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ARCHITECTURE DES ORDINATEURS THÈME DE L’EXPOSÉ Année académique 2021 - 2022 ÉTU

ARCHITECTURE DES ORDINATEURS THÈME DE L’EXPOSÉ Année académique 2021 - 2022 ÉTUDE APPROFONDIE D’UN PROCESSEUR INTEL MULTICOEURS : CAS DU CORE I7 MEMBRES DU GROUPE : • ABOULA ONGOLO Serge Jonas (ING1) • BEKALE NDONG Christ Stephen (ING1) • ESSONGUE ONANGA Evan (MIAGE1) SOUS LA SUPERVISION DE : Dr. Pierre MOUKELI MBINDZOUKOU Maître Assistant INSTITUT AFRICAIN D’INFORMATIQUE Etablissement Inter-Etats d’Enseignement Supérieur BP 2263 Libreville – Gabon Tel : (+241) 077 70 55 00 – 060 43 46 44 Site web : www.iaisiege.org E-mail : contact@iai-siege.org I ETUDE APPROFONDIE D’UN PROCESSEUR INTEL MULTICOEURS : CAS DU CORE I7 IAI - 2022 ARCHITECTURE DES ORDINATEURS TABLE DES ILLUSTRATIONS Figure 1 : Schéma architecture d'un processeur single-core (1) et dual-core (2) ............................... 2 Figure 3 : Exemple d'un processeur I7 True Dual-Core ....................................................................... 4 Figure 2 : Exemple d'un processeur I7 non True Dual-Core ................................................................ 4 Figure 4 : Parallélisme .......................................................................................................................... 5 Figure 5 : Simultaneous Multithreading .............................................................................................. 5 Figure 6 : Sans Hyperthreading (gauche) et avec Hyperthreading (droite) ......................................... 6 Figure 7 : TurboBoost ........................................................................................................................... 6 Tableau 1 : Microarchitectures (ou familles) de processeurs core i7 .................................................. 3 Tableau 2 : Suffixe de noms de processeurs Core ............................................................................... 4 Tableau 3 : Quelques processeurs Intel multicœurs Core I7, indices de performance et caractéristiques. ................................................................................................................................... 8 II ETUDE APPROFONDIE D’UN PROCESSEUR INTEL MULTICOEURS : CAS DU CORE I7 IAI - 2022 ARCHITECTURE DES ORDINATEURS SOMMAIRE TABLE DES ILLUSTRATIONS ................................................................................................................... I SOMMAIRE ........................................................................................................................................... II INTRODUCTION GÉNÉRALE .................................................................................................................. 1 I. ARCHITECTURE .............................................................................................................................. 2 II. TECHNOLOGIE ............................................................................................................................... 5 III. USAGES POSSIBLES........................................................................................................................ 7 IV. PERFORMANCES ........................................................................................................................... 7 V. DÉFAUTS ET QUALITÉS .................................................................................................................. 8 1. DÉFAUTS .................................................................................................................................... 8 2. QUALITÉS ................................................................................................................................... 