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Intel Broadwell-E : i7-6950X, 6900K et 6800K en test
Processeurs
Publié le Lundi 8 Août 2016 par Marc Prieur

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Page 1 - Broadwell-E et ce cher 14nm

Fin mai, Intel lançait officiellement ses processeurs Core i7 LGA-2011 v3 Broadwell-E. Ils succèdent aux Haswell-E (i7-5960X et consorts) lancés en août 2014 et partagent la même infrastructure - une mise à jour de bios permettant de rendre les cartes mères X99 Express compatibles. Après avoir pu obtenir des i7-6900K et 6800K dans le commerce, Intel nous ayant fournit l'onéreux i7-6950X, et avec un léger retard lié à nos congés estivaux, nous voici en mesure de vous proposer notre test !

Broadwell-E et ce cher 14nm

L'architecture évolue légèrement par rapport à Haswell-E, mais il ne s'agit que d'un "Tick", Intel lui-même n'annonce pas plus de 5% de gain à fréquence égale pour cette micro-architecture. De ce côté Skylake reste le plus véloce, mais il reste limité à 4 coeurs en LGA 1151. L'autre nouveauté se situe au niveau de la finesse de gravure qui passe de 22 à 14nm, ce qui permet à Intel d'intégrer 10 coeurs, 25 Mo de cache LLC et 3,4 milliards de transistors sur un die de 246mm² alors qu'il fallait 355,5mm² pour les 8 coeurs, 20 Mo de cache LLC et 2,6 milliards de transistors composant dans le meilleur des cas l'i7-5960X. On notera que si la hausse du nombre de coeurs et du cache est de 25%, côté transistor on est à quasi 31% de plus.


Haswell-E à gauche, Broadwell-E à droite

La surface du die est en fait proche de celle de Gulftown (248mm² en 32nm) ou Ivy Bridge-E (257mm² en 22nm). On est par contre bien loin de Haswell-E et encore plus de Sandy Bridge-E (435mm²) dont la version maximale à 8 coeurs n'était toutefois pas proposé sous la gamme i7. Au-delà des mm², il faut avoir en tête que le 14nm coûte cher : même si c'est écrasé par une échelle logarithmique, le graphique ci-dessus datant de 2015 montre que le coût au mm² augmente nettement en passant de 22nm à 14nm avec 30 à 40% de plus, contre 10% entre 32nm et 22nm ! Même si tout ceci manque de détails, si les choses n'ont pas changé cela signifierait que le prix de production de Broadwell-E est proche de Haswell-E malgré un die nettement plus petit.

Page 2 - La gamme et ce (trop) cher i7-6950X

#Les Core i7 Broadwell-E et ce (trop) cher i7-6950X

En pratique l'i7 Broadwell-E le plus haut de gamme, l'i7-6950X à 10 coeurs, est malheureusement réservé aux plus fortunés puisqu'au lieu de faire baisser d'un cran toute la gamme, l'i7-6950X est positionné à 1723$ ! Alors qu'il était initialement question de 1569$, les tarifs boites ont ensuite été communiqués et ces derniers gonflent les prix puisqu'il faut compter 22 à 154$ de plus sur BDW-E pour ces versions par rapport aux tarifs OEMs contre 7 à 60$ pour les HSW-E !

On est loin du tarif déjà fort onéreux mais désormais habituel de 1059$ (999$ en OEM) auquel était positionné l'i7-5960X ainsi que ses prédécesseurs. Les autres Broadwell-E sont également plus chers que leur prédécesseurs, ainsi les i7-6900K, 6850K et 6800K sont respectivement à 1089, 617 et 434$ alors qu'il fallait compter 1059, 594 et 396$ pour les i7-5960X, 5930K et 5820K !


[ Tarifs mis à jour (Boîte) ]  [ Tarifs initiaux (OEM) ]  

Intel profite du 14nm pour augmenter légèrement les fréquences de 100 à 200 MHz selon les versions, alors que la DDR4-2400 est officiellement supportée, même si en pratique Haswell-E allait déjà au-delà. Par contre la fréquence de l'Uncore, c'est-à-dire entre autre du contrôleur mémoire et du cache LLC, baisse de 200 MHz par rapport à Haswell-E pour atteindre 2.8 GHz. On retrouve sur l'i7-6800K le même bridage que sur l'i7-5820K, il dispose donc de 28 lignes PCIe Gen3 contre 40 pour le reste de la gamme, un nombre qui sera toutefois suffisant à moins de multiplier les GPU.

Vous noterez que le tableau ne contient pas le détail du fonctionnement du Turbo sur l'i7-6850K : Intel a décidé de ne plus communiquer cette information et n'ayant pas eu ce processeur entre les mains nous n'avons pas pu l'avoir de nous même.

