la carte graphique ou la mémoire vive RAM… pour ne citer que les principaux. Le processeur permet aussi d’interpréter, de coordonner et d’exécuter différents programmes. Il exécute donc l’ensemble du software.

On peut dire que c’est le cerveau de l’ordinateur.

La puissance d’un CPU se détermine par la capacité à exécuter les tâches qui lui sont confiées. Plus le processeur d’un ordinateur est performant, meilleurs seront les résultats de l’information transmise.

Si la puissance du microprocesseur était auparavant exclusivement liée à la fréquence, avec les avancées, la qualité du processeur ne s’arrête pas à sa seule fréquence. Sa puissance, et donc son efficacité, dépendent de plusieurs facteurs dont :

  • le nombre de cœurs du processeur,
  • la taille de sa mémoire cache,
  • l’architecture du processeur,
  • la fréquence, …

Aujourd’hui, avec l’apparition de nouvelles technologies, AMD et Intel proposent des processeurs complètement différents, chacun avec sa propre architecture, entre autres.

Micro architecture, finesse de gravure et transistors du processeur

Micro architecture du CPU, c’est quoi ?

« L’architecture » ou « micro architecture » est la conception fondamentale du microprocesseur qui comprend les technologies utilisées, les ressources et les méthodes par lesquelles le processeur est physiquement conçu pour exécuter un jeu d’instructions spécifiques. C’est, en d’autres termes, la conception logique des composants électroniques et des chemins de données présents dans le microprocesseur, disposés de façon spécifique afin de garantir une exécution optimale des instructions. Cela s’appelle l’organisation informatique.

À chaque avancée technologique, un nom la caractérise tels que Haswell, Broadwell, Skylake, Kaby Lake, Coffee Lake, Comet Lake pour les CPU Intel. Piledriver, Steamroller, Zen pour les produits AMD. Les différentes architectures coexistent, les plus anciennes finissent par disparaître et sont remplacées par des produits de même gamme mais plus modernes.

Parmi les améliorations qui augmentent les performances techniques du CPU : la finesse de gravure, l’augmentation du cache ou du nombre de cœurs, etc.

microarchitecture du cpu - kiatoo

Finesse de gravure et transistors du microprocesseur

La finesse de gravure détermine la taille du microprocesseur qui représente les dimensions de son composant principal : le transistor. C’est l’élément clef des CPU actuels. Déclinée en nanomètres (nm), la finesse de gravure est un paramètre déterminant puisqu’à architecture égale, plus une surface contient de transistors, plus le microprocesseur est performant.

Dès lors, selon la cadence ou fréquence du processeur (mesurée en Hertz) multipliée par le nombre de transistors, des puissances de calcul phénoménales peuvent être atteintes. Grâce à des techniques de gravure de plus en plus fines, des milliards de transistors peuvent être réunis sur un seul circuit intégré de quelques centimètres carrés.

Les constructeurs améliorent sans cesse la finesse de gravure afin de réduire la tension électrique et donc la chaleur émise par le microprocesseur, dans le but d’optimiser la durée de vie des composants. Ce facteur influe aussi sur la fréquence maximale atteignable sans surchauffe, ce qui améliore encore plus les performances.

Ajoutons que plus les microprocesseurs sont petits, moins ils utilisent de matière première, ce qui les rend plus avantageux à produire – d’un point de vue économique et écologique.

La finesse de gravure (avec l’architecture des composants) est un élément décisif dans toutes les évolutions informatiques.
Voici quelques exemples en date pour les CPU :

  • En 1971, Intel commercialise le premier microprocesseur, l’Intel 4004 : la finesse de gravure avoisine les 10.000 nm pour 2300 transistors et sa fréquence ne dépasse pas 108 kHz.
  • En 2001, le Pentium 4 affiche une finesse de gravure de 180 nm et 42.000 transistors pour un seul cœur avec une fréquence qui débute à 1300 MHz, soit 1,3 GHz…
  • En 2021, l’un des derniers microprocesseurs d’AMD, le Ryzen 3900x architecture Zen2 est gravé en 7 nm, et comporte quelques 9,6 milliards de transistors répartis sur 12 cœurs cadencés à 4.8 GHz de fréquence max. !

