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Intel Core i7-4960X : Ivy Bridge-E débarque sur LGA 2011
Processeurs
Publié le Lundi 9 Septembre 2013 par Marc Prieur

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Page 1 - 22nm, DDR3-1866, PCIe 3.0, la gamme

Alors qu'il a fallu à Intel 10 mois entre la sortie des Sandy Bridge et celle des Sandy Bridge-E, c'est plus de 16 mois après l'arrivée le passage en 22nm sur LGA 1155 que le LGA 2011 a enfin droit à son "Tick" Ivy Bridge, les Ivy Bridge-E. N'est-ce pas un peu tard alors que l'architecture suivante, Haswell, a déjà fait son apparition il y a deux mois ? C'est ce que nous allons voir au travers du test du Core i7-4960X !
22nm, DDR3-1866 et PCI-Express 3.0
Ivy Bridge-E reprend les améliorations apportées sur Ivy Bridge, avec notamment quelques optimisations architectures destinée à augmenter l'IPC (le nombre d'instructions pouvant être exécutées par cycle d'horloge), mais surtout avec le passage d'une gravure 32nm à un 22nm avec de nouveaux transistors dit Tri-Gate.


Le contrôleur mémoire a également été optimisé afin de supporter plus facilement la gestion de mémoires DDR3 haute fréquence. Officiellement toutefois ceci se traduit en pratique seulement par la gestion de la DDR3-1866 avec une barrette par canal (DDR3-1600 avec deux), contre DDR3-1600 dans tous les cas sur SNB-E. Cette mémoire est toujours gérée sur 4 canaux, ce qui permet au-delà de la bande passante de disposer de 8 DIMM et d'un maximum de 64 Go de mémoire, le double des plates-formes LGA 115x.

Ce n'est pas le seul point sur lequel est nettement plus généreux puisque comme les prédécesseurs les IVB-E intègrent pas moins de 40 lignes PCI-Express avec un contrôleur très flexible pouvant répartir ces lignes sur un maximum de 10 ports (en x4 donc). Un avantage certains, surtout dans le domaine professionnel pour qui voudrait cumuler les périphériques PCI-Express ayant de gros besoins de bande passante, comme des cartes graphiques utilisées pour le GPGPU. Pour une utilisation plus "classique" par contre, les plates-formes Z77/Z87 qui permettent de gérer nativement 2 ports en x8/x8 ou 3 ports en x8/x4/x4 sont suffisantes grâce au PCI Express 3.0.

Puisqu'on parle du PCI Express, sachez que les Core i7 basés sur les IVB-E sont cette fois pleinement compatibles avec cette dernière version. Les Core i7 SNB-E étaient en effet limités officiellement à la version 2.0, alors que les Xeon basés sur les mêmes puces étaient 3.0. Avec une carte AMD PCI Express 3.0, c'est toutefois la vitesse de ce bus qui était utilisée par défaut, mais pas avec une carte Nvidia, le constructeur se limitant aux spécifications officielles d'Intel. Il faudra d'ailleurs attendre de futurs pilotes GeForce pour que le PCI Express 3.0 soit activé par défaut, pour l'instant c'est le 2.0 comme sur SNB-E.
Une "petite" puce, toujours 6 cœurs au mieux
Pour les Core i7 SNB-E, Intel utilisait un die commun avec les Xeon qui embarquait pas moins de 8 cœurs et 20 Mo de cache L3, gravés en 32nm sur une surface de 435mm². Alors que les Xeon 22nm intégreront jusqu'à 12 cœurs et 30 Mo de cache L3, Intel a décidé de ne pas augmenter le nombre de cœurs de la gamme Core i7 IVB-E. On reste donc à six cœurs, et plutôt que de fabriquer une grosse puce qui sera à moitié castrée Intel a logiquement décidé de mettre au point une déclinaison spécifique intégrant 6 cœurs et 15 Mo de L3.


