Intel Alder Lake, une puce taillée pour Windows 11

Le prochain microprocesseur pour PC d'Intel, Alder Lake, marque un changement radical pour la firme. Sa seconde puce hybride Core combine des cœurs performance et basse consommation pour offrir soit des performances, soit une plus grande autonomie de batterie. Selon le fondeur, Alder Lake est attendu “plus tard cet automne", très probablement comme une puce Core de 12e génération. Intel fabriquera trois versions d'Alder Lake - une pour les ordinateurs de bureau et deux autres pour les PC portables - avec jusqu'à 16 cœurs et 24 threads. Alder Lake marquera également l'introduction par Intel du support de PCI Express 5 et de la mémoire DDR5, ont déclaré les dirigeants lors de l'architecture day d’Intel.

Il est intéressant de noter que le fondeur a conçu en collaboration avec Microsoft un planificateur de threads spécial (Thead Director), destiné à Windows 11, qui optimisera les performances du système d’exploitation. Les ordinateurs de bureau et les PC portables équipés d'Alder Lake devraient combiner des performances plus élevées là où elles sont nécessaires et offrir une plus grande autonomie, car Intel continue de s'améliorer dans l'attribution du meilleur cœur de processeur à la bonne tâche. L'entreprise affirme que son cœur de performance devrait offrir des performances supérieures de 19 % à celles de la 11e génération de ses puces pour PC de bureau actuelle (Rocket Lake). Conclusion ? Il est probablement juste de dire qu'une refonte majeure du PC Intel Core est en préparation pour cet automne.

L'hyperthreading, un élément de base de la plupart des microprocesseurs modernes pour PC, n'est disponible que sur les cœurs de performance d’Alder Lake.

Qu'est-ce que Alder Lake ?

Alder Lake, l'architecture Core de nouvelle génération d'Intel, sera commercialisée cet automne, dans des PC de bureau et des portables. Intel proposera un processeur de bureau socké à deux puces, ainsi que deux déclinaisons mobiles : l’une pour les PC grand public et l’autre pour les ultrabook et les tablettes. Ils sont tous construits sur le procédé de fabrication Intel 7, avec des puces 9 watts pour les tablettes jusqu’aux versions 125 watts pour les PC tour. Les configurations Alder Lake ressembleront à celles décrites ci-dessous. Intel utilise le terme "P-Cores" pour décrire les cœurs performance, et "E-Cores" pour décrire les basse consommation.

Ordinateur de bureau : 8 cœurs performance, 8 cœurs basse consommation

PC portable : 6 cœurs performance, 8 cœurs basse consommation

Ultramobile : 2 cœurs performance, 8 cœurs basse consommation

Lorsqu'Intel a dévoilé Alder Lake en août dernier, nous savions déjà qu'il ne s'agirait pas d'un processeur Intel traditionnel. Il contient deux types de cœurs de traitement : un cœur de "performance" qui sera activé pour des applications comme les jeux, et un cœur dit d’efficacité - de type basse consommation énergétique - utilisé pour les tâches de fond, comme la synchronisation des e-mails.

ARM utilise cette approche hybride depuis de nombreuses années, tout comme le processeur de niche Intel Lakefield. Aucun des deux n’excelle en termes de performances sur des PC. Raja Koduri, vice-président senior du groupe AXG d'Intel, a cherché à différencier Alder Lake en le qualifiant d'hybride de performance" - pensez à la Ferrari SF90 Stradale plutôt qu'à la Toyota Prius. Alder Lake n'exploite bien sûr pas de cœurs ARM. Les cœurs performance utilisent le design traditionnel des processeurs Cove d'Intel, et les cœurs d'efficacité utilisent la conception Atom.

Les puces Alder Lake d'Intel seront fabriquées pour trois catégories différentes de PC.

