Processeur double cœur

Un processeur double cœur est un processeur équipé de deux cœurs qui travaillent en parallèle.



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L'Intel Core 2 Duo E6600 est un processeur double cœur.

Un processeur double cœur (dual core en anglais) est un processeur équipé de deux cœurs (ou unités de calcul) qui travaillent en parallèle.

En effet, la puissance d'un processeur semble actuellement limitée à une certaine fréquence, qu'il est complexe de dépasser sans hausse substantielle du coût de fabrication (en grand public, on trouve des processeurs standard de l'ordre de 3, 2 GHz). Après avoir atteint ce seuil critique dans l'évolution naturelle de la puissance des processeurs principalement basée sur la course aux gigahertz, les fondeurs AMD et Intel travaillent désormais sur des processeurs plus particulièrement élaborés. Ainsi, la puissance d'un processeur double cœur est de l'ordre du double du processeur de référence.

La différence majeure entre les processeurs à double cœur et les ordinateurs utilisant plusieurs processeurs est qu'un processeur double cœur n'est en fait qu'un seul processeur, qui lui, finalement, contient deux cœurs avec un dispositif de mise en commun, tandis qu'un ordinateur biprocesseurs a deux processeurs différents.

Atouts comparé à un simple cœur

Avant la naissance des processeurs multicœurs, les constructeurs de processeurs augmentaient la puissance de leurs produits en élevant la fréquence de calcul de leurs processeurs monocœurs. Ainsi, les processeurs, capables d'effectuer plus de calculs à la seconde, devenaient progressivement plus puissants.

Mais cette méthode a fini par atteindre ses limites : en effet, l'augmentation de fréquence d'un processeur nécessite l'augmentation de la puissance électrique apportée, et par conséquent de l'énergie thermique générée, qu'il faut dissiper. Le besoin croissant en énergie était surtout problématique pour les ordinateurs portables. Les processeurs monocœurs les plus puissants utilisés dans les ordinateurs de grande distribution ont des puissances ne dépassant généralement pas les 3 ou 4 GHz, car au-delà les problèmes cités plus haut deviennent trop contraignants. On a pu observer dans certains salons de technologie des processeurs de fréquence énormément plus élevée, mais ils étaient équipés de processus de refroidissement impressionnants, pas reproductibles pour la grande distribution.

C'est pour contourner cette limite que les constructeurs se sont tournés vers la fragmentation des puces. Il existait déjà des ordinateurs fonctionnant avec plusieurs processeurs différents (par exemple, les supercalculateurs). L'idée ici est de reproduire ce parallélisme au sein d'un unique processeur : en bref, introduire plusieurs unités de calcul dans un même processeur. Le principe est simple : plutôt que d'avoir un processeur «simple» à fréquence élevée, on utilise par exemple deux cœurs, de fréquence moitié moindre que l'autre. On obtient alors un processeur théoriquement de même puissance, mais de fréquence d'horloge bien plus basse : il ne rencontre pas les problèmes d'alimentation et de surchauffe de son homologue monocœur.

Le processeur multicœur présente par conséquent les avantages comparé au monocœur :


En plus de ces avantages purement techniques, il s'avère que ces microprocesseurs sont aussi énormément plus efficaces dans le traitement multitâche. Si plusieurs applications sont exécutées simultanément sur l'ordinateur, ce dernier peut par conséquent répartir ce travail entre les cœurs de processeurs, plutôt que d'effectuer les opérations en alternance sur un seul processeur.