Les overclockeurs sont soignés avec quelques fonctionnalités spécifiques, il est ainsi désormais possible de faire de l'overclocking par coeur mais aussi d'appliquer un offset négatif pour les charges AVX, afin par exemple d'être à 4.0 GHz sans AVX et 3.8 GHz avec. Intel reprend probablement pour un usage différent le Turbo des Xeon qui différenciait déjà le type de charge. C'est un détail mais on appréciera également une légèrement modification de l'IHS améliorant la prise entre les doigts, de quoi rassurer les 2011 pins du Socket quant elles voient le processeur en approche.



Page 3 - Turbo Boost Max 3.0 et Protocole de test

#Turbo Boost Max 3.0

Les Broadwell-E intègrent une nouvelle version du Turbo dénommée Turbo Boost Max 3.0. Si chacun des coeurs est capable d'atteindre la fréquence de Turbo Boost 2.0 pour peu qu'on se limite à en charger un ou deux en simultanés, par exemple 3.5 GHz sur l'i7-6950X, Intel a qualifié sur chaque processeur un coeur capable d'aller plus vite. Sur notre i7-6950X il s'agissait du second, capable d'atteindre 4.0 GHz, a priori la fréquence sera identique sur tous les 6950X. Les 4.0 GHz étaient également atteints sur 1 coeur du 6900K, alors que sur le 6800K nous devions nous "contenter" de 3.8 GHz.

En attendant une mise à jour des systèmes d'exploitation nécessaire à une utilisation prioritaire de ce coeur, Intel fournit pour Windows un pilote associé à un utilitaire afin d'outrepasser le scheduler de l'OS. Ce n'est pas des plus élégants à l'usage, mais ça a le mérite en sus d'éviter des pertes de performances associées à l'Hyperthreading dans certains jeux. Une solution plus simple aurait été d'avoir un Turbo Boost "classique" allant un peu plus haut (sur tous les coeurs) ce qui ne semble pas hors d'atteinte vu les résultats en overclocking. Intel pose peut-être ici les bases d'une future variabilité entre les CPUs, à l'instar de ce que fait Nvidia avec son Turbo Boost sur GeForce, ce qui n'est pas forcément réjouissant.

Sur ark.intel.com  Intel indique cette fréquence Turbo Boost Max 3.0 comme étant la fréquence Turbo maximale. Si c'est littéralement exact, vu le fonctionnement particulier de ce nouveau mode la fréquence n'est donc pas comparable aux anciennes fréquences Turbo maximales ce qui peut être trompeur. Dans le tableau page précédente nous avons donc repris la fréquence maximale en Turbo Boost 2.0.

En pratique, dans un cas idéal comme par exemple sous Fritz Benchmark limité à 1 thread, les gains sont forcément probants. Par exemple sur l'i7-6950X on passe de 2885 à 3260 points (+13%) pour une consommation qui passe de 80 à 84 watts à la prise. Sur l'i7-6900K on passe de 3043 à 3241 points (+6.5%) pour 84 watts au lieu de 82.

Dans des cas un peu plus complexes et surtout plus représentatifs de la réalité, c'est-à-dire des applications qui chargent plus de coeur, c'est une autre limonade. Ainsi dans notre suite de test applicative qui est fortement multithreadée les performances ne bougent logiquement pas. Les jeux étant en fonction des titres plus ou moins multithread, voici ce que ça donne dans le détail sur l'i7-6950X :


On rentre dans le vif du sujet avec Crysis 3 qui n'apprécie visiblement pas du tout le logiciel Intel réaffectant les thread, les performances baissent du coup fortement avec le Turbo Boost Max 3 et ce que l'Hyperthreading soit actif ou non. Sous les autres jeux on n'observe pas ce phénomène et les gains sont plus ou moins importants, mais par contre ces mesures montrent que l'Hyperthreading impacte encore bien souvent de manière négative les performances, et il semble d'ailleurs que dans bien des cas le gain lié à l'installation du logiciel Intel ne soit pas autant lié aux 4 GHz atteint parfois sur le second coeur qu'à une meilleure répartition des thread sur les coeurs d'un point de vue des performances.

A noter que ceci est directement lié au nombre de coeurs : si l'HT fait baisser en moyenne de 9,8% les performances ludiques du 6950X 10 coeurs, sur un i7-6900K 8 coeurs la baisse n'est plus que de 5,7% et sur un i7-6800K 6 coeurs on gagne au contraire 2,6%.