8 CONCLUSION GÉNÉRALE .................................................................................................................... 10 BIBLIOGRAPHIE .................................................................................................................................. 11 1 ETUDE APPROFONDIE D’UN PROCESSEUR INTEL MULTICOEURS : CAS DU CORE I7 IAI - 2022 ARCHITECTURE DES ORDINATEURS INTRODUCTION GÉNÉRALE Le processeur est le composant de votre ordinateur qui exécute les instructions qui lui sont données par votre système d’exploitation. Les processeurs peuvent être doté de plusieurs cœurs. Leur création a pour origine les travaux de John von Neumann. Un processeur single-core ne peut traiter qu’une seule instruction à la fois, une instruction étant une tâche que l’on demande au processeur d’exécuter. Plusieurs instructions peuvent être traitées par le cœur d’un processeur mais ce sera toujours en série, c’est-à-dire une instruction à la fois. Pour pallier ces difficultés, le principe est simple : si on ne peut complexifier davantage le cœur d’un processeur, il faut pouvoir en disposer plusieurs sur la même puce de silicium. C’est pourquoi la dernière décennie a vu l’arrivée des processeurs multicœurs sur le marché grand public. Leur efficacité dépend grandement de la topologie d'interconnexion (architecture) entre les cœurs, leurs technologies et leurs caractéristiques. 2 ETUDE APPROFONDIE D’UN PROCESSEUR INTEL MULTICOEURS : CAS DU CORE I7 IAI - 2022 ARCHITECTURE DES ORDINATEURS I. ARCHITECTURE Un microprocesseur multicœurs est un microprocesseur possédant plusieurs cœurs physiques fonctionnant simultanément. Les processeurs actuels intègrent également des éléments plus complexes comme l'unité de calcul en virgule flottante (en anglais Floating-Point Unit, FPU), qui permet d'accélérer les calculs sur les nombres réels codés en virgule flottante. Pour réduire les latences d’accès mémoire, une approche classique consiste à intégrer des mémoires de petite taille très proches de l’unité de calcul de manière à réduire les latences d’accès aux données. Ces mémoires dites mémoires caches, permettent d'accélérer les traitements en diminuant les accès à la mémoire vive. Les différentes mémoires caches que nous rencontrons sont : ▪ Le cache d'instructions reçoit les prochaines instructions à exécuter. ▪ Le cache de données manipule les données. ▪ Parfois un cache unifié est utilisé pour les instructions et les données. On les désigne respectivement par les noms : Cache L1, Cache L2 ou Cache L3. Nous pouvons le voir dans la figure suivante (Figure 1). Figure 1 : Schéma architecture d'un processeur single-core (1) et dual-core (2) On retrouve pour chaque processeur un cache (L1) de 32 KB pour les instructions et de 32 KB pour les données, un cache (L2) intégré dans chaque Core de 256 KB, et parfois un cache partagé (L3) de 8 MB soit en gros 2 MB par core (Pour les quad-core). Les caches L1 et L2 sont également copiés dans ce cache L3 pour permettre un réel partage des informations. Ceci permet également le partage des données dans les différents caches entre tous les cœurs de l'I7. P-Core et E-Core Grâce à une nouvelle architecture hybride haute performance sans précédent, les processeurs Intel® Core™ de 12ᵉ génération offrent une combinaison unique de cœurs performants et efficaces (P-core et E-core). Et cela signifie des performances réelles, intuitivement ajustées pour s'adapter à tout ce que vous faites. Les cœurs P trouvés à Alder Lake sont des cœurs qui se concentrent sur le calcul de performance plus que toute autre chose. Ils ont été conçus pour optimiser les performances et la réactivité des charges de travail à calcul intensif, notamment pour les jeux et la conception 3D. En ce qui concerne