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Socket AM2 : La DDR2 selon AMD
Processeurs
Publié le Mardi 23 Mai 2006 par Marc Prieur

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Page 1 - Introduction

Lancé il y’a à peine 3 ans sur PC de bureau, l’Athlon 64 connaît ce jour un deuxième changement de Socket. En effet, lors de son lancement en septembre 2003, on avait droit à l’Athlon 64 sur Socket 754, ainsi qu’un Opteron renommé en Athlon 64 FX sur Socket 940. Le Socket 754 ne permettait la gestion de la DDR que sur un canal, au contraire du 940 et de l’Opteron qui avaient pour défaut de nécessiter de l’onéreuse mémoire registered.

L’uniformisation de ces deux gammes sur un même Socket se fit en juin 2004 via le lancement du Socket 939. Cette fois, la mémoire DDR classique était gérée sur deux canaux ... mais un mois plus tard AMD lançait sa gamme Sempron, sur l’ancien Socket A mais aussi sur le Socket 754. Du coup, sur PC de bureau la situation n’avait guère avancée puisque l’on se retrouve à l’heure actuelle encore avec deux Sockets pour les PC de bureau.

- Socket 754 pour les Sempron
- Socket 939 pour les Athlon 64, 64 X2 et 64 FX

Aujourd’hui, AMD lance un nouveau support destiné à accueillir l’ensemble de sa gamme desktop : l’AM2. Non content d’accueillir à la fois des processeurs Sempron et Athlon, il se destine à accueillir tout un ensemble de nouveaux CPU se distinguant de part un nouveau contrôleur mémoire abandonnant la DDR au profit de la DDR2.

La DDR2, kesako ?

Avant toute chose, il est nécessaire de rappeler que l’originalité de l’architecture K8 par rapport aux architectures Intel ou au K7 est l’intégration du contrôleur mémoire directement au sein du processeur et non plus sur le northbridge du chipset. Cette solution offre de nombreux avantages en terme de performances mais a pour contrepartie un certain manque de flexibilité puisqu’il faut changer de processeur _et_ de carte mère pour changer de génération de mémoire.

La DDR, introduite sur nos PC par AMD, se distinguait de la SDR de par l’utilisation des fronts montant et descendant du signal pour l’envoi des données, ce qui fait que la DDR peut transmettre deux mots de 64 bits par cycle d’horloge. A une fréquence de 200 MHz, on atteint donc sur un canal les 3.2 Go /s.

La DDR2 fonctionne en fait comme de la DDR en externe, mais comme de la QDR en interne. Ainsi de la DDR2-533 communique avec le reste du PC via un bus DDR (Dual Data Rate, deux envois d’informations par cycle) à 266 MHz mais en interne elle fonctionne à 133 MHz QDR (Quad Data Rate, quatre envois d’informations par cycle). Cette fréquence de fonctionnement interne réduite permet d’augmenter facilement le débit pur des barrettes, au détriment des temps de latence. La tension d’alimentation passe de 2.5 à 1.8V, alors que le nombre de pins passe de 184 à 240.

Ce système permet à la DDR2 d’aller beaucoup plus loin que la DDR en terme de bande passante théorique, puisqu’on arrive aux déclinaisons suivantes pour les plus vendues :

- 133 MHz : DDR266/PC2100, 2.1 Go /s par barrette
- 166 MHz : DDR333/PC2700, 2.7 Go /s par barrette
- 200 MHz : DDR400/PC3200, 3.2 Go /s par barrette
- 200 MHz : DDR2-400/PC2-3200, 3.2 Go /s par barrette
- 266 MHz : DDR2-533/PC2-4200, 4.2 Go /s par barrette
- 333 MHz : DDR2-667/PC2-5400, 5.4 Go /s par barrette
- 400 MHz : DDR2-800/PC2-6400, 6.4 Go /s par barrette

Bien entendu il existe des modèles plus rapides chez les fabricants de barrettes destinés aux overclockeurs, à 275 MHz en DDR par exemple ou 533 MHz en DDR2. Reste que ces chiffres de bande passante sont purement théoriques, car la latence a aussi son importance. Nous avions déjà vu lors de l’arrivée de la DDR-2 sur plate-forme Intel qu’il fallait de la DDR2-533 avec de bons timings pour faire aussi bien que de la DDR-400 avec de bons timings, nous verrons plus loin ce qu’il en est chez AMD.

