Test Intel Core I9 12900K : le nouveau King ?

Ce jour, nous allons tester le plus musclé des processeurs Intel de 12ème génération qui se destine aux ordinateurs de bureau. Il s’agit de l’Intel Core i9 12900k à 16 cœurs annoncé avec un prix MSRP de 589 dollars.

Intel vient de rendre disponible sa 12ème génération Core. Une génération qui amène de profonds changements sur plusieurs niveaux. Après une 11ème génération qui apportait peu de changements, Intel propose une vraie révolution. Le géant bleu se devait de redresser la barre face aux Ryzen 5000 de son principal concurrent, AMD. Pour y parvenir, Intel s’est donné les moyens d’y parvenir. Il apporte avec cette 12ème génération Core des changements qui sont innovants, pour certains points, et qui rattrapent le retard, voir dépassent, ses concurrents sur d’autres points.

Tout savoir sur Alder Lake

Un lancement avec six processeurs

Cette 12ème génération de processeurs Intel Core, qui a fait l’objet de beaucoup d’articles ces derniers mois, porte le nom de code Alder Lake. Au lancement de cette génération, Intel propose six processeurs « débloqués ». Comme habituellement, depuis la 8ème génération, la gamme i9 regroupe les processeurs les plus puissants. Intel propose des i9-12900K et 12900KF. La gamme i7 comporte les i7-12700K et 12700KF. Enfin, le milieu de gamme est porté par les i5-12600K et 12600KF. D’autres références et cartes mères arriveront au premier trimestre 2022.

Enfin, une gravure plus fine

L’une des nouveautés de cette génération est enfin le passage à une gravure en dessous des 14 nm. Jusqu’à présent, Intel avait conservé sa gravure en 14 nm, pour les processeurs de bureau, en l’optimisant petit à petit. C’est désormais de l’histoire ancienne puisque Alder Lake arrive avec une gravure SuperFin 10 nm+. Mais Intel a décidé de la dénommer Intel 7.

L’Intel 7, est une évolution de la gravure SuperFin 10 nm, utilisée pour les processeurs mobiles de 11ème génération Tiger Lake-U. Mais pourquoi Intel 7 ? Pas de magie là-dedans. Intel justifie cette dénomination, car il montre qu’il offre d’une manière ou d’une autre une densité de transistors et des caractéristiques de puissance comparables à un nœud de 7 nm. Dans les faits, l’Intel 7 offre un gain de 10 à 15 % de performance par watt vis à vis de SuperFin 10 nm. Mais aussi, une densité de transistors et des caractéristiques de puissance comparables aux gravures 7 nm de TSMC ou Samsung.

Une architecture hybride

Mais la plus importante nouveauté de la 12ème génération est qu’Intel propose des processeurs hybrides qui reposent sur deux cœurs différents. On retrouve ici une technologie proche du big.LITTLE qu’on retrouve déjà sur des puces pour téléphones mobiles ou tablettes. Alder Lake n’est toutefois pas le premier processeur d’Intel à présenter une architecture hybride. En effet, Lakefield, un processeur mobile, comportait un cœur Sunny Cove et quatre cœurs Tremont.

Concrètement, nous avons d’un côté des cœurs haute performance (Performance-Core) et de l’autre des cœurs basse consommation (Efficient-Core). Les cœurs haute performance utilisent la microarchitecture Golden Cove, que l’on retrouvera sur Sapphire Rapids à destination des serveurs. Les cœurs basse consommation utilisent la microarchitecture Gracemont, successeur de Tremont présent dans les Atom. Gracemont est en fait une grappe de quatre cœurs. L’architecture est de plus modulaire, Intel peut faire varier les combinaisons Golden Cove et Gracemont. Ainsi, Alder Lake peut au maximum avoir huit P-Core et huit E-Core. Les P-Core sont multithreadés, au contraire des E-Core. Ainsi, on retrouve les compositions suivantes :

Nota : les dénominations KF ont la même composition

Chacun des P-Core et chaque grappe E-Core disposent d’un ring-stop dédié. A priori, vous pouvez désactiver les P-Core individuels disponibles. Mais vous ne pouvez désactiver les E-Core que par grappe entière. Vous devez également avoir au moins un P-Core actif. De fait, votre processeur ne peut fonctionner uniquement avec des E-Core. Vous pouvez cependant désactiver tous les E-Core pour un processeur à P-Core pur.

Nouvelle gestion du cache

L’architecture des différents caches est également repensée. Le cache L3, en LLC, est commun à l’ensemble de cœurs (P et E-Core). Par contre, chaque P-Core dispose d’un cache L2, en MLC, de 1.25 MB ; chaque grappe de E-Core dispose de 2 MB.