La Journée de l'architecture Intel était destinée aux passionnés de puces. Nous nous attendons à ce qu'Intel Innovation, un salon que le fournisseur organisera le 27 octobre en remplacement du vénérable Intel Developer Forum (IDF), réponde aux questions auxquelles les acheteurs de puces voudront répondre : la vitesse de fonctionnement d'Alder Lake, la marque et les numéros de modèle, et le prix de ces puces.

Des changements majeurs pour les PC Alder Lake

Nous connaissons déjà les changements majeurs qui affecteront la façon dont les PC Alder Lake seront produits, en particulier par les constructeurs de PC mineurs. Tout d'abord, le processeur de bureau d'Alder Lake utilisera un socket LGA1700, un secret de polichinelle qui est apparu au fur et à mesure que les fabricants de cartes mères et de refroidisseurs de puces concevaient leurs produits en fonction de cette puce. Le plus grand socket LGA1700 remplace le standard LGA775 utilisé depuis plus d'une décennie dans le monde PC.

Alder Lake utilise également une interface de mémoire physique hybride qui prend en charge quatre types de mémoire différents : DDR4-3200, LPDDR4x-4266, et aussi la technologie DDR5 et ses modules DDR5-4800 et LPDDR5x. Développée depuis 2017, la DDR5 a pris un peu de retard, mais elle est finalement arrivée. Arik Gihon, l'architecte en chef d'Alder Lake chez Intel, a déclaré aux participants de l’architecture day qu’Alder Lake sera capable d'augmenter ou de diminuer la vitesse de la mémoire, pour économiser de l'énergie, en réponse à une analyse heuristique en temps réel du travail effectué. Avec Alder Lake, Intel propose d'opter pour une mémoire DDR5, plus chaude et plus chère, mais il sera également possible d’utiliser la DDR4.

Tout comme le moteur d’une voiture est en réalité un ensemble de pièces individuelles, les "puces" d'Intel sont en train de devenir un ensemble de blocs logiques individuels assemblés de diverses manières. Arik Gihon les a qualifiés de "blocs de construction" et a montré certaines différences inattendues entre les puces de bureau et les versions mobiles. Dans le diagramme ci-dessous, par exemple, vous pouvez voir que la puce Alder Lake pour ordinateur de bureau n'a pas de capacités Thunderbolt et a un plus petit nombre de cœurs graphiques intégrés que les modèles mobiles.

Selon Daniel Rogers, chef de produit d'Alder Lake chez Intel, la présence de moins d’unités graphiques UE Xe (32, contre 96) sur le processeur de bureau suppose le recours à une carte graphique PCI. À noter que Alder Lake prend en charge jusqu'à quatre ports Thunderbolt 4 ainsi que le WiFi 6E.

Enfin, Alder Lake d'Intel comprendra le premier support de l’interface PCI Express 5, annoncée en 2019. PCIe Gen 5 prend en charge jusqu'à deux fois la bande passante de PCIe 4, soit 64 Go/s sur 16 voies. Cela, bien sûr, sera probablement englouti par les cartes graphiques et les SSD NVMe. Un premier aperçu du chipset Alder Lake montre qu'il offre une connexion x16 PCIe Gen 5 pour les cartes graphiques et une connexion x4 PCIe Gen 4 pour les SSD.

Les performances globales d'Alder Lake restent une question ouverte. Rappelez-vous que la première tentative d'Intel pour une architecture de processeur hybride, Lakefield, a été suivie de rapports faisant état de performances médiocres. Nous avons cependant un premier aperçu des performances du cœur de performance d'Intel.

Le cœur performance d'Intel

Le noyau performance ou P-Core d'Intel est essentiellement l'héritage de ses puces Core, reporté dans Alder Lake. Nous faisons souvent référence aux microprocesseurs d'Intel par leurs noms de code - Skylake, Rocket Lake - mais le fondeur a également ses propres noms de code internes pour ses cœurs de processeur comme le peu utilisé Sunny Cove, par exemple. Officiellement, avec Alder Lake, il s'agit de Golden Cove, mais vous verrez qu'il est simplement désigné comme un cœur de performance. Mais, selon M. Koduri d'Intel, il s'agit du cœur conçu pour le calcul intensif.