Il en découle une puce d'une taille réduite drastiquement, 257mm² pour 1,86 milliards de transistors contre 435mm² et 2,27 milliards de transistors pour la génération précédente. A titre de comparaison Sandy Bridge fait 216mm², Ivy Bridge 160mm² et Haswell dans sa version utilisée sur LGA 1150 est à 177mm². On revient en fait à une taille proche du Gulftown, le premier 6 cœurs lancé en 2011, qui était à 248mm². Chez AMD un Deneb (Phenom II X4 45nm) fait 258mm², contre 315mm² pour un Vishera 32nm (FX AM3+)

La gamme est composée comme suit, les chiffres pour la colonne Turbo étant les coefficients utilisés avec 1/2/3/4/5/6 cœurs actifs. Ces processeurs seront disponibles à compter de demain 10 septembre :


Comme d'habitude on retrouve donc un modèle phare qui fait office de vitrine, c'est ici le 4960X qui est vendu à un prix prohibitif. La fréquence de base gagne 100 MHz par rapport au 3970X malgré un TDP qui revient à 130W, par contre on ne note pas de gain au niveau du Turbo maximal sur un cœur ou six cœurs. Le comportement est par contre légèrement sur des intermédiaires, avec une baisse de 100 MHz sur 2 cœurs actifs mais un gain de 100 MHz sur 3 cœurs actifs par rapport à son prédécesseur.

L'i7-4930K gagne 200 MHz sur sa fréquence de base par rapport à l'i7-3930K, mais cela masque un écart moins important lorsque le Turbo est enclenché comme c'est généralement le cas. Généralement le gain n'est que de 100 MHz, avec par contre une perte de 100 MHz sur 2 cœurs !

Enfin le l'i7-4820K dispose contrairement à l'i7-3820 d'un coefficient multiplicateur libre en montée, un bon point même si ce n'était pas trop dommageable puisque la plate-forme LGA 2011 permet d'overclocker par le bus. La fréquence de base augmente de 100 MHz, les fréquences atteintes en Turbo sont identiques.
Compatibilité X79, mais pas chez Intel !
Côté cartes mère les LGA 2011 en X79 Express sont compatibles à condition de disposer d'un bios à jour… ce qui ne sera pas les cas des cartes mères Intel, un comble ! Intel explique ainsi que sa DX79SI ne sera pas compatible car elle n'a pas passé le process de validation interne. A contrario ASRock, ASUS, Gigabyte et MSI ont déjà mis en ligne des bios compatibles. Bien entendu on peut toujours supposer que la validation Intel est plus stricte, mais rien ne le prouve et la situation est pour le moins ubuesque pour ne pas dire plus !


Il convient d'ailleurs de préciser que sans un bios à jour, une carte mère LGA 2011 sur laquelle on place un Ivy Bridge-E ne démarre pas. Si le bios n'est pas à jour, ce qui est possible même sur une carte neuve puisque les bios Ivy Bridge-E sont assez récentes, il conviendra donc de mettre à jour le bios avec un processeur Sandy Bridge-E, ce qui n'est pas des plus pratiques. ASUS permet d'outrepasser ce problème grâce à sa fonction USB Bios Flashback qui permet à la carte mère de flasher son bios depuis une clef USB de manière autonome, sans même avoir besoin de processeur.


Après 22 mois, il faut noter que le X79 Express n'est plus vraiment au goût du jour, puisque seuls 2 de ses 6 ports SATA fonctionnent en 6 Gb/s et qu'il ne gère pas nativement l'USB 3.


Page 2 - Core i7-4960X, ASUS P9X79, Overclocking

Le Core i7-4960X et l'ASUS P9X79
Pour ce test nous avons pu obtenir auprès d'Intel un Core i7-4960X, les échantillons de Core i7-4930K et i7-4820 n'étaient malheureusement pas encore disponibles chez Intel France.


Jusqu'alors, nous utilisions la DX79SI d'Intel pour les tests, cette dernière n'étant pas compatible nous nous sommes rabattus sur une ASUS P9X79 prêtée par ASUS. Avec les réglages par défaut, le processeur demande en charge une tension de 1,20v, en pratique la sonde reporte 1,15v en charge sous Fritz. Activer la fonction d'économie d'énergie EPU dans le bios revient à abaisser la tension mesurée à 1,10v. Sur un Core i7-3970X du commerce, nous obtenons 0,05v de plus sur toutes ces valeurs.


