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12 Athlon 64 sur le grill
Processeurs
Publié le Vendredi 12 Novembre 2004 par Marc Prieur

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Page 1 - Athlon 64



Socket 754 ? 939 ? Gravure 130nm ? 90nm ? Cache L2 de 512 Ko ? 1024 Ko ?Pour ceux qui sont perdus au sein de la gamme AMD, voici un comparatif de 16 processeurs dont 12 Athlon 64. Le P-Rating cache bien des choses !
L’Athlon 64 – petit rappel
Afin de rentrer dans le vif du sujet, un petit rappel est nécessaire. Lancés en septembre 2003, les processeurs Athlon 64 sont basés sur une architecture d’AMD appelée K8. Pour rappel, l’architecture K7 fut elle introduite avec les premiers Athlon Slot A en 1999.


L’architecture K8 reprend en grande partie l’essence de l’architecture K7, à savoir ses unités d’exécution. Toutefois AMD a apporté de nombreuses modifications afin d’améliorer les performances globales de ce nouveau cœur :

- Gravure en 0.13µ SOI
- Allongement du pipeline
- Intégration du contrôleur mémoire
- Intégration de contrôleurs HyperTransport
- Amélioration du cache L2
- Ajout des instructions SSE2
- Extension 64 bits du x86

L’un des changements les plus importants en pratique est l’intégration du contrôleur mémoire, qui était jusqu’alors géré par le chipset. Ceci entraîne une baisse drastique des temps de latence mémoire et une hausse globale des performances. Bien entendu les autres améliorations sont également importantes, et on notera que l’une d’entre elle n’est pas encore pleinement exploitées. C’est notamment le cas de l’extension 64 bits du jeu d’instruction x86, qui n’est pour le moment supportée que par les OS dit « Alternatifs », en attendant l’arrivée de Windows XP x64 qui a été repoussée du 2è trimestre 2004 au premier semestre 2005.

Du point de vue des performances, par rapport à leurs homologues chez Intel, les Athlon 64 sont généralement plus performant dans les applications ludiques et scientifiques, alors que les Pentium 4 sont généralement plus rapide dans le cadre de rendu 3D ou de vidéo. Bien entendu, ceci peut varier selon les applications mais il s’agit de généralités basées sur les observations faites au cours de nos nombreux tests sur le sujet. Le but de cet article n’étant pas de comparer les processeurs Intel avec les processeurs AMD, nous ne revenons pas sur ce sujet déjà traité à de multiples reprises.
Les différents Athlon 64
Plusieurs caractéristiques permettent de distinguer les divers Athlon 64 actuels.

La première, c’est le Socket utilisé, qui peut être de type 754 ou 939. Sous ce chiffre ce cache en fait le nombre de pins, ou « pattes » du processeur. Bien entendu les 185 pins supplémentaires de l’Athlon 64 Socket 939 ne sont pas là uniquement dans un but esthétique : une majorité d’entre elles est attribuée à la gestion d’un deuxième canal de mémoire DDR 64 bits. Ainsi, alors que les Socket 754 gère la mémoire sur un canal 64 bits, soit 3.2 Go /s de bande passante avec de la PC3200, les Socket 939 gère la mémoire sur deux canaux 64 bits pour une bande passante cumulée de 6.4 Go /s. En pratique, le gain est variable selon les applications, entre 0 et 7%.


La seconde, c’est la fréquence bien entendue, c´est-à-dire la vitesse de fonctionnement, exprimée en nombre de cycles par seconde, du processeur. Elle varie entre 1800 MHz et 2600 MHz, selon le modèle.
La taille du cache a aussi son importance. Si dans un premier temps les Athlon 64 étaient tous dotés de 1024 Ko de cache de second niveau, en sus des 128 Ko de cache de premier niveau, AMD a rapidement changé ceci en équipant ses processeurs d’un cache L2 de 512 Ko (avec pour contrepartie une fréquence supérieure). Seuls les processeurs les plus haut de gamme sont encore dotés d’un cache de 1024 Ko, avec un gain variant de 0 à 5% selon les applications par rapport à un processeur 512 Ko cadencé à la même fréquence.

La troisième nuance se situe au niveau de la finesse de gravure, qui peut être de 130nm ou de 90nm. A nombre de transistor égal, cette gravure plus fine permet de réduire la taille du die (cœur) du processeur et en théorie sa consommation, chose que nous vérifierons un peu plus loin.