Selon Yadi Goaz, directeur de l'architecture des processeurs Intel Core, le cœur de performance a été conçu pour améliorer les performances générales des processeurs monofilaires, mais aussi pour anticiper les besoins des traitements IA et d'autres fonctions dans les ordinateurs portables, les PC de bureau et les serveurs. Intel a résolu ce dernier problème avec un coprocesseur de moteur matriciel d'IA. Il dispose également d'un contrôleur pour la gestion de l'énergie.

Un aperçu du cœur de performance d'Intel au sein d'Alder Lake.

Bien que M. Goaz ait approfondi les subtilités de la conception, il y a quelques grandes lignes à retenir : le P-Core est essentiellement plus large et plus long qu'auparavant, avec la capacité d'effectuer une meilleure prédiction de branchement pour les applications avec beaucoup de code. Les caches de la puce ont été améliorés pour mieux gérer les pertes de données. Le cœur de performance intègre également un microcontrôleur qui peut examiner les besoins des applications en une microseconde, voire plus rapidement qu'en une milliseconde. "Il en résulte une fréquence moyenne plus élevée pour toute application donnée", a-t-il déclaré. M. Goaza déclaré que le cœur de performance Golden Cove d'Alder Lake offrira une amélioration de 19 % par rapport au cœur Cypress Cove que l'on trouve dans les Rocket Lake, sur la base d'une variété de benchmarks du marché : Spec CPU 2017, Sysmark 25, PCMark 10, etc. Cette comparaison est basée sur l'exécution des deux puces à la même fréquence (3,3 GHz). "Ce niveau d'amélioration est encore plus important que ce que nous avons livré avec le cœur Sunny Cove par rapport au cœur Skylake", a déclaré M.Goaz.

C'est ainsi qu'Intel considère les performances de son cœur de performance dans Alder Lake.

Pour accélérer certaines applications, Intel a développé un ensemble de nouvelles extensions d'instructions, appelées Advanced Matrix Extensions, ou AMX. AMX a été conçu pour l'apprentissage automatique et l'intelligence artificielle, deux domaines qui sont devenus des arguments de vente pour le matériel destiné aux centres de données.

Pourquoi développer des puces Alder Lake de bureau avec des cœurs d'efficacité ? Vous avez tout à fait raison : la durée de vie de la batterie n'a pas d'importance pour les ordinateurs de bureau ", a déclaré Stephen Robinson, architecte de processeurs et membre d'Intel. "En revanche, les caractéristiques thermiques le sont. Les ventilateurs, la puissance de refroidissement - à un certain point, vous avez une limite." C'est pourquoi Intel a conçu ses cœurs basse consommation.

Le cœur basse consommation d'Intel

La première chose que vous devez savoir sur le coeur basse consommation d'Intel est que... eh bien, c'est aussi un noyau performance, en quelque sorte. Anciennement appelé Gracemont, le coeur basse consommation d'Intel est essentiellement une puce Atom de quatrième génération qui ne possède pas les capacités d'hyperthreading du coeur performance d'Intel. "Notre objectif premier était de construire le cœur x86 le plus efficace au monde, tout en fournissant plus d'instructions par horloge que l'architecture la plus prolifique d'Intel à ce jour", a déclaré M. Robinson.

Un aperçu du cœur basse consommation d'Intel dans sa puce Alder Lake.

Cette architecture était la puce Intel Skylake de sixième génération, et le cœur basse consommation d'Alder Lake la dépasse apparemment en tous points. Quatre des E-Cores (également fabriqués selon le processus Intel 7) occupent l'espace d'un seul cœur Skylake. L'E-Core offre également des performances supérieures de 40 % à celles de Skylake. Si vous mettez quatre E-Cores contre un système double Skylake utilisant quatre threads, vous obtiendrez tout de même 80 % de performances supplémentaires avec moins de puissance, a déclaré M. Robinson. "Nous dépassons les performances de Skylake Core en consommant moins d'énergie dans un encombrement réduit", a-t-il ajouté.