En préparation de ce test, sachant que nous n'avions plus d'échantillons d'i7-3820 et i7-3930K d'Intel, nous avions pu obtenir ces processeurs d'une autre source pendant une durée limitée et les avions repassé avec la DX79SI sur notre dernier protocole de test processeur. Nous n'avons appris l'incompatibilité de la carte que dans un second temps, alors que nous n'avions plus les processeurs mais seulement un i7-3970X, et avions alors décidé de tester l'i7-3970X et l'i7-4960X sur la carte mère ASUS P9X79.

Malheureusement pour une raison que nous n'avons pas réussi à déterminer, les performances de l'i7-3970X sur cette carte mère avec un bios à jour n'étaient pas à un niveau normal dans certains cas, principalement dans les jeux. Un comportement très étrange d'autant que ce processeur fonctionnait correctement sur la DX79SI, et que l'i7-4960X fonctionnait lui comme un charme sur la carte ASUS. Pour finir, nous n'avons donc utilisé la P9X79 que pour IVB-E pour les tests de performances, et avons donc conservé la DX79SI pour SNB-E.

Toujours concernant la P9X79 nous tenons à pointer du doigt l'overclocking automatique intégré dans son bios. En effet, dès que l'on passait en réglage Manuel ou XMP dans AI Tweaker, la carte change tous les coefficients Turbo du processeur l'aligner sur le Turbo 1 cœur. Le 4960X fonctionnait alors à 4 GHz avec tous ses cœurs actifs, au lieu de 3,7 GHz. Déjà utilisée sur LGA 1155 et LGA 1150, sur LGA 2011 on ne dispose même pas de l'option "ASUS Multicore Enhancement" permettant de la désactiver ! Pour notre test nous avons fixé manuellement les coefficients Turbo à leurs valeurs officielles.

Pour ce test nous allons utiliser notre suite de test habituelle décrite ici.
Overclocking, undervolting et températures
Nous reportons nos résultats obtenus avec les Core i7-3970X et Core i7-4960X, refroidis par un Noctua NH-D14, hors boitier avec une température ambiante de 26°C. Pour chaque combinaison nous rapportons la fréquence, le vCore reporté par sonde nécessaire pour stabiliser cette fréquence sous Prime95, la consommation à la prise et à l'ATX12V sous Prime95 également.

Nous augmentons ou diminuons la tension par palier de 0,05v et essayons dans un premier temps d'avoir la tension la plus basse possible à 3,7 GHz (fréquence par défaut en Turbo sur 6 cœurs) puis à 4 GHz. On essaie ensuite de stabiliser 4,5 GHz, plus si cela est possible et moins dans le cas contraire.


On commence par le Core i7-3970X qui consomme tout de même par défaut 156 watts sur l'ATX12V sous Prime 95 pour une température de 60,5°C. Il est toutefois possible de faire baisser drastiquement cette valeur en passant le vCore de 1,18 à 1,04v, on atteint alors 108 watts seulement.

Le passage à 4 GHz se fait sans encombre à 1,09v, alors qu'il faut passer à 1,29v pour 4.5 GHz. Avec 247,2 watts la consommation est importante et on est avec 75,2°C à 15,8°C de la limite au-delà de laquelle le processeur abaisse sa fréquence (Tjmax de 91°C) pour ce test hors boitier.

Passer à 4.6 GHz nécessite encore plus de tension et la consommation grimpe de 48 watts à la prise en charge, ce qui n'en vaut pas vraiment la peine. Les 4,7 GHz n'étaient pas stables à 1,39v et nous n'avons pas essayé au-delà. Pour rappel lors de nos tests des Core i7-3960X et 3930K nous avions obtenu des fréquences respectives de 4,6 et 4,7 GHz.


Le Core i7-4960X est pour sa part bien plus économe de base avec seulement 103,2 watts sur l'ATX12V par défaut. Logiquement et malgré l'augmentation de la densité de watts à dissiper au mm² la température est en baisse à seulement 53,5°C en charge. L'undervolting est malgré tout toujours possible, et on passe à 81,6 watts avec 0,1v de moins.