Protocole de test

Pour ce test nous reprenons le protocole introduit à l'occasion de la sortie de Haswell-E. Il n'y a pas vraiment eu de changements notables d'un point de vue applicatif depuis, si ce n'est de nouvelles versions de x265 qui apportent un surplus de gain important sur de nombreux processeurs, et encore plus sur les architectures les plus récentes (+31% sur Sandy Bridge contre +56-58% sur Haswell/Broadwell/Skylake par exemple).

Côté jeu ce protocole est il est vrai plus vieillissant puisque depuis l'utilisation de multiples coeurs par les jeux s'est élargie, une tendance qui devrait se poursuivre avec les optimisations offertes par Direct3D 12 ou Vulkan côté multithreading. Une refonte globale du protocole de test CPU est prévu d'ici à la fin de l'année.

Les processeurs gérant la DDR4 sont testés en DDR4-2133 13-13-13, ceux en DDR3 étant en DDR3-1600 9-9-9. C'est toujours la X99-DELUXE d'ASUS qui est utilisée pour le LGA 2011-v3, avec un bios mis à jour supportant les Broadwell-E. Sans ce dernier et c'est malheureusement habituel chez Intel, le système ne s'initialise pas ce qui pourrait poser souci si vous achetez une carte mère dotée d'un bios ancien et sans possibilité de mise à jour sans CPU.



Page 4 - Overclocking et consommation

#Overclocking

On entre dans le vif du sujet avec l'overclocking. Les processeurs sont refroidis par un Noctua NH-D14, hors boitier avec une température ambiante de 25°C. Pour chaque combinaison nous rapportons la fréquence, la tension d'alimentation du processeur (le VID), la consommation à la prise, la consommation mesurée sous l'ATX12V et la température maximale observée sur un coeur. Pour la charge nous optons pour Prime95 25.8 64 bits avec une taille de FFT fixe à 256K, qui nous permet à la fois de mesurer la consommation dans un cas de stress très important (la consommation est 30% supérieure à celle obtenue avec un logiciel plus classique) et de valider le couple fréquence/tension.

Par défaut sous Prime95 l'i7-6950X mouline à 3.1 GHz avec une consommation mesurée à 117.6W sur l'ATX12V, la tension par défaut de 0,99v aidant. On est au-dessus de la fréquence de base (3.0 GHz) mais pas au niveau de Turbo maximal permis lorsque tous les coeurs sot actifs (3.4 GHz).

Les 4 GHz sont atteints assez facilement avec une tension de 1,15v, puis les 4.2 GHz à 1,20v avec une consommation qui est toutefois quasiment doublée sur l'ATX12V. Les 4.3 GHz n'étaient par contre pas stables à 1.25v, et à 1.3v certains coeurs atteignaient leur limite de température de 100°C et abaissaient donc leur fréquence. Il faut dire que près de 280W passent alors par l'ATX12V, 90% de cette puissance arrive au sein du CPU et doit in fine être dissipée alors que la densité augmente avec le 14nm... pas facile !

Par défaut l'i7-6900K fonctionne à 3.5 GHz soit la fréquence maximale possible avec ses 8 coeurs actifs. La tension est de 1,1V et il en résulte une consommation de près de 125W sur l'ATX12V. A titre de comparaison l'i7-5960X se limitait à 3.0-3.1 GHz dans ce test pour 151W, le passage au 14nm fait donc une vraie différence. La montée en fréquence est par contre moins bonne que sur notre 6950X puisqu'il faut 1,25V pour stabiliser les 4.2 GHz, les 4.3 GHz étant là encore inatteignables.

L'i7-6800K fonctionne par défaut à 3.4 GHz, un cran en-dessous de sa fréquence maximale possible tous coeurs actifs. La consommation n'est que d'une centaine de watts à cette fréquence sous Prime95, alors que nous avions mesuré lors de sa sortie l'i7-5820K à 128W pour 3.3 GHz. La montée en fréquence est similaire à celle du 6900K : 1,25V à 4.2 GHz et instable à 4.3 GHz.

Au final nous n'avons pas pu stabiliser une fréquence supérieure à 4.2 GHz sur chacun des trois processeurs testé. Lors de la sortie des Haswell-E, nous avions obtenus des fréquences de 4.1 à 4.2 GHz, on ne note donc pas de recul en terme de fréquence lors du lancement. Depuis les Haswell-E s'étaient par contre bonifiés, avec 200 à 300 MHz de mieux. Reste à voir si ce sera également le cas de ces Broadwell-E, qui ont en attendant un léger déficit de fréquence en overclocking. La consommation est par contre en nette baisse du fait du 14nm.