les cœurs E, ils sont un peu différents des cœurs P. Ces cœurs ont été conçus pour fonctionner en arrière-plan dans le but de fournir une densité de calcul. Les cœurs E sont IFU DEC ALU FPU REGISTRES CACHE L1 CACHE L2 IFU DEC ALU FPU REGISTRES CACHE L1 CACHE L2 IFU DEC ALU FPU REGISTRES CACHE L1 CACHE L2 3 ETUDE APPROFONDIE D’UN PROCESSEUR INTEL MULTICOEURS : CAS DU CORE I7 IAI - 2022 ARCHITECTURE DES ORDINATEURS optimisés pour la mise à l’échelle des charges de travail hautement threadées. Ils fonctionnent à une fréquence inférieure par conception par rapport aux cœurs P. Les cœurs E sont à thread unique alors que les cœurs P sont multithreads. Familles de processeurs I7 Un microprocesseur Core i7 est un microprocesseur 64 bits fabriqué par Intel. Techniquement, il peut appartenir à la famille Nehalem ou Westmere. Les Core i7 sont initialement des modèles quad- cœurs mais ont par la suite été déclinés en modèles double-cœurs et hexacœurs, s’ajoutant ainsi aux familles : Sandy Bridge, Haswell, Skylake, Kaby Lake, Coffee Lake, Comet Lake, Rocket Lake, Alder Lake. Chaque famille possède ses caractéristiques comme le montre le tableau qui suit. Tableau 1 : Microarchitectures (ou familles) de processeurs core i7 La composition et l'équilibre des cœurs dans l'architecture multicœur montrent une grande variété. Certaines architectures utilisent une conception de cœur répétée de manière cohérente (« homogène »), tandis que d'autres utilisent un mélange de cœurs différents, chacun optimisé pour un rôle différent (« hétérogène »). Aussi, la façon dont plusieurs cœurs sont implémentés et intégrés affecte de manière significative à la fois les compétences de programmation du développeur et les attentes du consommateur en matière d'applications et d'interactivité par rapport à l'appareil. Un appareil annoncé comme étant Dual-core n'aura pas des cœurs indépendants que s'il est annoncé comme « True Dual-core », ou un style similaire, par opposition à simplement deux cœurs avec des vitesses d'horloge fixes (voir Figure 2 et 3). Familles Nehalem Sandy Bridge Haswell Skylake Kaby Lake Coffee Lake Comet Lake Rocket Lake Alder Lake Fréquence (GHz) 1,06 à 3,33 1,60 à 3,60 1,1 à 4 1,1 à 4,5 1,00 à 4,5 1,1 à 4,9 1,1 à 5,3 1,3 à 5,3 P-Core : 3,2 à 5,1 E-Core : 2,4 à 3,9 Cache L1 (Par cœur) 64 KB 64 KB 64 KB 64 KB 64 KB 64 KB 64 KB 80 KB 80 KB par P-core 96 KB par E-core Cache L2 (Par cœur) 256 KB 256 KB 256 KB 256 KB 256 KB 256 KB 256 KB 512 KB 1,24 MB par P-core 2MB par E-core Cache L3 4 MB à 24 MB partagé 1 MB à 24 MB partagé 10 MB à 15 MB (Extrême) 2 MB à 45 MB partagé 2 MB par cœur Jusqu' à 8 MB partag é Jusqu'à 16 MB partagé Jusqu'à 20 MB partagé Jusqu'à 16 MB partagé 4MB à 30 MB Finesse de gravures (nm) 45 et 32 (Westmere) 32 et 22 (Ivy Bridge) 22 à 14 (Broadwell) 14 14 14 FinFET 14 FinFET 14 10 Cœurs 2 à 6 1 à 4 (4 à 6 max) Jusqu’à 8 2 à 8 2 à 6 2 à 8 2 à 10 2 à 8 Jusqu'à 12 (8P + 4E) pour i7 Socket(s) LGA 1156 LGA 1366 LGA 1155 LGA 2011 LGA 1150 LGA 2011 LGA 1151 LGA 1151 LGA 1151 LGA 1200 LGA 1200 LGA 1700 4 ETUDE APPROFONDIE D’UN PROCESSEUR INTEL MULTICOEURS : CAS DU CORE I7 IAI - 2022 ARCHITECTURE DES ORDINATEURS Figure 3 : Exemple d'un processeur I7 True Dual-Core Suffixes du processeur Intel Core Le numéro des processeurs Intel® Core™ inclut des lettres dans le suffixe de leur gamme de produits. Le tableau ci-dessous comprend la signification de ces lettres. Tableau 2 : Suffixe de noms de processeurs Core Suffixe Significatition G1-G7 Niveau graphique (processeurs avec nouvelle technologie graphique intégrée uniquement) E Intégré F Nécessite une carte graphique séparée G Inclut des graphiques dédiés sur le package H Hautes performances optimisées pour les uploads/Ingenierie_Lourd/ expose-n01-multicoeurs-core-i7.pdf