A 4 GHz l'i7-4960X nécessite une tension supérieure à l'i7-3960X, et si la consommation est toujours en faveur de l'IVB-E avec 110,4 watts l'écart n'est plus que de 24,4 watts. Grosse déception, les 4,5 GHz n'ont pas pu être stabilisés, ni même les 4.4 GHz, et il a tout de même fallu alimenter le processeur en 1,39v à 4.3 GHz ! La consommation sur l'ATX12V est alors de 202,8 watts et la température de 73°C, à 22°C du Tjmax qui est désormais de 95°C.

Plusieurs tests chez nos confrères corroborent ces résultats d'overclocking décevant sur le Core i7-4960X, qui sont à l'instar de ce qu'on obtenait sur Ivy Bridge par rapport à Sandy Bridge inférieurs à ceux obtenus par les Sandy Bridge-E. Par contre et contrairement à ces derniers il semblerait qu'Intel ai conservé un joint métallique en indium, bien que nous n'ayons pas tenté de décapsuler le processeur. En effet, sur l'i7-3970X nous avons noté une augmentation de la température de 0,161°C par watts supplémentaire consommé sur l'ATX12V, contre 0,196°C sur l'i7-4960X, une hausse qui reste raisonnable étant donné la baisse de la taille du die.


Page 3 - Consommation et efficacité énergétique

Consommation et efficacité énergétique
Pour le test de consommation nous essayons d'utiliser un logiciel qui est pour toutes les architectures assez représentatif de ce que nous obtenons dans les applications en termes de performances et de consommation. Notre choix se porte actuellement sur Fritz Chess Benchmark, qui a de plus l'avantage de pouvoir facilement fixer le nombre de threads à utiliser.

Les mesures de consommation ne sont donc pas à prendre comme des valeurs maximales absolues mais plutôt typiques d'une charge lourde, puisque des logiciels spécialisés dans le stress processeur tels que Prime95 peuvent consommer environ 20% de plus. Toutes les fonctionnalités d'économie d'énergie, y compris celles des cartes mères comme l'EPU d'ASUS, sont activées pour ce test du moment qu'elles n'impactent pas négativement les performances.

Nous donnons pour rappel deux types de relevés, la première à la prise 220V via un wattmètre pour la configuration de test dans son intégralité, et la seconde sur l'ATX12V via une pince ampèremétrique. Cette mesure permet d'isoler le gros de la consommation du processeur, mais elle n'est malheureusement pas exactement comparable d'une plate-forme à une autre puisque dans certains cas une petite partie de la consommation du CPU est issue de la prise ATX 24 pins standard.

Voici les configurations utilisées :

- Intel DP67BG (LGA1155)
- Intel DZ87KL-75K (LGA1150)
- Intel DX79SI ou ASUS P9X79 (LGA2011)
- ASUS M5A99X EVO (AM3+)
- Gigabyte F2A85X-UP4 (FM2)
- 2x4 Go DDR3-1600 9-9-9
- 4x4 Go DDR3-1600 9-9-9 (LGA 2011, environ 1 watts de plus au repos et 3 en charge)
- GeForce GTX 680 + GeForce 306.97
- SSD Intel X25-M 160 Go + SSD Intel 320 120 Go
- Alimentation Corsair AX650 Gold
- Windows 7 SP1


[ Prise 220V ]  [ ATX12V ]

Comme indiqué dans la configuration de test, la configuration intègre une GTX 680 ce qui entraine environ 18 watts de plus de consommation à la prise au repos.

Nous avons testé l'i7-3970X à la fois sur l'ASUS P9X79 et l'Intel DX79SI. Comme vous pouvez le voir, avec la carte ASUS la consommation au repos est supérieur de 15 watts à la prise sans la fonction EPU et 13 watts avec. En charge maximale l'écart est de 20 watts sans EPU et 3 watts avec, toujours en faveur de la carte Intel. Si on regarde la consommation sur l'ATX12V on voit que l'EPU baisse surtout la consommation processeur, du fait de la tension inférieure de 0,05v dont nous parlions en page précédente. Sans EPU elle est sur P9X79 comparable à celle obtenue sur DX79SI, mais inférieure avec.

