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i5-6400 à 4.5 GHz, le retour de l'oc chez Intel ?
Processeurs
Publié le Mercredi 30 Décembre 2015 par Marc Prieur

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Courant décembre plusieurs fabricants de cartes mères ont publié de manière plus ou moins officielle des bios permettant d'overclocker n'importe quel Skylake, et non uniquement les K. De quoi s'affranchir de la "taxe" overclocking du géant de Santa Clara et de retrouver ce qui a fait pendant des années l'intérêt de la chose, à savoir acquérir un processeur moyen de gamme et en tirer les performances d'un modèle haut de gamme ?

Petite histoire de l'overclocking chez Intel

Depuis plus de 20 ans, l'overclocking a pris de nombreuses formes. Sur 386, il fallait ainsi changer le quartz sur la carte mère, alors que sur 486 il était possible de changer la vitesse du bus via des jumper. Sur Pentium, on pouvait à la fois jouer sur la vitesse du bus et son coefficient multiplicateur, toujours via des jumpers, afin de jouer sur la vitesse finale de la puce.

Même si les overclocking possibles à l'époque étaient plutôt légers, généralement 10 à 20% de fréquence supplémentaire, Intel ne voyait pas d'un bon œil cet état de fait et a ainsi commencé à introduire sur le marché certains Pentium sur lesquels il n'était pas possible de changer le coefficient multiplicateur. Ce bridage n'était pas systématique, ce qui fait que par exemple certains Pentium 133 étaient bridés et d'autres non ! Avec les Pentium MMX la marge d'overclocking était en hausse notable, puisqu'il était par exemple possible de passer un Pentium MMX 166 à 225 voir 250 MHz.

Intel a continué d'étendre le blocage du coefficient multiplicateur sur les processeurs Slot One tels que les Pentium II et Celeron, mais là encore sans qu'il soit systématique. Le changement de coefficient restait toutefois possible à la baisse, ce qui combiné avec une large palette de fréquence de bus disponible laissait une bonne marge d'overclocking d'autant que les fabricants de cartes mères, à l'instar d'ABIT, permettait désormais de tout faire via le bios ce qui rendait la chose plus simple. A noter que ce fabricant a même proposé un bios pour une carte qui permettait de débrider le coefficient de certains Pentium II !

Cette période constitue un premier age d'or pour l'overclocking, avec notamment le Pentium II 300 0.25 micron et surtout l'abordable Celeron 300A qui pouvaient passer de 300 MHz (4.5x66) à 450 MHz (4.5x100) ! Un gain impressionnant qui permettait au Celeron 300A d'atteindre quasiment les performances du haut de gamme de l'époque, le Pentium II 450, pour 1/4 du prix ! D'autres processeurs ont ensuite pris la suite, comme par exemple le Celeron 600 sur Socket 370 qui pouvait atteindre aisément les 900 MHz.

Les choses n'ont ensuite pas beaucoup évoluées, avec encore des processeurs taillés pour l'oc tels que les Pentium 4 1.6A ou 1.8A qui pouvaient dépasser les 2.5 GHz, si ce n'est qu'Intel a commencé à réintroduire en 2005 sur le Pentium 4 Extreme Edition l'overclocking par le coefficient multiplicateur. Il faut dire que ce type d'overclocking est plus simple que celui par le bus puisqu'il n'impacte pas autre chose que le processeur là où le bus peut augmenter en cascade d'autres fréquences et parfois poser des problèmes sans ajustements supplémentaires. Mais pour avoir cette possibilité, il fallait donc désormais passer à la caisse. Les Core 2 E4300 et le Core 2 Q6600 lancés débuts 2007 se révélaient malgré tout être de nouvelles stars de l'oc, après les baisses de prix de ce dernier, passant facilement de leur fréquence de base (1.8 et 2.4 GHz) à plus ou moins 3.4 GHz, ce qui permettait là encore d'avoir les performances du très haut de gamme pour une fraction du prix.