Page 2 - Diviseurs mémoire, Socket, attache et chipset

Diviseurs & fréquence mémoire

Si le contrôleur mémoire intégré à des avantages en terme de latence et donc de performances, il a aussi des désavantages. L’arrivée de la DDR2 est l’occasion de parler d’un souci quelque peu occulté auparavant, à savoir que la fréquence mémoire est obtenue à partir de la fréquence processeur à laquelle est appliquée un diviseur entier.

Avec une fréquence mémoire de 200 MHz et des processeurs dont les fréquences étaient multiples de cette valeur comme c’était le cas sur Socket 754 et 939 avec de la DDR400, cette contrainte ne posait pas de problème particulier, sauf à vouloir utiliser de la DDR266 ou de la DDR333. Avec l’arrivée de la DDR2 et de ses diverses fréquences il y’a tout simplement beaucoup de cas dans lesquels la mémoire ne tournera pas à pleine vitesse. Par exemple, à 2.6 GHz, si vous divisez par 6 vous obtenez 433 MHz, ce qui est trop pour de la DDR2-800. C’est le coefficient 7 qui sera donc appliqué soit une vitesse de 371 MHz.

Au final on arrive au tableau de fréquence suivant :

Comme vous pouvez le constater chaque fréquence a ses défauts. La DDR2-800 ne sera pleinement exploitée qu’à 2.8, 2.4, 2.0 et 1.6 GHz, mais la DDR2-667 ne le sera qu’à 2.0 GHz. Bien entendu le fait d’être à 371 MHz au lieu de 400 MHz n’est pas dramatique en soit mais si AMD avait pu introduire des diviseurs en demi entier (6.5 ici) on aurait été plus proche de la « vraie » fréquence.

Socket et attache ventirad modifiés ...

Le Socket AM2 se distingue physiquement du Socket 939 de part son nombre de pins tout d’abord, puisque l’on passe de 939 à 940. Les détrompeurs sont modifiés, si bien qu’il est impossible, sauf à forcer très fort, de faire rentrer un processeur Socket 939 sur AM2 et vice-versa.

Il ne s’agit pas du seul changement de plate-forme puisque le système de fixation a également changé. Alors qu’il utilisait un système à 3 points de fixation par côté, on passe désormais à un seul point. En soit ce n’est pas très problématique puisque de nombreux anciens ventirads fonctionnent sur le nouveau système et vice-versa.

Le problème se pose toutefois systématiquement au niveau des ventirads n’utilisant pas ce système mais un autre nécessitant une fixation directe à la carte mère. En effet le système de rétention AMD n’est plus fixé à la carte mère par deux vis mais quatre, ce qui rend de fait beaucoup de ventilateurs haut de gamme incompatibles sans kits AM2. On peut se demander si cela était réellement utile n’ayant pas eu échos de systèmes de retentions arrachés ...

... mais pas de modifs niveau chipset !

Si pour changer de type de mémoire il faut changer de processeur et de carte mère, il n’est pas contre pas nécessaire de changer quoique ce soit au niveau du chipset. Ce dernier est toujours connecté au processeur via un bus HyperTransport 1 GHz, et les gammes NVIDIA, ATI, VIA, ULi et SiS actuelles sont donc compatibles. NVIDIA a toutefois décidé de lancer à l’occasion de la sortie de l’AM2 un nouveau chipset, le nForce 5, mais ce dernier fonctionnera tout aussi bien sur Socket 939 voir 754, alors que le nForce 4 ne posera pas de souci sur AM2.

Page 3 - La gamme AMD sur AM2

La gamme AMD sur AM2

Jusqu’à présent, on trouvait sur Socket 939 (Athlon) et 754 (Sempron) les processeurs suivants :

La gamme lancée par AMD sur Socket AM2 est composée de la sorte :

Comme vous pouvez le voir, pas de grands changements du côté des Athlon. On remarque tout de même que le FX-62 est lancé au même tarif que le FX-60 Socket 939 malgré une fréquence supérieure, et que les Athlon 64 mono core avec 1 Mo de cache L2 ne sont pas présent sur Socket AM2. On note l’apparition de deux nouveaux X2 : 5000+ et 4000+.