Quelle est la différence entre cœurs/core et threads du CPU ?

Différence cœurs et threads du microprocesseur

« Le cœur » ou « core » est physiquement présent dans le processeur alors qu’un « thread » (« fils d’exécution » ou « sous processus ») correspond à une séquence d’instructions que le cœur peut exécuter à la fois, une tâche à accomplir.

Aujourd’hui, grâce aux nouvelles technologies de multithreading – appelé « HTT ou  Hyper Threading  Technology» par Intel et « SMT ou Simultaneous Multi Threading » pour AMD, un cœur peut exécuter 2 threads en même temps, soit deux tâches. On appelle aussi les threads « cœurs logiques » en opposition aux « cœurs physiques ».

Cette technologie d’optimisation du travail de chaque core entraîne un gain de performance puisque les processeurs qui ne disposaient que d’un thread sont beaucoup moins efficaces pour gérer du multi-tâche.

–> Consultez nos articles : « L’Intel Core M, c’est quoi ? ».

Bon à savoir :
→ La capacité de traitement de l’information est augmentée d’environ 30% maximum grâce à cette technologie.
→ Un processeur 8 cœurs avec hyper-threading n’est pas l’équivalent d’un CPU 16 cœurs, il s’agit d’un 8 cores physiques dont la capacité de traitement a été optimisée.
→ Les jeux gourmands, les logiciels de montages vidéo ainsi que certaines autres applications sollicitent plusieurs cœurs afin de gagner en rapidité.

Sachez enfin qu’on ne peut tirer avantage de l’hyper-threading que si les applications, le système d’exploitation, le processeur, le BIOS et le Chipset graphique sont prévus pour cette option. L‘homogénéité des composants de la machine est primordiale afin d’optimiser toutes ses performances et d’en garantir la stabilité.

→ Pour connaître l’état de vos composants et la stabilité de votre PC, consultez notre article dédié : « Logiciels gratuits pour tester et diagnostiquer son PC ».

L’importance des cœurs/Cores du processeur

Qu’est-ce qu’un cœur ? C’est l’ensemble des structures électroniques qui composent un microprocesseur : unité d’exécution, de prédiction, de décodage et cache de niveau 1 voire 2, principalement.

Le terme « Core » désigne une architecture de microprocesseurs conçue par Intel, le géant américain, numéro 1 mondial du secteur. Cette architecture est basée sur la multiplication des cœurs physiques d’un microprocesseur, à l’intérieur d’une même puce. Les processeurs qui n’étaient dotés que d’un seul cœur physique montraient des problèmes majeurs de montée en fréquence, comme en 2006 avec l’architecture Pentium P6 d’Intel (Netburst) par exemple.

Avec l’architecture Core, la fréquence n’est plus le seul élément augmenté puisqu’il y a multiplication du nombre de cœurs aussi, dans un même boîtier, et ce grâce à une finesse de gravure de plus en plus petite. On peut réaliser plus de tâches en même temps grâce au plus grand nombre de cœurs cadencés à une vitesse donnée et en dessous du point de surchauffe.

coeurs et threads du processeur quelle difference - kiatoo

On comprend facilement que plus le processeur dispose de cores, plus on pourra le solliciter pour des tâches gourmandes telles que le gaming, le graphisme, le montage vidéo, etc.

Bon à savoir :
→ Avec des logiciels optimisés, la vitesse d’exécution peut être multipliée par le nombre de cœurs, sans autre limite physique si ce n’est la place disponible à l’intérieur de la puce.
→ Avec les avancées de la miniaturisation, le multicœur se développe au point de voir naître des microprocesseurs quatre cœurs, puis six, huit, et enfin jusqu’à 64 cœurs sur les AMD Ryzen Threadripper.