C'est en 2011 qu'Intel siffla la fin de la récréation avec les Sandy Bridge LGA 1155. Sur cette plate-forme l'overclocking par le bus est impossible au-delà de quelques %. Il ne restait donc plus que la possibilité de jouer sur le multiplicateur, chose très limitée sur les processeurs classiques (4 crans au-delà du coefficient Turbo maximal). Seuls les processeurs "K" disposent d'un coefficient libre en montée, mais d'une part il faut payer un surcoût face au modèle classique de l'ordre de 20-30 € et d'autre part seules les versions haut de gamme avec une fréquence déjà élevée, et donc moins de marge à la hausse, disposent d'un équivalent K. De plus afin de contenter les fabricants de cartes mères ainsi que sa marge côté chipset, Intel a bridé cette fonctionnalité pour qu'elle ne soit possible que sur les chipsets les plus haut de gamme (P67 puis Z68) alors que cela n'a techniquement aucun rapport. De quoi limiter fortement l'intérêt de la chose !

En 2013 avec les Haswell LGA 1150, les modèles non-K étaient encore plus bridés (plus de possibilité d'aller au-delà du coefficient Turbo maximal) alors qu'Intel réintroduisait un semblant d'overclocking par le bus comme c'était le cas sur sa plate-forme LGA 2011… tout en limitant cette possibilité aux processeurs K ce qui la rend inutile. Avec des gains dans la fourchette des 10-20%, des tarifs élevés pour les processeurs overclockables et des fabricants de cartes mères qui essaient de nous vendre à coup de sponsoring de record d’overclocking extreme inutilisables au quotidien des cartes mères de plus en plus onéreuses, on est bien loin de l’esprit des débuts...

Intel a réintroduit une possibilité d'overclocking par le bus complète sur la plate-forme LGA 1151 introduite cet été : la fréquence du PCIe est complètement découplée, et l'augmentation du bus (BCLK) est plus libre, à condition de faire attention à ajuster notamment le ratio DDR afin que la fréquence mémoire ne s'envole pas. Seul problème, là encore, Intel limite en théorie cette possibilité aux processeurs K qui proposent également un overclocking par le coefficient multiplicateur… pourquoi donc s'embêter à agir sur le bus ?

Le retour de l'oc par le bus pour tous ?

Début décembre toutefois, un overclockeur du nom de Dhenzjhen collaborant avec SuperMicro a pu overclocker par le bus un Core i3-6320 sur une C7H170-M de la marque, sans même faire appel à un Z170 donc. Quasiment tous les fabricants se sont depuis engouffrés dans la brèche et proposent des bios beta permettant d'overclocker par le bus les processeurs "non-K", tout en se limitant par contre aux cartes mères Z170. Les politiques de distribution ne sont toutefois pas les mêmes, ainsi si ASRock communique officiellement sur le sujet sur son site et propose les bios dans sa section beta, ASUS ou MSI ne proposent ces bios que par des canaux non officiels.

Qu'est-ce que cela donne en pratique ? Pour en savoir plus nous avons tenté la chose sur une carte mère ASUS Z170-A et un Core i5-6400, l'i5 le moins cher de la gamme Skylake (182$ au tarif officiel Intel contre 242$ pour un i5-6600K). Avant toute chose il faut savoir qu'avec le bios débloquant l'overclocking par le bus, de nombreuses fonctions du processeur ne sont plus disponibles :

- iGPU
- C-States
- SpeedStep
- Turbo

Il faut ajouter à cela que la lecture de la température processeur est incorrecte, et que les performances en AVX sont basses. Avant de revenir sur ces problématiques, intéressons-nous au cœur de cet article à savoir l'overclocking. Oui, ça marche et plutôt bien puisque nous avons pu atteindre une fréquence de 4.5 GHz à 1.34v sur l'i5-6400, soit 67% de mieux que sa fréquence de base (2.7 GHz) ou que sa fréquence en Turbo sur 4 cœurs (3.1 GHz). Comme d'habitude il s'agit ici d'overclocking validé sous Prime95, le processeur étant refroidit par un Noctua NHU-12P SE2.

Pour ce faire il nous a simplement fallu indiquer une fréquence de 167 MHz pour la BCLK, ajuster le ratio DRAM pour ne pas passer de la DDR4-2133 à DDR4-3562 mais rester à un plus raisonnable DDR4-2226, et demander une tension de 1.35V correspondant à 1.34V en pratique. A noter qu'il vaut mieux ne pas laisser le réglage de la tension processeur en automatique, car lors de notre premier essai à 4 GHz en BCLK 148 MHz le bios ASUS n'y allait pas par 4 chemins avec une tension de 1.48v pour le processeur, ce qui est pour le moins dangereux !