Les Sempron connaissent une modification notable de leur P-Rating puisque le passage du Socket 754 à l’AM2, et donc de la DDR sur un canal à la DDR2 sur deux canaux, lui fait gagner généralement 200. On retrouve toutefois quelques choses surprenantes : par exemple, le passage de 1.6 GHz à 1.8 GHz fait gagner 400 P-Rating, mais le passage de 1.8 GHz à 2.0 GHz fait gagner 300 P-Rating avec 128 Ko de cache et 200 P-Rating avec 256 Ko de cache : on cherche encore la logique.

Il faut noter qu’en sus des versions classiques, AMD lancera des versions « Energy Efficient » de ces processeurs. Sur Sempron, on passe ainsi d’une tension de 1.35-1.4V à 1.2-1.25V et de 62W de TDP à 35W sur les modèles « EE » 3400+, 3200+ et 3000+. Mais ceci à un coût puisqu’ils sont respectivement à 145, 119 et 101$ contre 97, 87 et 77$ pour les versions classiques.

Sur Athlon 64 la chute de tension et de TDP est la même sur la version 3500+ qui est à 231$, contre 185$ en version classique. Enfin, du côté du dual core on trouve un unique modèle « EE » à 35 Watts et 1.025-1.075V, il s’agit du 3800+ affiché à 364$, contre 303$ en standard. Toutes les autres X2, 5000+ exclus, sont disponibles avec un TDP de 65W en 1.2-1.25V, contre 89W en 1.3-1.35V par défaut : les 4800+, 4600+, 4400+, 4200+, 4000+ et 3800+ qui sont 26, 43, 44, 52, 25 et 20$ plus onéreux que les versions classiques.

Pour sortir ce type de processeur, AMD utilise les die nécessitant le moins de tension pour accomplir leur tâche. En fonction de la qualité des die produits par AMD, il n’est pas à exclure que les processeurs « classiques » pourront être sous alimentés à des niveaux supportés par les processeurs « Energy Efficient ». Bien entendu seul ce label en apporte la garantie, et AMD ne se gêne donc pas pour le faire payer.

Page 4 - Processeurs et plate-forme de test

Les processeurs de test

Pour ce test, nous avons pu mettre la main sur 3 processeurs Socket AM2 :

- Athlon 64 FX-62
- Athlon 64 X2 3800+
- Sempron 3600+

Bien entendu nous avons au cours du test abaissé le coefficient multiplicateur de l’Athlon 64 FX et du Sempron afin de mesurer les performances des Athlon 64 X2 4800+/4400+/4000+ et des Sempron 3400+ et 3000+.

On pouvait s’y attendre au vue de son TDP annoncé à 125 Watts, même si le TDP est toujours un peu surévalué chez AMD, l’Athlon 64 FX-62 commence à atteindre des niveaux de consommation plus connus chez Intel que chez AMD. On n’est pas encore au niveau des Pentium D mais la consommation globale de la configuration AM2 en charge sous Prime95 montre bien ce phénomène (2x512 Mo de DDR2, une Radeon X700, un Raptor en sus de la carte mère et du processeur) :

- Sempron 3600+ : 137 Watts
- Athlon 64 X2 3800+ : 163 Watts
- Athlon 64 FX-62 : 221 Watts

Le différentiel est tout de même de 84 Watts avec le Sempron et 58 Watts avec l’Athlon 64 X2. Certes, des pertes sont enregistrées au niveau de l’alimentation du PC et de l’étage d’alimentation de la carte mère, mais les chiffres commencent tout de même à être assez élevés. D’ailleurs en pleine charge le ventilateur Box d’AMD devait atteindre les 4000 tpm pour refroidir le tout, et était à cette vitesse assez bruyant : on lui préférera clairement un ventirad plus volumineux surmonté d’un ventilateur 120mm.

La plate-forme de test

Pour ce test nous avons utilisé la M2N32-SLI Deluxe d’ASUSTeK. Architecturée autour du dernier nForce 590 SLI de NVIDIA, elle en embarque toutes les fonctionnalités, notamment les 6 ports Serial ATA et les deux ports réseaux Gigabits. Le HD Audio est de la partie au travers d’un codec soundMAX AD1988B et ASUSTeK a intégré en sus une puce FireWire 400 Texas Instruments PCI, une puce Silicon Image SiL3132 pour deux SATA supplémentaires dont un externe et un contrôleur WiFi 802.11a/b/g Realtek RTL8187L empruntant le bus USB. Il faut rajouter à ceci 4 DIMM pour la DDR2, deux PCI Express x16, un PCI Express x4, un PCI Express x1 et 2 PCI.