Consommation et efficacité énergétique

On commence par nos mesures de consommation et d'efficacités faites sous Fritz, vous pouvez vous reporter à cette page pour plus de détails sur ce test. Malheureusement l'i7-6950X ne peut pas être intégré, Fritz ne pouvant pas lancer plus de 16 thread contre 20 nécessaires pour l'occuper à 100%.

On commence à titre informatif par les performances obtenues sous Fritz Chess Benchmark :


Rien de spécial à signaler. Les performances augmentent de 5,7% entre 5960X et 6900K, mais la fréquence est 6% supérieure dans le test. De même entre 5820K et 6800K on a un gain de 3,9% pour un gain de fréquence de 2,9% : les gains lié à la microarchitecture sont minimes.


[ ATX12V (W) ] [ 220V (W) ]

En ce qui concerne la consommation à la prise, une plate-forme en LGA 115x reste globalement notablement plus économe au repos. On peut voir sur les mesures ATX12V que ceci est dû à une consommation relativement importante au repos sur LGA-2011 v3 de ce côté, 15 watts en Haswell-E et 21 watts en Broadwell-E. En charge maximale les avantages du passage en 14nm se font sentir et l'i7-6900K 8 coeurs est quasiment au même niveau qu'un i7-5820K 6 coeurs.


[  ] [ Efficacité (Delta 220V) ]

Comme d'habitude nous utilisons deux mesures pour l'efficacité, la première 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, mais pour les plates-formes récentes il vaut mieux se concentrer sur l'efficacité ATX12V. Par rapport à Haswell-E le gain d'efficacité est bien présent, par contre on revient à un niveau qui avait déjà été permis par l'i7-4930K. On est à un niveau comparable à celui d'un i7-6700K en charge maximale, mais ce dernier conserve l'avantage en charge légère.

Page 5 - Performances applicatives

# Performances applicatives


[ Moyenne applicative ]
[ 3ds max 2015 - MR 3.12 ] [ 3ds max 2015 - Vray3 ]
[ Visual Studio 2013 ] [ MinGW-w64 - GCC 4.7.1 ]
[ WinRAR 5.10 ] [ 7-Zip 9.20 ]
[ x264 v2453 ] [ x265 v1.2+507 ]
[ Lightroom 5.5 ] [ DxO Optics Pro 9.5 ]
[ Stockfish 5 ] [ Houdini 4 Pro ]

L'i7-6950X affiche une moyenne applicative en hausse de 19,5% face à l'i7-5960X. Les plus grosses hausses sont enregistrées sous V-Ray et Stockfish, avec respectivement 35 et 29% de mieux, soit plus que la hausse du nombre de coeurs combinée à la hausse de fréquence. L'avance de l'i7-6900K sur l'i7-5960X fond à 7,5%, alors que celle de l'i7-6800K face à l'i7-5820K tombe à 4,5%.

Un gain qui provient globalement en partie de la fréquence, 6 et 2,9% supérieure en Turbo tous coeurs, et des (faibles) gains micro architecturaux de Broadwell. A noter que sous WinRAR et 7-zip les performance baissent à nombre de coeur équivalent entre Broadwell-E et Haswell-E du fait de la fréquence l'Uncore en baisse de 200 MHz.

Page 6 - Performances Jeux 3D

#Performances Jeux 3D


[ Moyenne jeux 3D ]
[ Crysis 3 ] [ Arma III ]
[ X-Plane 10 ] [ F1 2013 ]
[ Watch Dogs ] [ Total War : Rome II ]
[ Company of Heroes 2 ] [ Anno 2070 ]

Dans notre suite vidéo-ludique le gain n'est que très léger entre les Broadwell-E et les Haswell-E : 1.5% de mieux sur l'i7-6900K face à l'i7-5960X et 0,6% de mieux pour l'i7-6800K face à l'i7-5820K. Il faut dire que les jeux sont souvent plus impactés que les applications par la vitesse des cache, le gain en vitesse des coeurs (fréquence et ipc) peine ainsi à compenser les 200 MHz de moins du côté de l'uncore.

L'option la plus rapide reste de partir sur un Core i7 LGA 1151 4 coeurs disposant d'une fréquence plus élevée (qui peut certes être rattrapée en overclocking) et d'une architecture plus récente (Skylake), mais dans certains cas comme sous Crysis 3 la présence de 6 coeurs pourra être largement bénéfique et permettra aux i7-5820K et 6800K d'être plus véloces qu'un i7-6700K. Une situation qui est amenée à être plus régulière au fur et à mesure que les jeux exploiteront notamment les nouvelles API, rappelons par ailleurs que notre suite de test jeu se fait vieillissante que la gestion de plus de 4 coeurs se fait plus régulière sur les jeux plus récents.