A 4.5 GHz, la consommation mesurée sur l'ATX12V est triplée par rapport à celle mesurée à 2.7 GHz mais elle reste très raisonnable avec seulement 76,8 watts alors que celle par défaut est à 25,2 watts. On est en fait au niveau de la consommation des applications classiques, alors que normalement via l'AVX2 Prime95 consomme bien plus… ce qui est le cas avec le bios par défaut puisqu'on atteint 54 watts avec Turbo et 40 watts sans.

Pour mesurer les performances en AVX2 nous avons utilisé le benchmark Intel LINPACK et le résultat est sans appel puisqu'à 2.7 GHz le Core i5-6400 passe de 157 GFlops avec un bios classique à 37.5 GFlops avec le bios "OC". L'overclocking à 4.5 GHz ne permet bien entendu pas de rattraper ce gouffre avec 62 GFlops. Sur Skylake comme l'a indiqué Agner Fog récemment les unités 256 bits sont de base configurées en 128 bits et ne passent pour des raisons d'économie d'énergie en 256 bits que lorsque c'est nécessaire, ce qui nécessite normalement un délai très court (14µs). Dans l'intervalle les instructions 256 bits sont exécutées en 2 passes ce qui entraîne des performances 4-5x moindre en attendant. Il semble donc qu'avec le bios "OC" les unités restent bloquées en 128 bits ce qui explique la consommation et les performances moindre.

[ Fritz ] [ Arma III ] [ LINPACK ] [ x265 ] [ ATX12V repos ] [ ATX12V Fritz ] [ ATX12V Prime95 ]

Bien entendu l'AVX2 n'est pas utile dans tous les cas de figure, loin de là, et Intel ne l'inclut d'ailleurs toujours pas sur sa gamme Pentium qui ne souffrira donc pas de ce phénomène. Ainsi les performances dans de nombreuses applications ne sont pas impactées, on aura alors comme nous le mesurons sous Fritz Benchmark un processeur des plus véloces. On obtient ainsi 13845 points, à comparer aux 11484 d'un i5-6600K ou aux 16239 d'un i7-6700K (à leurs fréquences par défaut cette-fois). Sous Arma III on est à 41,5 fps, contre 32,6 fps pour un i5-6600K ou 36,2 fps pour un i7-6700K. Mais pour s'éloigner de LINPACK au profit d'un cas plus pratique, x265 ici utilisé en version 1.7 en souffre beaucoup puisqu'à 2.7 GHz on passe de 5,11 à 2,83 fps... au lieu de 6,81 fps sur un i5-6600K et 9,18 fps sur un i7-6700K !

En limitant x265 à l'utilisation de l'AVX premier du nom, on peut voir que les performances redeviennent équivalentes avec le bios classique ou le bios OC sur l'i5-6400. La désactivation de l'AVX2 est donc salutaire et permettra après overclocking de largement rattraper son absence, le gain lié à ce jeu d'instruction étant de l'ordre de 20%. Comme nous l'avons vu précédemment il ne s'agit toutefois pas de la seule limitation puisque l'iGPU n'est plus fonctionnel, de même que certaines fonctions d'économie d'énergie. Hors overclocking l'absence de ces fonctions est assez limitée, à la prise on note un surplus de 4 watts au repos. A 4.5 GHz, au repos il faut par contre encore ajouter 14 watts supplémentaires.

En bref

Alors, le "vrai" overclocking est-il de retour au travers de ces bios ? Oui et non. Si beaucoup pourront faire l'impasse sur l'iGPU ou la hausse de consommation au repos, l'impact sur l'AVX2 est important ce qui bridera les performances lorsqu'il est utilisé même si c'est loin d'être systématique... il n'y aura par exemple aucun impact dans les jeux. Lorsqu'il est utilisé, ce qui est le cas pour x265 par exemple, il sera nécessaire de le désactiver mais tous les logiciels ne proposent pas cette option.

Reste que si on ajoute à ceci l'incertitude quant à la pérennité de cet overclocking, ne serait-ce que du côté des mises à jour des bios, les contraintes commencent à être nombreuses. Au-delà de quelques aventureux, ce n'est donc pas aujourd'hui que la segmentation d'Intel va vraiment être mise à mal… et c'est bien dommage !