Cette densité de fonctionnalité impressionnante pose bien entendu quelques problèmes puisque comme sur beaucoup de carte mère SLI le fait d’utiliser des cartes dual slot bloquera ici le port PCI-E x4 et un port PCI. On notera que deux des 6 SATA gérés nativement par le nForce 590 sont également d’un accès difficile dans ce type de configuration. Pour gagner un peu de place, ASUSTeK a placé le WiFi sur une sorte de mini carte fille. La M2N32-SLI Deluxe, refroidie par un système passif à base de caloduc, est disponible dès à présent au tarif de 225 €.

Côté mémoire nous disposions de 2 barrettes de 512 Mo XMS-2 8500 Corsair, soit de la DDR2-1066 en 5-5-5-15. Etant donné que les AM2 ne supportent de base que la DDR2-800, ce qui n’est pas mal, ce type de barrette n’a pas vraiment d’utilité en dehors de l’overclocking mais il elle nous a permis de tester un large panel de fréquences et de timings.

Page 5 - La DDR2 en pratique

La DDR2 en pratique

Qu’est ce qu’apporte la DDR2 en pratique par rapport à la DDR première du nom chez AMD ? C’est ce que nous avons voulu vérifier dès le début en comparant DDR-400 et DDR2-800, le tout avec une fréquence CPU de 2.8 GHz (Athlon FX-62 sur AM2 et FX-60 @ 62 sur 939) afin que la DDR2-800 soit bien à 400 MHz (cf. 2è page).

Pour se faire nous avons mesuré les performances dans 4 domaines. Nous nous sommes tout d’abord concentrés, avec via RightMark Memory Analyzer, sur un test de bande passante en lecture et un test de latence en lecture aléatoire. Ces résultats sont respectivement exprimés en Mo /s et en nombre de cycles. Enfin, deux tests applicatifs viennent compléter ceci, à savoir WinRAR et Far Cry, qui sont particulièrement dépendants de la vitesse du sous-système mémoire.

En lecture pas de souci, si l’on puis dire. On a bien une hausse, qui est tout de même toute relative puisque de l’ordre de 20% ... soit à peu de choses près ce que l’on perd du côté de la latence dans ce test. Au final les résultats pratiques ne sont guères étonnants mais on s’attendait à mieux : sous WinRAR la DDR-400 reste en tête, et sous Far Cry l’avantage de la DDR2 n’est que de 2.5%.

Voici maintenant d’autres chiffres, obtenus à 2.6 GHz cette fois. Attention, la DDR2-800 n’est donc qu’à 93% de son potentiel, mais les DDR2-533 et 667 sont à 98%, contre 96 et 93% à 2.8 GHz.

Les résultats sont assez inquiétants. Si l’on prends une barrette DDR400 d’entrée de gamme, c´est-à-dire en 3-3-3-8, on peut voir que sous WinRAR il faut carrément la DDR2 la plus haut de gamme pour être plus rapide, alors que sous Far Cry il faut tout de même faire appel à de la DDR2-667 en 3-3-3-8. Mais le plus inquiétant est le différentiel qui existe entre de la mémoire d’entrée de gamme DDR2 et de la mémoire haut de gamme : en passant du haut de gamme au bas de gamme, on perds 9% sous WinRAR et 7% sous Far Cry en DDR, mais 17 et 13% en DDR2. Bien entendu, je vous laisse deviner le type de mémoire qui équipera les PC vendus clefs en main en grande surface ...

Est survenue ensuite la question de savoir quelle mémoire utiliser dans le reste du test, d’autant que pour le moment nous étions en DDR400 2-2-2 sur plate-forme DDR et DDR2-667 4-4-4 sur plate-forme DDR2. Nous avons décidé de continuer dans cette voie, en testant toutefois en sus les FX en mode DDR2-800 à 4-4-4. Certes, ce choix peut être critiqué mais il ne nous paraissait pas adapté de tester l’intégralité des AM2 avec de l’onéreuse DDR2-800.