GHz, vitesse d’horloge et fréquence du processeur, c’est quoi ?

La vitesse d’horloge mesure le nombre de cycles que votre CPU exécute par seconde, mesurée en GHz (gigahertz). C’est ce qu’on appelle la fréquence.

La fréquence du CPU correspond donc à la capacité du processeur à traiter des informations. Plus elle est élevée, et plus votre processeur (et votre PC par conséquent) est performant puisqu’en un laps de temps donné, il effectue plus d’opérations a priori.

Pour se donner une idée, sachez qu’un processeur dont la vitesse d’horloge est de 3,2 GHz exécute 3,2 milliards de cycles par seconde. Un processeur dual-core fonctionnant à 2 gigahertz peut exécuter un total de 4 milliards de cycles, soit 2 milliards pour chaque processeur.

C’est une valeur à laquelle les utilisateurs attachent beaucoup d’importance mais d’autres paramètres déterminent les performances du processeur. Il faut considérer l’architecture, le nombre de cœurs, les modes turbo et l’hyper-threading. C’est donc une donnée signifiante, mais qui ne se suffit pas à elle-même.

qu'est ce que la frequence d'horloge du processeur - kiatoo

(Source : Intel )

  Plus la fréquence est élevée, plus le nombre d’opérations effectuées dans un même laps de temps est grand.

→ A noter : Un processeur Intel® de série X peut être plus performant qu’un processeur de série K avec une vitesse d’horloge plus élevée, car il répartit les tâches entre plusieurs cœurs et dispose d’un cache CPU plus important.

Par contre, au sein d’une même génération de CPU, un processeur possédant une vitesse d’horloge plus élevée sera généralement plus performant qu’un processeur possédant une moindre vitesse d’horloge sur de nombreuses applications.

Voilà pourquoi il est important de comparer les processeurs d’une même marque et d’une même génération entre eux.

Le cache du processeur, c’est quoi ?

Le « cache » est une mémoire à proximité de la puce du processeur, plus proche que la RAM. Cela permet au processeur de fonctionner rapidement, en évitant des temps de latence ou d’inactivités causés par la distance.

Par exemple, l’Intel i9 9900k a une latence de cache de 0.8, 2.4 et 11.1 nanosecondes pour le cache L1, L2 et L3 respectivement. En comparaison, la latence de la RAM haute vitesse moderne est de l’ordre de 14 nanosecondes. Une nanoseconde est un milliardième de seconde, donc une latence de 0,8 seconde signifie qu’il faut moins d’un milliardième de seconde pour renvoyer un résultat.

L’overclocking ou surcadençage

« L’overclocking » ou « surcadençage » fait référence à l’accélération de l’horloge du CPU pour obtenir une plus grande puissance de traitement. Cela consiste à augmenter la fréquence des composants de votre machine afin de gagner en puissance de calcul.

Il faut modifier le coefficient multiplicateur du processeur. Cette information est fournie soit par les fabricants, soit au moment de l’achat, par le distributeur. Vous trouverez par exemple la mention « Coefficient débloqué ». Un « Oui » indique que le processeur peut être overclocké.

Bon à savoir :
→ Les processeurs Intel compatibles overclocking se repèrent au K ou X dans leur dénomination (Intel Core i9 10900K par exemple).
→ AMD utilise aussi le K ou Black Edition. Cependant, la grande majorité de leurs processeurs peut être surcadencés, et le constructeur met à disposition le logiciel AMD Ryzen™ Master afin de faciliter le processus d’overclocking.

-> Après un overclocking, vérifier la stabilité et les composants de votre PC avec les logiciels prévus à cet effet.

Le mode Turbo

Le mode turbo améliore la vitesse d’horloge pour faire face à de lourdes charges de travail. C’est une forme d’overclocking gérée automatiquement par le processeur. Intel utilise le terme « Turbo Boost », tandis qu’AMD a choisi le terme « Turbo Core ».