Page 7 - Conclusion

#Conclusion

Avec l'i7-6950X, Intel propose le premier processeur 10 coeurs pour PC de bureau en gamme Core i7. De quoi prendre le large en terme de performance à condition bien entendu que le logiciel soit capable d'en tirer parti, faute de quoi on peut bien entendu s'exposer à des déceptions d'autant que les fréquences sont en contreparties contenues. Le support officiel de la DDR4-2400 ne change pour sa part pas grand-chose, puisqu'en pratique il était tout à fait possible d'aller au-delà de la limite à la DDR4-2133 sur les Haswell-E. Grâce au passage en 14nm, le tout se fait dans une enveloppe thermique qui n'évolue pas et on ne peut donc que saluer cette évolution.

Mais cet aspect technique est gâché par une grille tarifaire positionnant ce nouveau modèle Extreme Edition à 1596$ en version OEM, contre 999$ habituellement. Un tarif jamais vu depuis longtemps, digne de l'époque ou le Pentium II 300 avait été lancé à 1981$ … soit 2995$ d'aujourd'hui si on prend en compte l'inflation. Si le passage en 14nm a permis à Intel de produire un die 10 coeurs de seulement 246mm², là où le die 8 coeurs précédent faisait 355,5mm², ce gain est en grande partie annulé par la hausse du coût de production du 14nm qu'Intel tente de masquer par des graphiques à échelle logarithmique. Reste qu'on pouvait donc s'attendre à un tarif identique, et par conséquence à un 8 coeurs également qui aurait nettement glissé sous les 999$.

Il n'en est malheureusement rien, et après quasiment 2 ans Intel n'offre donc aucun gain en termes de rapport performance/prix sur la gamme LGA 2011-v3 alors que le prix de l'i7-6950X parait bien élevé par rapport au gain applicatif moyen face au 6900K (11% de gain moyen - et 20% en pointe - contre un prix 57% plus élevé). Il est bien entendu facile de pointer du doigt le manque de concurrence, mais alors qu'il a été pendant de longues années un moteur pour le marché PC Intel semble aujourd'hui se contenter de la lente baisse des ventes du PC qu'il subit pourtant de plein fouet, préférant augmenter les marges sur ce segment, quitte à licencier, plutôt que d'essayer de le redynamiser en proposant des évolutions annuelles plus significatives pour les clients ce qui motiverait plus facilement l'upgrade. Bien sûr, la question des usages nécessitant un surplus de puissance important par rapport à l'offre actuelle se pose, mais il s'agit un peu de la question de l'oeuf ou de la poule.

Cette déception vis-à-vis du positionnement tarifaire de l'i7-6950X s'étend donc à toute la gamme, certes dans une moindre mesure. Le gain de performance face à l'ancienne gamme est minime, de l'ordre de 4 à 7% en applicatif (et quasiment rien en jeu), malgré une fréquence légèrement supérieure et une nouvelle micro-architecture qui du coup n'apporte qu'un gain d'IPC très faible. Après overclocking, les fréquences atteintes étant pour l'instant plus faibles que sur Haswell-E, ces nouveaux processeurs perdent tout avantage côté performances alors qu'ils sont légèrement plus chers, de 23 à 38$, que leurs prédécesseurs. Une situation ubuesque d'autant que c'est le processeur le moins onéreux et a fortiori le plus intéressant, le 6800K, qui voit son tarif le plus augmenter face au 5820K.

Cette hausse tarifaire de quasi 10% ne suffit pas à rendre l'i7-6800K inintéressant, à 434$ le ticket d'entrée pour 6 coeurs reste raisonnable si on compare à l'i7-6700K à 327$, même si il faut bien entendu ajouter le surcoût lié à la carte mère. On a en sus droit à la DDR4 sur 4 canaux, et si certains peuvent regretter le bridage à 28 lignes PCIe Gen3 c'est plus que ce qu'offre la plate-forme LGA-1151 et suffisant sauf à vouloir faire du 3-way SLI / CrossFire.

Au-delà de l'i7-6800K, vous l'aurez compris à moins d'avoir un besoin impératif d'un niveau de puissance que seul Intel peut offrir à travers cette gamme, il nous semble nécessaire d'attendre le retour d'un minimum de concurrence plutôt que de céder aux sirènes des Core i7-6900K et 6950X. 21 mois et un process après le lancement du LGA 2011-v3, ces nouveaux processeurs ne changent donc pas la donne, que ce soit pour ceux qui comptaient passer sur ce Socket ou ceux qui voulaient simplement en profiter pour mettre à jour leur processeur… et c'est bien dommage !

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