Intel Core i7 "Nehalem"
Consommation & Overclocking

Il est maintenant temps de tester deux fonctionnalités essentielles pour certains d’entre vous : la consommation électrique et les capacités d’overclocking de ces nouveaux Core i7. Commençons par la consommation électrique. Comme vous le savez déjà, celle-ci est directement proportionnelle à la dissipation thermique du processeur : plus il consomme de courant, plus il chauffe.  Avec Nehalem, Intel a cherché à optimiser (encore une fois !) les trois modes de fonctionnement les plus courants : processeur au repos (idle), processeur en charge sur un seul cœur (application monothread) et processeur en charge sur tous les cœurs (application multithread). Dans le premier cas, nous avons vu que les Core i7 disposent pour la première fois de la capacité de mettre entièrement offline un ou plusieurs cœurs, de manière totale et indépendante.  Une fonctionnalité qui servira aussi à adapter au plus juste la consommation électrique dans les autres cas.

Nous avons donc tenté de mesurer la consommation du CPU dans ces différents modes. Toutefois, contrairement aux autres CPU qui s’alimentent uniquement par le rail +12V_AUX de la carte mère (il suffit alors de connecter un ampèremètre sur les câbles), les Core i7 utilisent une alimentation beaucoup plus complexe. Voici le schéma de distribution des tensions sur ce processeur :

 

 

Les cores sont alimentés par la ligne VCCP, issue du rail +12V_AUX, comme c’est le cas en règle générale. Toutefois, ce n’est pas tout. En effet, l’Uncore (Cache L3, PCU, …etc.) est lui, alimenté par une ligne différente nommée VTT et issue du rail +3.3V, tout comme les signaux d’horloges PLL. Enfin, la mémoire est, elle, alimentée par l’intermédiaire du CPU par la ligne VCCDDQ provenant du rail +5V de l’alimentation ! Nehalem se fournit donc en courant un peu partout, bien que la majorité de l’énergie consommée reste le +12V_AUX des cœurs. Lors des mesures, il nous a donc fallu prendre en compte tous ces points, ainsi que les pertes au niveau des régulateurs à découpage présents sur chacun des rails. Après une bonne partie de jambe en l’air avec des sondes de courants et autres oscilloscopes, voici les résultats :

 

 

Plusieurs observations très intéressantes :

• En idle, les cœurs ne consomment pas plus de 3 Watts, ce qui, avec la consommation de l’Uncore, maintient le tout sous les 10 Watts, soit trois fois mois qu’un Core 2 Quad cadencé à la même fréquence. Ce gain est absolument remarquable puisqu’un Core i7 avec un core utilisé au maximum consomme presque autant qu’un Core 2 Quad en idle !
• Avec l’HyperThreading actif, un core consomme presque 20% plus d’énergie que sans. Toutefois, cette différence s’estompe au fur et à mesure que plus de cœurs sont utilisés.
• A pleine charge, le PCU limite le TDP total du processeur à exactement 130 Watts, la valeur nominale par défaut. Avec une telle charge, la dissipation thermique est élevée puisque le ventirad standard dépasse les 50°C.
• Sur Nehalem, un cœur seul  consomme plus lorsqu’il est le seul à être utilisé que quand ils sont tous utilisés. L’explication vient dans une fonctionnalité que nous allons expliquer maintenant : le Turbo Mode.

 

En fait le fonctionnement est simple : lorsque le processeur est EN DESSOUS de son TDP (donc de sa dissipation thermique maximum), le PCU provoque automatique une modification de +1 du multiplicateur du processeur lorsque 4 cœurs sont actifs et même de +2 lorsque seul la moitié des cœurs fonctionnent (les autres étant alors non-alimentés). Prenons un exemple sur un Core i7 920. Par défaut, celui-ci est cadencé à 2.66 GHz, soit 20 x 133. Lançons une application qui charge tous les cœurs, mais pas au maximum de leurs capacités. Le PCU va le détecter et augmenter le coefficient multiplicateur à 21 au lieu de 20. Le processeur fonctionnera donc à 2.80 GHz tant que le TDP du processeur (130 Watts) ne sera pas dépassé.