Trèves de bavardages, c'est ici le comportement de l'i7-4960X qui nous intéresse. La baisse de consommation au repos est notable, 5 watts de moins à la prise, mais c'est surtout celle en charge qui impressionne. En effet alors que l'i7-3970X atteignait 140,4 watts sans EPU et 124,8 watts avec, on tombe à 88,8 et 79,2 watts, une baisse de plus d'1/3 !

Passons à l'efficacité énergétique du processeur. Pour se faire il s'agit de diviser la performance obtenue sous Fritz Chess Benchmark par la consommation du CPU. Seul problème, il n'est pas possible de connaitre exactement celle-ci : la mesure sur l'ATX12V n'est pas 100% comparable d'une plate-forme à une autre, et la mesure à la prise ne permet pas complètement d'isoler tout ceci.

Nous avons donc fait le choix d'utiliser deux méthodes de calcul pour isoler la consommation de processeur :

- Consommation sur l'ATX12V
- 90% du delta de consommation à la prise entre charge et repos

Nous utilisons les 90% afin d'exclure le rendement de l'alimentation à proprement parler. Il faut noter que si la première mesure favorise les processeurs tirant une petite partie de leur énergie via la prise ATX classique, la seconde favorise ceux qui ont une consommation élevée au repos. Malheureusement aucune méthode n'est parfaite.


[ Prise 220V ]  [ ATX12V ]

Logiquement l'efficacité énergétique est en forte hausse puisqu'on se retrouve au niveau des Core i7 LGA 1155 et 1150, alors que les Core i7 LGA 2011 étaient nettement inférieurs.


Page 4 - Performances applicatives

Performances applicatives


[ Mental Ray ]  [ V-Ray ]  [ Visual Studio ]  [ MinGW/GCC ]  [ WinRAR ]  [ 7-Zip ]
[ x264 ]  [ Rovi H.264 ]  [ Lightroom ]  [ Bibble ]  [ Fritz ]  [ Houdini ]

Le protocole de test est identique à celui d'Haswell décrit ici, avec plus de précision sur chaque test dans les pages de résultats ce même dossier. La plupart des tests, en dehors de WinRAR, sont capables de tirer parti de processeurs exposants de nombreux cœurs au système.

Les gains offerts par le Core i7-4960X sur l'i7-3960X sont assez variables, parfois inférieurs à 2% (MinGW, 7-Zip, Fritz), dans d'autres cas supérieurs à 5% (Lightroom et Bibble). En dehors de WinRAR, cela permet bien sûr de conforter la première place du haut de gamme LGA 2011.

Reste que du fait de l'architecture d'écart, dans certains cas l'i7-4770K n'est pas si éloigné que ça même dans les applications qui profitent du multithreading. Malgré 50% de cœurs en plus, l'i7-4960X n'est ainsi que 8,1% plus rapide en x264 (15,5% sur la seconde passe seule), 10,7% sous V-Ray par exemple. A contrario dans quelques cas le gain est important, comme c'est le cas sous Bibble (+40%) ou 7-zip (+53,1%).


[ Standard ]  [ Par performance ]

Au final en moyenne les gains offerts par un Core i7-4960X sont de 3,4% vis-à-vis de l'i7-3970X et 22,4% face à l'i7-4770K.


Page 5 - Performances jeux 3D

Performances Jeux 3D


[ Crysis 2 ]  [ Arma II ]  [ Rise Of Flight ]  [ F1 2012 ]
[ Skyrim ]  [ TW Shogun 2 ]  [ Starcraft II ]  [ Anno 2070 ]

Le protocole de test est identique à celui d'Haswell décrit ici, avec plus de précision sur chaque test dans les pages de résultats ce même dossier.

Le support multithread est généralement moins facile dans les jeux et de fait beaucoup de titres n'exploitent pas encore pleinement les processeurs à quatre cœurs. Comme nous l'avons déjà vu dans d'autres tests, notre scène de Crysis 2 est limitée par autre chose que la puissance de calcul processeur seule et l'i7-4960X n'offre pas de gain par rapport à l'i7-3960X. Le gain reste anecdotique sous Rise Of Flight ou Skyrim (+1,5%), par contre sous Total War : Shogun 2 et Starcraft 2 c'est mieux avec 4,6% et 5,2%.