Avec ces 3 caractéristiques, AMD nous propose au final à l’heure actuelle pas moins de 12 processeurs distincts que voici :

- 2800+ S754 : 1800 MHz, 512 Ko de L2, 1 canal DDR, 130nm
- 3000+ S754 : 2000 MHz, 512 Ko de L2, 1 canal DDR, 130nm
- 3200+ S754 : 2200 MHz, 512 Ko de L2, 1 canal DDR, 130nm
- 3400+ S754 : 2400 MHz, 512 Ko de L2, 1 canal DDR, 130nm
- 3700+ S754 : 2400 MHz, 1024 Ko de L2, 1 canal DDR, 130nm
- 3000+ S939 : 1800 MHz, 512 Ko de L2, 2 canaux DDR, 90nm
- 3200+ S939 : 2000 MHz, 512 Ko de L2, 2 canaux DDR, 90nm
- 3500+ S939 : 2200 MHz, 512 Ko de L2, 2 canaux DDR, 90nm
- 3500+ S939 : 2200 MHz, 512 Ko de L2, 2 canaux DDR, 130nm
- 3800+ S939 : 2400 MHz, 512 Ko de L2, 2 canaux DDR, 130nm
- 4000+ S939 : 2400 MHz, 1024 Ko de L2, 2 canaux DDR, 130nm
- FX-55 S939 : 2600 MHz, 1024 Ko de L2, 2 canaux DDR, 130nm

Vous remarquerez que seulement 9 P-Rating / Model Number sont ici représentés. Un 3000+, selon qu’il soit Socket 754 ou 939, sera par exemple cadencé à 2.0 ou 1.8 GHz. Par le passé les choses étaient encore plus complexes puisqu’au sein même de la gamme Socket 754 on trouvait par exemple un 3400+ à 2.4 GHz avec 512 Ko de cache et un autre à 2.2 GHz avec 1024 Ko de cache. Nos tests précédents ont démontrés que le premier processeur était dans tous les cas le plus performant, le cache ne compensant pas la différence en terme de fréquence.

Page 2 - Athlon 64 90nm vs Athlon 64 130nm

Athlon 64 90nm vs Athlon 64 130nm
Début septembre, AMD a lancé en catimini les premiers Athlon 64 basés sur le core « Winchester » gravé en 90nm. Comme leurs prédécesseurs « Newcastle » gravés en 0.13µ, ces processeurs sont dotés de 512 Ko de cache L2. Résultat immédiat de la finesse de gravure accrue, la taille du die passe de 150 à 83mm², ce qui permet à AMD de graver sur un Wafer (galette de silicium) de même taille 75% de processeurs en plus.

Le gain en terme de coût de production est évident, même si il faut bien entendu amortir les équipements et les efforts de R&D liés à cette technologie. De même, dans un premier temps un nouveau processus de gravure offre toujours des rendements moins bons (plus de pièces défectueuses). Mais sur le long terme, tout ceci ne peut être que bénéfique en terme de coût de production.

Officiellement, à 2.2 GHz un Newcastle se doit d’être alimenté en 1.5V et peut consommer jusqu’à 89 Watts, alors qu’un Winchester est alimenté en 1.4V et peut consommer un maximum de 67 Watts.


Il existe officiellement trois Athlon 64 gravés en 90nm, et ils sont tous au format Socket 939 :

- 3000+ : ADA3000DIK4BI
- 3200+ : ADA3200DIK4BI
- 3500+ : ADA3500DIK4BI

Le 3500+ existe également en version 130nm, et il porte alors le numéro « ADA3500DEP4AW ». En pratique voici à quoi ressemble un Athlon 64 3500+ 90nm par CPU-Z :


Quelles sont les différences en pratique ? Pour commencer, nous avons effectué trois mesures

Nous avons mesuré d’abord en charge sous Prime95 la consommation de la totalité de la configuration (carte mère, 2x512 Mo de mémoire, 9600 Pro, 1 Raptor). La mesure étant effectuée à la sortie de la prise de courant, la consommation réelle de la configuration est donc moindre puisque le rendement d’une alimentation est de 70 à 80%. Ensuite, nous avons noté la température renvoyée par la sonde interne du processeur via la carte mère après 30mn de Prime95, et enfin la température renvoyée par une sonde externe placée sur le bord du Socket, près du processeur. Voici les résultats obtenus :


Ils sont clairs, la configuration basée sur un AMD Athlon 64 3500+ gravés en 90nm consomme 21 Watts de moins que celle basée sur le même mais en version 130nm. Côté température, nous obtenons deux valeurs qui ne vont pas dans le même sens : la température interne est légèrement supérieur dans le cas du 90nm, alors qu’elle est nettement inférieure sur notre sonde externe.

