Méthodologie de mesures

Commençons par les mesures que tout le monde attends, les CPUs. Avant de donner des chiffres, il est très important de définir clairement la procédure utilisée pour les tests. Le but de ce test est donc de mesurer la consommation du CPU sur l'alimentation du PC. Une puissance consommée s'exprime en Watts. Pour un courant continu comme celui qui alimente nos processeurs, un watt est égale à un voltampère, c'est à dire le produit de la tension par l'intensité. Pour mesurer la consommation d'un CPU en watts, nous allons donc multiplier la tension mesurée à l'intensité constatée.

• Méthodologie de mesure

• Ou mesurer ?

La première question à été "Où mesurer ?". Impossible de mesurer directement aux entrées des pins du processeurs puisque tous les câblages sont fait sur la carte mère et qu'une mesure d'intensité nécessite généralement d'être positionné en série dans le circuit à mesurer. Nous avons donc eu l'idée de mesurer l'intensité sur le connecteur ATX Auxiliaire (4 broches / +12V) qui fournit l'alimentation au VCore. Encore fallait-il s'assurer que *tout* le courant nécessaire au VCore provenait bien de ce connecteur. Après quelques tests, nous avons sélectionné plusieurs cartes comme la DFI 925-T2 qui n'utilise que l'ATX Aux pour fournir le courant au CPU. Comment en être sûr ? Premièrement en se renseignant auprès des département de R&D qui ont conçu la carte, et ensuite en confirmant leurs dires avec des mesures sur toutes les autres lignes de tension. Il s'agit de mesurer les intensités présentes sur toutes les lignes de tensions (+3.3V, +5V, +12V) qui alimentent la carte mère via le connecteur ATX classique et de vérifier que celle-ci n'augmente pas lorsqu'on passe, par exemple, le CPU de 2.4 GHz et 1.25 Volts à 3.6 GHz et 1.5 Volts). Si les intensités n'augmentent pas, tout le courant passe bien par le connecteur ATX +12V.

• Comment mesurer ?

Si la mesure de la tension réelle du connecteur ne pose pas de problème (un simple multimètre branché en parallèle suffit), c'est autre chose pour la mesure de l'intensité qui passe dans le câble. La principale façon de mesurer est de positionner un ampèremètre en série du câble, c'est à dire que cela implique de sectionner les câbles d'alimentation pour y intercaler le multimètre. Autre problème, les très fortes intensités à mesurer (réparties sur plusieurs conducteurs) sont comprises dans une plage au delà de ce que la majorité des multimètres peut mesurer avec précision.

Pour résoudre ce problème, nous avons choisi d'utiliser une pince ampère-métrique. Cet instrument de mesure vient se positionner autour du câble à mesurer et indique le courant qui passe dans le câble, sans interruption du circuit. Cependant, cet outil à principalement été conçu pour la mesure des courants alternatifs, mais des versions capables de mesurer un courant continu sont apparues il y a quelques années, même si elles restent bien plus coûteuse que les version pour courants alternatifs. Fonctionnant grâce à deux capteurs à effet Hall de haute précision, cette pince est capable d'atteindre une précision de 1.5% sur des courants continus de moins de 20 Ampères. L'idéal.

A noter que cette pince ne fait que convertir une intensité en tension et donc nécessite l'utilisation d'un multimètre de précision, voir d'un oscilloscope pour lire la valeur du courant mesuré.

• Dans quel état mesurer ?

Comme on le sait, un processeur peut fonctionner sans être tout le temps au maximum de ces possibilités. Or, nous comptons ici mesurer la dissipation maximum qu'un processeur peut déjà. Pour ce faire, nous avons besoin de connaître un moyen de charger au maximum le CPU pour qu'il consomme le plus possible. Quel test utiliser ? Ce n'est malheureusement pas si simple à déterminer que ça en a l'air. Notre premier travail a donc été de déterminer un moyen de faire consommer au CPU le plus de courant possible. Nous nous sommes donc servi de la pince ampère-métrique reliée à un analyseur de transition (sorte d'oscilloscope qui permet de mesurer des valeurs sur une période très longue (de 1 seconde à 1 heure). Voici par exemple un exemple d'une courbe obtenue lors du lancement des tests "CPU" de 3DMark 2003 :