Thread Director : le chef d'orchestre

Le Thread Director d'Intel est un planificateur de threads, une sorte d'agent de circulation dans le système d'exploitation, qui veille à ce que les opérations hautement prioritaires soient traitées en premier et à ce qu'un microprocesseur ne soit pas privé de données. Maintenant, avec Alder Lake, la question devient : Quelle tâche passe en premier, et sur quel type de cœur de processeur doit-elle s'exécuter ? C'est le travail du Thread Director, un planificateur développé par Intel et spécialement conçu pour Windows 11. Jusqu'à présent, les applications fonctionnant au premier plan (comme le navigateur Web que vous utilisez pour lire cet article) se voyaient attribuer la plus haute priorité. Thread Director va plus loin : il analyse les besoins en performances de chaque thread, les affecte au bon type de cœur, puis les réaffecte à la volée si de nouveaux threads apparaissent. Rajshree Chabukswar, l'ingénieure principale d'Intel en charge de cet effort, a déclaré que Thread Director gérera les tâches courantes des consommateurs comme les jeux, les jeux et le streaming, les applications de productivité, etc. Comme Intel Thread Director s'exécute au niveau du matériel, et non dans le logiciel, les développeurs n'auront pas à essayer d'attribuer ces priorités eux-mêmes.

Comme lors de chaque présentation de puces, Intel insiste sur la hausse des performances. (Crédit Intel)

Intel Thread Director peut réaffecter dynamiquement les threads entre les cœurs de performance et d'efficacité disponibles. Ici, vous voyez certaines tâches à haute priorité (vert foncé) s'exécuter sur les cœurs efficaces, et certaines tâches à priorité moyenne s'exécuter sur les cœurs de performance. C'est au Thread Director de les réaffecter.

Certaines questions restent toutefois sans réponse immédiate. D'abord, il y a le timing : Selon Mme Chabukswar, la prise en charge de Thread Director sera intégrée à la "prochaine version de Windows 11", ce qui implique que l'OS devrait prendre en charge Alder Lake dès son lancement. Mais on ne sait pas encore si Windows 10 bénéficiera de la même prise en charge. Mme Chabukswar a déclaré qu'il y a encore des "avantages hybrides" avec Windows 10, mais il a ajouté que Windows 11 offrira la possibilité de déplacer dynamiquement les threads entre les cœurs de performance et d'efficacité. Il semble que Windows 10 ne dispose pas de cette capacité, ce qui rend la combinaison de Windows 11 et d'Alder Lake encore plus efficace et pourrait accélérer l’adoption du prochain OS de MS.

"L'ordonnancement des threads et d'autres choses sont pris en charge dans Windows 10", a déclaré Mme Chabukswar. "Windows 11 le fait passer au niveau supérieur". La dirigeante a également laissé entendre qu’Alder Lake fonctionnera différemment sous Windows 10 et Windows 11, mais cela pourrait ne pas être aussi simple que des scores de performance plus élevés. Au lieu de cela, elle a déclaré qu'un système Windows 11 avec Thread Director activé pourrait être plus efficace en faisant rebondir les tâches entre les cœurs de performance et d'efficacité. Les résultats peuvent être difficiles à quantifier : Avec des tâches peu prioritaires confiées aux cœurs E, les performances s'amélioreront-elles à mesure que les cœurs P seront libérés ? Ou l'autonomie de la batterie sera-t-elle plus longue ? Tout cela peut nécessiter quelques tests.

Cette semaine, Intel n'a rien dit sur Meteor Lake, le successeur éventuel d'Alder Lake. Il a cependant clôturé son Architecture Day par un message de son CEO Pat Gelsinger, rappelant à tous de se rendre à l’Intel Innovation fin octobre. S'agirait-il d'une fête de lancement pour les ordinateurs portables Alder Lake ? Nous l'espérons.