En fait, l’explication est relativement simple. Certes, les Athlon 64 consomment moins de Watts, mais leur dissipation doit se faire sur une plus petite surface, le die étant plus petit. Du coup, la température de ce die ne baisse pas, au contraire, alors qu’au global la chaleur dégagée est moindre.

Quid de l’overclocking me direz-vous ? Difficile de juger sur un seul processeur, mais nous avons effectué un test en nous limitant à un refroidissement à air à Heatpipe fournis par AMD avec les Athlon 64 4000+ / FX-55 ainsi qu’a une tension d’alimentation de 10% supérieure aux 1.4V d’origines, 1.54V donc. Nous avons en pratique pu atteindre 2.55 GHz de manière stable, alors qu’avec le même ventilateur est +10% de tension (1.65V) sur notre processeur 130nm, les 2600 MHz on pu être atteints. Avec nos processeurs, l’avantage est donc à la version 130nm, même si on peut espérer que ceci soit temporaire.

Dernière partie à aborder concernant notre face à face entre Athlon 64 90nm et 130nm, les performances : sont elles équivalentes entre ces deux dies ? Voici les résultats obtenus dans notre suite de test, exprimés en secondes dans tous les cas, exception faite des 3 derniers tests ou les résultats sont en images / seconde :


Surprise ! Les performances varient belle et bien entre ces deux versions. Dans la plupart des cas, c’est la nouvelle version 90nm qui s’avère la plus rapide, avec des gains variant entre 0.1 et 1.9%. On notera toutefois une exception : lors de l’encodage d’une vidéo au format DiVX via VirtualDubMod, le 3500+ 90nm s’est avéré nettement moins rapide que son prédécesseur. Les chiffres sont exacts, puisque nous avons refait les tests plusieurs fois pour en avoir le cœur net, et nous ne pouvons expliquer cette baisse.
Le test
Pour mesurer les performances, nous avons continué d’utiliser les plates-formes suivantes :

- Socket A : ASUSTeK A7N8X-E Deluxe (nForce2 400 Ultra)
- Socket 754 : MSI K8N Neo (nForce3 250)
- Socket 939 : MSI K8N Neo2 (nForce3 250 Ultra)

En dehors des cartes mères, le reste des configurations était identique, à savoir :

- 2x512 Mo DDR-400 Corsair en 2-2-2-8
- NVIDIA GeForce 6800 GT AGP
- Western Digital WD800BB
- Western Digital Raptor WD740GD
- Windows XP SP1 Français

Les résultats des processeurs Athlon 64 suivants sont intégrés au sein de ce comparatif :

- 2800+ S754 : 1800 MHz, 512 Ko de L2, 1 canal DDR, 130nm
- 3000+ S754 : 2000 MHz, 512 Ko de L2, 1 canal DDR, 130nm
- 3200+ S754 : 2200 MHz, 512 Ko de L2, 1 canal DDR, 130nm
- 3400+ S754 : 2400 MHz, 512 Ko de L2, 1 canal DDR, 130nm
- 3700+ S754 : 2400 MHz, 1024 Ko de L2, 1 canal DDR, 130nm
- 3000+ S939 : 1800 MHz, 512 Ko de L2, 2 canaux DDR, 90nm
- 3200+ S939 : 2000 MHz, 512 Ko de L2, 2 canaux DDR, 90nm
- 3500+ S939 : 2200 MHz, 512 Ko de L2, 2 canaux DDR, 90nm
- 3500+ S939 : 2200 MHz, 512 Ko de L2, 2 canaux DDR, 130nm
- 3800+ S939 : 2400 MHz, 512 Ko de L2, 2 canaux DDR, 130nm
- 4000+ S939 : 2400 MHz, 1024 Ko de L2, 2 canaux DDR, 130nm
- FX-55 S939 : 2600 MHz, 1024 Ko de L2, 2 canaux DDR, 130nm

Et nous avons également rajouté à titre de comparaison les performances obtenues sur Athlon XP 2800+, 3200+, Sempron 2800+ et 3100+. Pour rappel, ce dernier processeur est en fait basé sur un Athlon 64 mais est dépourvu des instructions 64 bits et ne dispose que de 256 Ko de cache L2. Au format Socket 754, il est cadencé à 1.8 GHz.

Page 3 - 3d Studio Max 7, Maya 6

3d Studio Max 7
Nous commençons notre suite de tests par 3d Studio Max 7, logiciel d’image de synthèse que nous ne présentons plus. Pour ce test nous avons utilisé deux scènes de test, la première est une scène utilisant un rendu classique de type Raytracing basé sur la scène « Architecture » de specAPC.