Cette courbe en jaune retrace l'évolution de l'intensité du courant fournie au VRM pour alimenter le VCore pendant la durée du test. Ce test ainsi que tout les autres graphes de cette pages sont réalisés avec la même configuration. Il s'agit d'un Pentium 4 2.8 GHz Prescott au format LGA775 monté sur une carte mère i925X. Comme on le voit ici, au repos, le VRM consomme environ 5 Ampères sur 11.6 Volts, soit 58 Watts. En charge, lors d'un test CPU de 3DMark, on monte à environ 9 Ampères sous 11.5 Volts, soit 103 Watts. Ce qui permet de dire que le CPU, dans ce cas, consomme un peu plus de 45 Watts (80% de 58, voir plus bas) en idle et environ 82 Watts en charge. Cependant, les tests CPU de 3DMark ne sont pas ceux qui forcent le CPU a consommer le plus. Nous avons donc tenté différents benchmarks ainsi que différentes combinaisons :

Comme on le voit, SuperPI ne permet pas de faire fonctionner le CPU de manière maximum. La combinaison SuperPI + Prime95 est efficace, mais on constate que cette efficacité n'est due que à Prime95. En effet, lorsqu'on arrête SuperPI, les valeurs restent identiques avec Prime95 seul (au alentour de 9.4 A). La combinaison Prime95 CPUMark99 permet de faire monter cette valeur à 10A, ce qui représente le maximum que nous avons pu atteindre, y compris avec d'autres tests. A noter que lorsque ces deux benchmarks fonctionnent en même temps, la consommation du CPU est plus élevée que celle que l'on peut trouver dans les tests CPU de 3DMark. A titre de comparaison sur des applications "classiques", nous avons effectué le test sur différents jeux ainsi que sur le benchmark de Madonion afin de voir si il était représentatif. Voici les résultats :

Nous avons réalisés les tests avec 3DMark 2003 pour commencer. Comme on le voit, les scènes 3 et 4 semblent consommer un peu plus de puissance CPU (au sens électrique du terme) que les deux premières. Les courbes obtenues sont très comparables avec celles d'UT2003 en mode benchmarks. On voit ici que la demande en puissance CPU est plus élevée lors des tests BotMatch que lors des tests FlyBy, ce qui peut paraître logique. Comanche 4 et Quake 3 (demo nv15demo) confirme les résultats. Au final, on constate que le jeux ne parviennent pas a reproduire la demande créée par les benchmarks de type Prime95 ou CPUMark. En effet, le load moyen est ici à 9 Ampères sous 11.6 Volts alors que la combinaison des deux tests précédemment cités parviennent à 10A.

Après ces tests, nous nous sommes demandé comment Intel par exemple, testaient les capacités maximales des CPUs. Après renseignements auprès de sources russes bien connues, nous avons appris l'existence d'un logiciel "secret" d'Intel baptisé P4PowerMax. Accessible uniquement sous des conditions draconiennes de NDA, ce logiciel permet d'activer un mode spécial du processeur (probablement par MSR) lui permettant de fonctionner dans un mode maximum de chauffe et de consommation. Nous nous sommes donc procuré ce logiciel et l'avons testé sur un Pentium 4 classique afin de mesurer son efficacité. Voici les résultats :

Le premier test Prime95 avait pour but de vérifier si le mode "Torture Big FFT" était plus efficace que le mode "Torture Small FFT" utilisé par la suite. Nous voyons ici que les résultats sont identiques. Après avoir lancé Prime95, ce qui provoque une consommation de 9.4A en moyenne, nous avons lancé P4PowerMax. Le courant mesuré est instantanément monté à 10.4A de moyenne, soit 400 mA de plus (environ 5W) que la plus haute consommation que nous avons pu atteindre avec des logiciels courant. L'arrêt de Prime95 qui fonctionne en même temps ne crée d'ailleurs absolument aucune chute de courant. Ceci démontre premièrement que ce logiciel utilise bien un mode "caché" du Pentium 4, mais également que la différence de courant avec le maximum atteignable avec des softs "classique" n'est pas énorme. P4PowerMax ne fonctionnant bien sûr pas sur Athlon 64, nous pourront ainsi nous baser sur d'autres tests pour la comparaison de ces deux architectures.

• Remarques diverses

Cependant, il faut bien garder à l'idée que nous allons mesurer la puissance utilisée par l'étage d'alimentation de la carte mère et pas par le processeur en lui même. En effet, l'efficacité d'un VRM n'est pas de 100% mais on considère généralement qu'il est compris entre 78% et 80%. Ceci dit, il s'agit de mesurer la puissance requise par l'alimentation et ceci se mesure en amont du VRM. Commençons donc par les récents Pentium 4 sur Socket 775.

Suite ( Conso CPU : Le grand comparatif )