Le contrôleur graphique (IGP)

Certains processeurs embarquent des contrôleurs graphiques – carte graphique « intégrée » – afin de vous éviter l’achat d’une carte vidéo. C’est idéal pour des configurations bureautiques, de la navigation internet, quelques tâches multimédias et même du jeu vidéo léger.

Il est essentiel de vérifier si le CPU que vous souhaitez monter sur votre PC est équipé ou non d’un chipset graphique intégré. Sinon, vous en trouverez de nombreux modèles disponibles à la vente. S’il en dispose d’un, sera-t-il adapté avec votre utilisation de l’ordinateur ? A vous de déterminer quelle carte graphique vous convient.

→ Consultez notre article dédié : « Différence entre carte graphique dédiée et intégrée ».

Le socket du CPU

Le socket correspond à l’emplacement du CPU sur la carte mère. Celui-ci est figé à certaines caractéristiques : il faut donc en connaître la référence afin de choisir un processeur qui peut s’y connecter… Sinon il faudra changer la carte mère pour l’adapter à votre processeur…

Il y a effectivement une différence entre les produits AMD et Intel, qui se résume aux broches qui assurent la communication entre le processeur et le reste du système.
Selon le CPU, ces broches se trouvent soit sur le socket, soit sous le processeur lui-même.

  • Pour AMD : les broches sont situées sur le CPU, et le socket est un ensemble de « trous » dans lesquels le CPU s’insère.

socket du processeur amd - kiatoo

  • Pour Intel : Les broches sont sur la carte mère, et le CPU « s’incruste » dans son emplacement. Un cache de protection maintient le processeur en se rabattant dessus.

socket microprocesseur intel - kiatoo

Il existe des différences selon les architectures aussi, au sein de la même marque… Nous ne rentrerons pas plus dans les détails ! Il vous faudra simplement la référence du socket.

C’est quoi le TDP d’un processeur ?

« TDP » (Thermal Design Power) ou « l’enveloppe thermique », qui est exprimée en watts (W), signifie la quantité de chaleur qu’un composant génère. C’est en d’autres termes, la chaleur qu’un système de refroidissement doit éliminer. Cette valeur est nécessaire pour les fabricants ou assembleurs afin d’équiper le processeur d’un système de refroidissement adéquat.

Le ventirad, c’est quoi ?

Le ventirad correspond à l’assemblage formé par le dissipateur et le ventilateur, dit aussi ventilateur-radiateur et contracté en « venti-rad ». C’est un composant essentiel qui permet de refroidir le processeur. Il permet de prolonger sa durée de vie.

La partie du radiateur est composée de fines lamelles en aluminium qui captent et absorbent la chaleur du CPU.

ventirad sur cpu - kiatoo

Si votre nouveau processeur n’est pas livré avec un ventirad, il faudra en prévoir un. Pensez à noter les références nécessaires afin de choisir un ventirad compatible.

Conclusion

La connaissance des éléments techniques du processeur permet de mieux comprendre son fonctionnement et ses limites.

Il vous faudra déterminer l’utilisation que vous allez faire de votre ordinateur afin de choisir le processeur qui sera en mesure de répondre à vos attentes. Plus vous allez solliciter votre PC, comme par exemple pour le gaming, plus vous aurez besoin de puissance dans votre CPU.

N’oubliez pas que vos composants doivent fonctionner de façon homogène entre eux afin de profiter de votre machine de manière optimale. Un CPU aux grandes performances techniques doit être accompagné d’une carte graphique du même niveau de performances, pour vous offrir la meilleure expérience utilisateur.

De même que si votre budget est limité, prenez en compte les achats supplémentaires (carte graphique, ventirad, …) ou optez dès le début pour des modèles de CPU qui en intègrent.

Mel.B@
Mel.B@https://blog.kiatoo.com/
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