Peu dépendant de la bande passante mémoire ou d’un cache L2 trop grand sur Athlon 64, ce test montre des performances très proches pour tous les processeurs Athlon 64 cadencés à la même fréquence. Du coup, le P-Rating d’AMD est mis à mal, avec un A64 3400+ très proche du 4000+, ou encore un A64 3200+ S939 nettement plus lent que l’A64 3200+ S754 ...

Développé par Studio PC , la deuxième scène utilisée fait appel en grande partie à la radiosité. Ce type de rendu plus réaliste au niveau des éclairages est aussi plus lent, et 85% du temps de rendu est passé sur ce type d’effet au sein de cette scène.


Les résultats obtenus dans la 1ère scène sont confirmés via ce second test.
Maya 6
Pour Maya 6, nous utilisons également deux scènes, fournies par Yann Dupont de 3DVF que nous remercions. La première est destinée à être rendue par le moteur Maya Software alors que la seconde utilise le moteur de rendu Mental Ray.


Maya réagit de manière similaire à 3D Studio Max et n’est que très peu influencé part le double canal ou le passage de 512 à 1024 Ko de cache L2. A mêmes causes, mêmes effets ...


Dans la seconde scène on retrouve des résultats comparables.

Page 4 - Mathematica, WinRAR

Mathematica 5
Nous passons maintenant aux calculs scientifiques, avec pour commencer Mathematica 5 de Wolfram Research. Pour ce test, nous avons executé la suite de test développée par Stefan Steinhaus .


Ici, le cache comme le double canal commencent à avoir une légère influence. Les écarts ne sont toutefois pas énorme et on l’Athlon 64 3200+ Socket 754 est par exemple 6% plus rapide que son homologue Socket 939.
WinRAR 3.4
Nous en venons à présent à la compression d’un fichier de 535 Mo au format RAR en compression « meilleure » via WinRAR 3.3.


WinRAR fait bon usage du cache et dans une moindre mesure du double canal. L’écart entre notre A64 3200+ S754 et le S939, lié à la différence de fréquence de 10% à l’avantage du premier, est donc encore plus réduit puisqu’il s’élève à 3.1%. Mais c’est toujours la version S754 qui est la plus rapide !


Page 5 - TMPGEnc, DiVX

TMPGEnc Xpress 3
La compression vidéo est l’un des domaines dans lequel le Pentium 4 excelle si l’application est bien optimisée pour son architecture. Dans sa version 3.0, TMPGEnc est particulièrement optimisé pour l’architecture Netburst et inclut d’ailleurs des optimisations SSE3. Voyons le résultat en pratique avec ici l’encodage d’une vidéo DV de 3600 images en MPEG-2 avec un bitrate de 4000 Kbits /s et en deux passes :


Sous TMPGEnc le double canal à une influence non négligeable. Du coup, si les augmentations de PR liées au cache (3400+ -> 3700+, 3800+ -> 4000+) ne sont pas justifiées dans ce test celles liées au double canal le sont plus. Ainsi, le 3200+ S754 n’est « que » 1.5% plus rapide que son homologue S939 cadencé 200 MHz moins vite.
DiVX 5.21 / VirtualDub
Voici maintenant venu le temps de l’encodage DiVX via VirtualDubMod. Nous utilisons ici un fichier MPEG-2 de 15000 images que nous compressons en DiVX 5.2 (avec B-Frame et bitrate de 1500 kbits), avec VdubMod en mode « Fast Recompress ».


Les gains liés au cache et à la mémoire sur deux canaux sont présents mais relativement limités. Du coup, le P-Rating n’est pas vraiment justifié pour une bonne partie des processeurs, et l’Athlon 64 3200+ S754 est 7% plus rapide que le 3200+ Socket 939.

Page 6 - UT2004, Far Cry, Pacific Fighters

Unreal Tournament 2004

Voici maintenant à des applications plus ludiques, avec pour commencer Unreal Tournament 2004. L’influence du cache et du double canal est plus que notable, et il en résulte un P-Rating qui peut commencer à se justifier. La différence entre les 3200+ S754 et S939 est inférieure au pourcent.
Far Cry

Far Cry se comporte de manière assez proche d’UT2004.
Pacific Fighters

Pacific Fighters montre une dépendance moins forte au cache et à la bande passante que ses deux prédécesseurs. Du coup, on se retrouve une nouvelles fois avec un P-Rating qui a du mal à se justifier.