Nous passons maintenant sur notre protocole de test. Devant la masse de résultats fournis (50 configurations), nous fournissons pour chaque test en deux parties, la première est commentée et se concentre sur l’AM2 par rapport au Socket 754/939, la seconde ne l’est pas et représente graphiquement l’ensemble des résultats.

Page 6 - 3d studio max 7

3d studio max 7

Pour 3d studio max, nous effectuons le rendu via le moteur de rendu interne de 3ds (scanline) d’une scène mise au point par Studio PC qui fait fortement appel à la radiosité. Ce type de rendu plus réaliste au niveau des éclairages est aussi plus lent, et 80% du temps de rendu est passé sur ce type d’effet au sein de cette scène.

Ici Socket AM2, 939 et 754 sont relativement proches car même si on note quelques écarts ce type de charge n’est pas très gourmande au niveau de la vitesse de la mémoire. Du coup, on voit surtout l’inadéquation du P-Rating d’AMD dans certains cas puisque le Sempron 3600+ AM2 ne vas pas plus vite que le Sempron 3400+ Socket 754.

Page 7 - Maya 6

Maya 6

Nous utilisons une scène mise au point par Yann Dupont de 3DVF que nous remercions, rendue via Mental Ray.

Comme sous 3ds max l’influence de la bande passante mémoire ou de sa latence est faible et ne permet pas de creuser des écarts signifiants dans un sens ou l’autre.

Page 8 - Mathematica 5.2

Mathematica 5.2

Voici venue l’heure des calculs scientifiques, avec Mathematica 5.2 de Wolfram Research et la suite de tests développée par Stefan Steinhaus.

Cette fois il y’a des écarts, et ils sont en faveur de la DDR2 ce qui est plutôt une bonne surprise au vue des résultats préliminaires. Bien entendu il n’est question que d’un avantage de 3%, et encore en DDR2-800, mais c’est toujours mieux que rien. On notera que malgré le passage au dual channel, l’avantage des Sempron AM2 sur leurs homologues Socket 754 n’est pas plus marqué.

Page 9 - WinRAR 3.51

WinRAR 3.51

Un total de 588 Mo de fichiers, répartis en 493 fichiers Word & Excel (69 Mo), 22 fichiers de boite e-mail Eudora (251 Mo) et 1 fichier audio au format wav (268 Mo), sont compressés via WinRAR 3.51 en utilisant la compression la plus poussée.

Comme l’indiquaient les résultats préliminaires, c’est la cata sous WinRAR. Les performances sont potables en DDR2-800, et mauvaises en DDR2-667, ce qui fait par exemple que le X2 3800+ S939 est ici un peu plus rapide qu’un X2 4400+ AM2 ! De même, le gain lié au passage au dual channel sur Sempron est plus que dilué dans les pertes liées à la DDR2 puisqu’il faut un Sempron 3600+ AM2 pour battre un Sempron 2800+ S754 !

Page 10 - TMPGEnc 3.3 Xpress

TMPGEnc 3.3 Xpress

Sous TMPGEnc 3.3.3.7, nous encodons un fichier DV de 10 minutes 16 secondes au format MPEG-2, en 720x576 avec un bitrate moyen de 4500 kbits /s et en 2 passes. L’affichage de la vidéo en mode preview est activé pendant ce test et le décodage du fichier DV se fait via un codec Mainconcept, qui est plus rapide que le décodage intégré à TMPGEnc.

L’AM2 se montre ici sous un meilleur jour. Si le match DDR2-667 vs DDR-400 est en faveur de cette dernière, la DDR2-800 apporte ici de léger gain des performances (2%). De plus, l’apport du dual channel est plus important que la perte liée à la DDR2 ce qui fait que les Sempron AM2 sont plus rapides que leurs homologues S754 à fréquence et cache équivalent. Malheureusement le P-Rating mis en place par AMD joue en leur défaveur.

Page 11 - DiVX 6.1 & VirtualDub 1.6.11

DiVX 6.1 & VirtualDub 1.6.11

Nous compressons la même vidéo que sous TMPGEnc en mode Fast recompress et via le codec DiVX 6.1 en une passe avec un bitrate moyen de 1500 kbits /s, b-frame et performance d’encodage meilleure qualité. L’affichage de la vidéo en mode preview est activé pendant ce test.