Par rapport à un Core i7-4770K les performances sont assez variables puisque sous Arma II, Rise Of Flight ou Starcraft II on observe des baisses de l'ordre de 14-15% ! En effet ici les 6 cœurs ne sont d'aucune aide et l'i7-4960X affiche donc un fort déficit de performances. Deux jeux sont au contraire plus véloces, profitant probablement plus du cache et de la bande passante mémoire que vraiment des 6 cœurs, ce sont Total War Shogun 2 et F1 2012 qui sont 5,5% et 8,5% plus rapides sur l'i7-4960X.


[ Standard ]  [ Par performance ]

En moyenne l'i7-4960X affiche un gain de 2,4% face à l'i7-3970X mais une perte de 5% par rapport à l'i7-4770K. Il se situe en au niveau d'un i5-4670K !


Page 6 - Conclusion

Conclusion
Oui, le Core i7-4960X est le processeur "grand public" le plus rapide du moment. Mais c'est malheureusement très loin d'être suffisant pour en faire un bon produit ! Si la plate-forme LGA 2011 pouvait encore faire briller les yeux des plus avides de performances et de fonctionnalités il y a 22 mois, cette évolution risque d'avoir beaucoup plus de mal à trouver son public.

Certes, le 22nm apporte des gains très importants en termes de taille de puce et de consommation, ce qui va permettre à Intel de faire des Xeon à 12 cœurs qui feront le bonheur des services informatiques. Malheureusement sur Core i7 on reste limité à 6 cœurs, et avec les apports notables mais réduits d'Ivy Bridge-E en terme d'IPC le bilan n'est que faiblement positif par rapport aux Sandy Bridge-E en terme de performances, voir négatif avec l'overclocking vu que comme sur LGA 1155 on note une propension moindre à monter en fréquence !

Pour rendre plus intéressant ces nouveaux Core i7 Intel aurait dû passer à 8 cœurs, au moins sur l'i7-4960X, mais il était délicat de vendre un Ivy Bridge-E 8 cœurs à haute fréquence à la moitié du prix de son équivalent Xeon. En l'absence d'une telle version et sachant que l'i7-4770K basé sur l'architecture Haswell plus performante n'est finalement pas si éloigné dans de nombreux cas, voir plus rapide dans des applications qui n'exploitent pas plus de 4 cœurs, les Core i7 Ivy Bridge-E n'ont qu'un intérêt limité. Le chipset X79 Express est de plus vieillissant, avec seulement 2 des 6 ports SATA qui fonctionnent à 6 Gb /s, et l'absence de gestion native de l'USB 3.0.


Les Core i7 LGA 2011 à six cœurs restent cependant les seules options pour qui a besoin d'un niveau de performance applicatif supérieur à celui offert par les Core i7 LGA 1150. C'est bien entendu l'i7-4930K, qui ne sera qu'environ 4% moins performant qu'un i7-4960X 78% plus onéreux, qu'il faudra privilégier. L'i7-4820K, un quatre cœur, n'aura d'intérêt que si vous avez avant tout besoin de 8 DIMM (pour 64 Go de DDR3) ou de 40 lignes PCI-Express gérées nativement par le processeur.

Il ne s'agit toutefois que d'un choix par défaut et on ne peut se satisfaire des maigres évolutions de ces Core i7 Ivy Bridge-E. Les Haswell-E, prévus pour fin 2014 sur un nouveau Socket LGA 2011-3, devraient être plus intéressants puisqu'ils seront disponibles en versions 6 et 8 cœurs (en espérant que les 8 cœurs ne soient pas que pour la version X !), auront la même architecture Haswell que leurs équivalent LGA 1150, géreront la DDR4-2133 sur 4 canaux et seront accompagné d'un nouveau chipset X99 Express (nom de code Wellsburg, il gérera jusqu'à 10 ports SATA 6 Gb/s et 14 ports USB dont 6 USB 3) ! En attendant, vous pouvez passer votre tour.


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