Page 7 - Conclusion

Conclusion
Afin d’avoir une vision plus globale des performances, nous avons normalisé pour chaque test les performances en fonction de la solution la plus performante (= 100%). Nous avons ensuite pris tous ces indices (en prenant la moyenne des deux scènes pour les tests de rendu) et les avons transformés sous la forme d’un nouvel indice basé sur les performances de l’Athlon XP 3200+. Voici les résultats obtenus :


On constate à la vue de ses performances que certains P-Rating sont clairement attribués de manière abusive par AMD, ou tout du moins qu’ils ne correspondent qu’a une partie de la réalité. Nous pensons particulièrement aux Athlon 64 4000+ et 3700+, qui se voient greffer d’un bonus de +300 uniquement pour le cache L2 qui passe de 512 Ko à 1024 Ko. Il en est de même pour l’Athlon 64 3500+ Socket 939, qui se voit doter de 300 de plus en P-Rating que le 3200+ pour 200 MHz de plus, alors que dans tous les autres cas une telle hausse de fréquence entraîne un bonus de 200 points. On notera qu’il est d’ailleurs moins performant au global qu’un ... 3400+ !

Le cas des Athlon 64 3000+ et 3200+ Socket 939 est également problématique puisqu’il sont en général moins performant que leurs homologues Socket 754. En contrepartie d’une fréquence diminuée de 200 MHz, ils disposent du double canal mais ceci ne suffit à rattraper leur retard que dans un nombre de cas réduit.

Bien entendu, ceci ne retire rien aux qualités intrinsèques des Athlon 64. Ces processeurs constituent en effet un choix de premier ordre comme nous l’avons déjà rappelé à maintes reprises, le Pentium 4 ne reprenant l’avantage que lorsque des applications sont particulièrement adaptée à son architecture, comme c’est le cas pour une majorité de traitement vidéo et de rendu 3D, et ce au prix d’une consommation et d’une dissipation thermique plus importante.

A la vue des prix pratiqués actuellement dans le commerce, comme vous pouvez le voir chez Monsieur Prix  par exemple, plusieurs processeurs sortent du lot. Sur Socket 754, l’Athlon 64 semble être un bon compromis, mais les versions 3200+ et 3400+ restent compétitives.

Du côté du Socket 939, les choses sont plus problématiques. Plus évolutif, ce format permet en effet au moins d’aller jusqu’au FX-55, en attendant des versions plus rapides, là où le Socket 754 restera limité à un 3700+ qui ne mérite guère son P-Rating. Dans ces conditions, nombreux sont ceux qui préféreront opter pour une plate-forme plus évolutive, même si la portée exacte de cette évolutivité n’est pas connue (support des CPU double core ?).

Deux problèmes se posent à l’heure actuelle si vous voulez opter pour le Socket 939. Le premier, c’est que les Athlon 3000+ et 3200+ Socket 939 ne sont toujours pas disponible en France. Qui dit Socket 939 dit donc 3500+ minimum, avec le coût que cela représente. L’autre problème, c’est que ce 3500+ n’est pas donné. Nettement plus onéreux qu’un 3400+ Socket 754, il est pourtant moins performant au global. Si vous voulez plus d’évolutivité, AMD vous en fait malheureusement payer le prix.

Au final, nous trouvons dommageable qu’une architecture de la qualité de l’Athlon 64 soit handicapée par une politique commerciale qui ne nous semble pas adaptée. Les P-Rating surévaluées entraînent des tarifs qui le sont tout autant, et le manque de disponibilité de processeurs abordables sur Socket 939 pose un véritable problème, puisqu’il faut de suite débourser près de 300 € pour un processeur destiné à cette plate-forme.

Pour finir sur une note positive, nous devons avouer avoir été agréablement surpris par le côté purement technologique des Athlon 64 gravés en 90nm à core « Winchester ». Leur consommation diminue nettement à fréquence égale, et les performances sont au global en très légère hausse. On regrettera juste une montée en fréquence difficile à l’heure actuelle.

Mise à jour : 4 mois se sont écoulés depuis cet article, et plusieurs choses ont changées. La première, c’est que AMD a annoncé que les futurs processeurs Double core seront compatibles avec les cartes mères Socket 939, ce qui lève l’incertitude en ce qui concerne l’évolutivité des cartes mères Socket 939 pour cette année. Secondo, les derniers Athlon 64 90nm s’overclockent désormais autant, voir même plus que les 130nm. Enfin, hors overclocking si les tarifs des Socket 754 restent plus avantageux, l’écart s’est tout de même réduit.
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