Contraintes de programmation

Cependant, l'élaboration de tels processeurs a dû nécessiter des ajustements et adaptations aux divers niveaux de l'ordinateur. Il se pose dans un premier temps la question de la communication entre les différentes unités : comment répartir le travail pour que les deux processeurs se complètent, plutôt que de se neutraliser. Il a aussi fallu mettre à jour les différents logiciels existants pour leur permettre d'exploiter cette nouvelle technologie. En effet, les composants d'un processeur multicœur ont une puissance individuelle inférieure à celle d'un processeur monocœur classique ; un logiciel non adapté au multicœur (et qui ne saura par conséquent effectuer ses différents calculs qu'avec un seul des cœurs du processeur) sera donc exécuté à une vitesse moindre. Pour pallier cette contrainte, de nombreuses mises à jour ont été émises pour permettre aux logiciels de s'adapter. Ces mises à jour touchent aussi les systèmes d'exploitation, qui peuvent diviser par eux-mêmes les calculs effectués par les logiciels qu'ils exécutent. Cela permet d'utiliser la technologie multicœur même avec des logiciels non adaptés à ce type de traitement, même si cette utilisation est moins performante que si le logiciel indique directement comment doivent se diviser les calculs. De telles adaptations sont nécessaires à chaque augmentation du nombre de cœurs dans les processeurs. Ce n'est que quand celles-ci ont été effectuées que les nouveaux processeurs peuvent exprimer leur plein potentiel.

Au final, avec légèrement de recul cette technologie n'a pour réel inconvénient que celui de toute nouvelle technologie : elle est évolutive, et nécessite de nombreux ajustements qui feront état jusqu'à ce qu'une autre technologie vienne la remplacer. Mais elle présente en tout cas l'avantage de ne pas créer de rupture : à ce jour les applications utilisant les processeurs multicœurs peuvent aussi fonctionner avec des processeurs monocœurs, et les applications «classiques» conçues pour des processeurs monocœurs fonctionnent aussi avec les nouveaux multicœurs.

Les différents processeurs

IBM

Le premier processeur double cœur chez IBM fut le POWER 4 lancé en 2001, (Le premier PowerPC dual-core fut le 970MP "Antares" en 2005, composé de 2 cœurs 970GX. )

Sun

Le premier processeur double cœur chez Sun fut l'UltraSPARC IV composé de 2 cœurs UltraSPARC III en 2003. En développement, Les nouveaux processeurs UltraSparc T1 possèderont jusqu'à 8 cœurs par processeur (octo-core).

HP

Le premier processeur PA-RISC double cœur chez HP fut le PA-8800 composé de 2 cœurs PA-8700 en 2004.

Intel

Les processeurs double cœur Intel ont été lancés le 1er avril 2005 et la marque Core 2 a été introduite le 27 juillet 2006. Le premier processeur était un Pentium Extreme Edition 840 à 3, 2 GHz (composé de 2 cœurs Pentium 4 540) suivi peu de temps après des Pentium D. Le modèle EE (Extreme Edition), modèle de «démonstration», son prix étant le triple des Pentium D, était conçu pour dévoiler l'architecture double cœur avant le concurrent AMD. Il était constitué de deux cœurs Pentium 4 Prescott 540 réunis sur une même puce. Cette solution a permis d'augmenter les performances des processeurs sans augmenter la fréquence.

Le premier modèle «grand public» était le Pentium D 820 : il comptait 230 millions de transistors, était gravé en 90 nm et cadencé à 2, 8 GHz. Dans le cas de ce processeur, les deux cœurs Pentium 4 Prescott 520 ne pouvaient communiquer que par le bus dispositif, ils ne partagent pas vraiment de ressources communes.

Cependant, ces processeurs n'étaient pas vraiment adaptés au marché des ordinateurs portables (alors en plein essor) à cause d'une fréquence trop élevée qui entrainait de fortes consommation électrique et dissipation thermique. Qui plus est , l'agencement des deux cœurs était loin d'être parfait surtout au niveau de la mémoire cache.