Cette fois la DDR2-800 ne fait que permettre à l’AM2 de se replacer au niveau du S939, alors que les pertes liées à la DDR2-667 sont trop importantes par rapport au dual channel sur Sempron ce qui fait que ces derniers sont plus rapides en Socket 754.

Page 12 - Far Cry

Far Cry

Voici nos résultats sous Far Cry, sur une scène de test constituée d’un parcours sur la map training en extérieur.

Les jeux sont toujours assez réactifs à la vitesse mémoire, et particulièrement à sa latence. C’est d’ailleurs ce qui fait que ce type d’application ont le plus profité du contrôleur mémoire intégré des Athlon 64 lorsqu’il a débarqué en 2003. L’impact de l’AM2 est ici très important puisque si la DDR2-800 permet de revenir au niveau de la DDR-400 sur Socket 939, en DDR2-667 on est notablement moins rapide sans que ce soit dramatique, avec par exemple un 4400+ AM2 au niveau d’un 4200+ S939. Une fois de plus le P-Rating des Sempron n’est absolument pas justifié et le passage de la DDR-400 2-2-2 en simple canal à la DDR2-667 4-4-4 en double canal fait perdre des performances.

Bien entendu on peut toujours dire que sur ce type de plate-forme on trouvera plus facilement de la DDR-400 en 3-3-3, mais il faut aussi dire que la DDR2-667 fera également souvent place à de la DDR2-533 ... 1 partout balle au centre !

Page 13 - Pacific Fighters

Pacific Fighters

Sous Pacific Fighters les résultats sont un peu moins bon puisque la DDR est dans tous les cas devant. Le P-Rating des Sempron AM2 est une nouvelle fois complètement à revoir par rapport aux performances pratiques enregistrées.

Page 14 - Conclusion

Conclusion

Lorsque la DDR2 est arrivée sur plate-forme Intel en juin 2004, nous n’avions pas été convaincu puisque les gains étaient inexistants. Mais à l’époque, il était question de DDR2-533, et l’un des arguments d’AMD pour ne pas passer à la DDR2 était justement que la DDR2 devait encore mûrir, en terme de prix comme de performances.

Maintenant que AMD a franchit le pas, on comprend pourquoi le père des Athlon n’était pas pressé. En effet, les latences inhérentes à la technologie DDR2 et à son implémentation par AMD sont extrêmement pénalisantes sur l’architecture K8 et son contrôleur mémoire intégré ce qui fait qu’au final seule la DDR2-800 permet d’arriver à un niveau de performance comparable à celui obtenu en DDR-400 ! Du coup, ce changement parait peu opportun, en attendant une éventuelle implémentation plus efficace.

Bien entendu, les fabricants se tournent de plus en plus vers la DDR2 et la DDR commence de fait à être plus chère, mais encore faut-il comparer ce qui est comparable : si il faut de la DDR2-800 pour arriver au niveau de la DDR-400, l’avantage tarifaire n’est plus du tout en faveur de la mémoire dite de « nouvelle génération ».

Cette situation est encore plus problématique lorsqu’on prête attention aux processeurs Sempron. Certes, ils sont désormais sur un Socket commun aux Athlon 64, ce qui est une bonne chose même si il aurait été plus simple de les lancer sur Socket 939 il y’a des mois, mais le P-Rating choisi par AMD est complètement irréaliste. En effet, les gains liés au dual channel sont complètement annulés (voir plus) par les latences inhérentes à la DDR2, et le +200 effectué en terme de P-Rating sur les Sempron n’est donc en aucun cas justifié, à moins de comparer un Sempron Socket 754 avec de la PC-2700 et un Sempron Socket AM2 avec de la PC2-6400 (sic).

Au final l’arrivée du Socket AM2 laisse plus que perplexe puisque l’on cherche encore son intérêt pour l’utilisateur final, si ce n’est une plate-forme desktop unique qui aurait pu très bien se faire sur Socket 939. De plus l’arrivée de processeurs « Energy Efficient » aux TDP réduits est une bonne chose, mais là encore cela aurait très bien pu se faire sans ce nouveau Socket. A quelques semaines du lancement du Core 2 Duo, est-ce que c’est de l’AM2 que AMD et l’Athlon 64 avaient besoin ? Assurément non ...