Prenons le même exemple, mais avec seulement deux cœurs de monopolisés par une application. Dans ce cas, le PCU augmentera le coefficient encore d’un point pour arriver à 22, soit 2.93 GHz ! Ceci, encore une fois, dans le respect des limites du TDP.  Cette fonctionnalité permettra ainsi d’auto-overclocker le processeur en Hardware pour offrir de meilleures performances sur des applications n’utilisant qu’un seul thread. C’est pour cette raison qu’un cœur utilisé seul est cadencé à une fréquence plus importante (et donc consomme plus) que lorsque le même cœur est utilisé conjointement avec ses petits camarades.

En gardant en tête les spécificités du Turbo Mode à la sauce Nehalem, terminons par l'overclocking.

 

• Overclocking

Inutile de tourner autour du pot pour vous assener l’effroyable vérité : l’overclocking sur Core i7 est un véritable supplice. Oh, certes, pour surcadencer légèrement le processeur, ce n’est pas compliqué, il suffit de pousser un peu le FSB et tout ce passera bien. Pour un overclocking plus poussé par contre, l’histoire tourne vite au cauchemar. En ce remémorant les pages précédentes, on se souvient que le PCU contrôle absolument tout et qu’aucun des paramètres (fréquence, tensions, VID, ...etc) fourni par la carte mère n’arrive directement au processeur. Ainsi, votre overclocking sera au bon vouloir du PCU qui décidera – ou pas ! –  d’appliquer les paramètres qu’il reçoit.

Overclockez un peu trop et, bien que tout semble correct, les résultats des tests ne seront pas à la hauteur : le PCU aura réduit arbitrairement la fréquence de l’Uncore sous prétexte de TDP dépassé, vous laissant avec un cache L3 et un contrôleur mémoire fortement bridés. De nombreux sites d’overclocking extrême ont déjà poussés les Core i7 a des fréquences de 4.5, voir 4.7 GHz. Pourtant, a ces fréquences, les cœurs sont tous en throttle au maximum, avec un Uncore fonctionnant au tiers de sa vitesse originale. Les fréquences obtenues ne sont donc que fictives. Et ce n’est pas tout : les limitations imposées par le PCU sont encore très laxistes puisque celui-ci est d’ores et déjà capable de réguler la fréquence de base à 2% prés, ce qui, pour le coup, supprimerait purement et simplement toute possibilité d’overclocking. Pour l’instant, Intel n’a pas encore activé cette fonctionnalité.

Outre la fréquence de base, les Core i7 Extreme offrent une autre possibilité d’overclocking : la configuration du Turbo Mode. En effet, contrairement aux Core i7 basiques qui sont bridés à coef + 2, les versions Extrême permettent de configurer librement le coefficient maximum en Turbo Mode. Toutefois, ne perdez pas de vue que c’est toujours le PCU qui décide du passage du classique au Turbo Mode, et pas l’utilisateur. Enfin, contrairement aux autres processeurs XE, le coefficient de base (hors Turbo Mode) est cette fois bloqué en montée ! Tout ceci semble donc bien faire partie d’une volonté d’Intel de restreindre l’overclocking.

Bref, trêve de blabla, voyons ou nous avons pu pousser notre Core i7 920 et notre Core i7 Extreme 965.

 

Core i7 965 3.2 GHz @ 4.0 GHz

Core i7 920 2.66 GHz @ 3.5 GHz

 

Dans tous les cas, nous avons DESACTIVE le Turbo Mode car, une fois activé, il est certes possible d’obtenir de jolis screenshots à 4 GHz avec un Core i7 920, mais cette fréquence ne concerne QUE le premier cœur et s’effondre à la moindre charge. Même chose pour le Core i7 965. De toute façon, les overclockers désactiveront cette fonctionnalité afin de ne pas se faire berner par le PCU. Bref, avec le Core i7 920, nous avons réussi à obtenir un joli 3.5 GHz, ce qui n’a toutefois pas été sans peine tant les paramètres sont nombreux sur l’Asus P6T qui nous a servi pour ces tests. Une fréquence de 3.2 GHz est toutefois accessible sans trop d’effort, ce qui reste assez correct. Pour le Core i7 965, nous sommes parvenus au palier des 4 GHz  après plus de 2 jours d’essais divers.  

A noter toutefois qu’à cette fréquence, la plupart des tensions étaient bien au dessus des maximums spécifiés par Intel et que nous ne connaissons pas l’effet d’une telle hausse de tension sur la durée de vie du CPU. Quoi qu’il en soit, malgré une architecture qui se prête plutôt mal à l’overclocking, les résultats obtenus sont suffisant pour laisser une bonne marge de manœuvre aux power-users… dans la limite, bien sûr, de ce que le PCU leurs laissera faire !