C'est pourquoi Intel a lancé le 27 juillet 2006 ses processeurs Core 2 Duo. Ces derniers ont pallié les inconvénients génèrés par les processeurs haute fréquence et a permis à Intel de regagner des parts dans le marché des ordinateurs portables. Avec une fréquence inférieure au Pentium D et une profondeur des pipelines réduite, ces processeurs ont de meilleures performances et ont vu leurs consommation électrique et dissipation thermique diminuer. Ces évolutions ont permis d'optimiser les performances par un traitement plus efficace des informations et une meilleure gestion de l'énergie.

L'évolution des Core 2 Duo actuelles concerne essentiellement la finesse de gravure (qui permet une baisse des dégagements thermiques à fréquence semblable) mais également l'augmentation de la mémoire cache L2. En effet, les processeurs disposent de plusieurs mémoires caches. Cependant, tandis que dans les premiers Pentium D chaque cœur disposait d'un cache L2 indépendant, les Core 2 Duo développés ensuite embarquaient un cache L2 commun aux deux cœurs. Cela a permis de diminuer le trafic dans le bus externe et les temps de latence. Ainsi l'attribution du cache peut être alors optimale pour chaque cœur.

AMD

AMD a lancé ses premiers processeurs double cœur en avril-mai 2005 juste après son concurrent Intel. Ainsi, le 21 avril 2005, AMD commercialise l'Athlon 64 X2 avec quatre modèles dont le modèle d'entrée de gamme l'Athlon 64 X2 3800+ pour concurrencer le Pentium D 820 d'Intel.

Ce modèle comptait 230 millions de transistors, était gravé en 90 nm et cadencé à 2 GHz. Il était constitué par deux cœurs Athlon 64 3800+ à 2, 4 GHz mais l'agencement de ses deux cœurs était différent de celui proposé par Intel. En effet, les deux cœurs peuvent ici communiquer directement entre eux sans passer par le chipset externe de la carte mère comme chez Intel, ils se partagent le même contrôleur mémoire intégré et chaque cœur dispose de son propre cache L2 (comme pour les Pentium D mais différent des Core 2 Duo).

Le gros avantage de ces processeurs au moment de leurs sorties est qu'ils étaient compatibles avec les cartes mères existantes, une simple mise à jour du bios suffisant à les intégrer. Toujours une politique radicalement différente de Intel qui avait décidé de développer un nouveau socket pour ses doubles cœurs. Ainsi même si les processeurs AMD étaient proposés à un prix plus élevé que ceux d'Intel (380€ pour un Athlon 64 X2 3800+ contre 280€ pour un Pentium D 820), les utilisateurs n'avaient pas besoin de changer de carte mère. Qui plus est , les Athlon 64 X2 ne chauffaient et consommaient pas plus que les modèles haut de gamme simple cœur de AMD tandis que les Pentium D avaient une forte dissipation thermique et une consommation élevée comparé à ses prédécesseurs simple cœur.

Finalement, malgré un prix plus élevé, ces processeurs bénéficiaient d'un meilleur rapport qualité/prix grâce à une conception plus travaillée que les modèles Intel. Les performances sont ainsi globalement meilleures comparé au Pentium D. Ils ont ainsi permis à AMD de se hisser au niveau d'Intel malgré des problèmes de stocks dans la période qui a suivi le lancement. L'évolution des Windsor concerne la finesse de gravure mais également la diminution du cache L2 à cause de la forte demande actuelle pour ce type de processeur.

AMD a aussi développé des processeurs tri et quadri cœurs récemment avec la gamme Phenom. C'est la première génération de processeurs à utiliser la dernière architecture K10 de AMD. Les versions tri-cœurs sont des versions quadri-cœurs où un de ces derniers a été désactivé. Ces processeurs ont été développés pour limiter les pertes en sortie des lignes de production.

Quant à la gamme des ordinateurs portables, ce sont les Turion 64 X2 qui sont dédiés à ces machines. Les premiers sont apparus en mai 2006 et la gamme est renouvelée à peu près une fois par an. Ces processeurs sont moins utilisé que leurs homologues chez Intel du fait d'une campagne publicitaire nettement moindre.

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