Le E-Core de Gracemont reçoit un cache d’instruction L1 de 64 Ko de taille double, une unité de prédiction de branchement plus puissante et deux ensembles de décodeurs out-of-order triples. L’étape d’exécution voit une augmentation de près de 33 % pour les étapes d’exécution scalaire et vectorielle, ainsi que le doublement du charge load.

Impact sur les performances

Intel a compris que ses cœurs Golden Cove P lui procurent déjà un gain d’IPC de 28 % par rapport au cœur « Skylake ». Et donc, environ 15-20 % par rapport au Zen 3 d’AMD. Si elle pouvait simplement concevoir ses cœurs Gracemont E pour qu’ils soient raisonnablement rapides (dans une fourchette de 10 % par rapport à Skylake), la performance nette du processeur serait similaire à celle d’un Ryzen à 16 cœurs.

Les jeux n’ont pas besoin de 16 cœurs et bénéficieraient du simple gain d’IPC des cœurs P, tandis que les tâches de productivité multithreadées bénéficieraient des performances cumulées des deux types de cœurs. Lorsqu’il ne s’agit pas de jeux ou de tâches de productivité lourdes, le processeur pourrait mettre les cœurs P en veille. En les faisant fonctionner à très faible puissance. Et ainsi, laisser les cœurs E s’occuper de l’ensemble du travail. Tout ceci est plus facile à dire qu’à faire du point de vue des logiciels.

Intel a mis les bouchées doubles sur Gracemont. En effet Intel annonce qu’il est capable de suivre de près Skylake en terme d’IPC.

Malgré tout, les P-Core Golden Cove constituent le principal atout des performances d’Alder Lake. Intel affirme que ces cœurs ont une IPC supérieure de 28 % à celle du cœur Skylake (Gen10). Et un gain de 19 % par rapport au cœur Cypress Cove (Gen 11). Alder Lake étant construit sur le dernier processus de fabrication de silicium d’Intel. La société a adopté une approche sans compromis pour le P-Core. Il lui donne toutes les mises à niveau matérielles pour travailler à l’augmentation de l’IPC. La partie frontale de Golden Cove comprend une instruction TLB de taille double, un prédicateur de branchement « plus intelligent » et une unité de décodage de taille double.

Matrix Execution

L’attraction principale est le nouveau moteur Matrix Execution, un matériel à fonction fixe qui accélère les fonctions matricielles et qui, avec le nouveau jeu d’instructions AMX, permet d’accélérer la construction et l’entraînement des réseaux neuronaux et d’autres opérations tensorielles. Un changement intéressant avec Golden Cove est qu’Intel a supprimé AVX-512. Il n’y a pas non plus de version tronquée d’AVX-512 pertinente pour le client. C’est probablement parce qu’il n’y a pas beaucoup de demande pour AVX-512 bits en ce moment. Et qu’Intel veut une certaine cohérence ISA entre le P-core et le E-core.

Intel Thread Director

Intel Thread Director est un intergiciel hautement spécialisé qui assure l’interface avec le système d’exploitation et les logiciels d’une part, et avec les deux groupes de cœurs de processeurs d’autre part. Sa mission consiste à analyser une charge de travail et aider le planificateur du système d’exploitation. Afin de permettre une bonne répartition entre les clusters P-core ou E-core à un niveau granulaire. Windows 11 est nécessaire pour que cette symbiose fonctionne. 

Mais Windows 10 devrait quand même fonctionner assez bien, car Alder Lake inclut également la prise en charge des « cœurs préférés ». Windows 11 introduit également le concept de qualité de service (QoS) pour les logiciels. Cela permet essentiellement aux applications d’indiquer au système d’exploitation la nature de la charge de travail. Afin de fournir un indice au planificateur de Windows pour qu’il oriente vers les P-Core ou les E-Core.

Pour ce faire, Thread Director surveille le fonctionnement du processeur à la nanoseconde près. Il existe une cohérence ISA entre les deux types de cœurs. Cependant, certains processus peuvent demander des fonctionnalités que l’on ne trouve que sur les P-Core. C’est le cas par exemple de l’AMX ou DLBoost. Thread Director s’assure que ces processus sont alloués uniquement aux P-Core. Le « dialogue » entre Thread Director et le planificateur du système d’exploitation garantit également que les processus en arrière-plan, ou au ralenti, sont relégués aux E-Core.

Socket LGA 1700 et refroidissement

Les nouveaux processeurs reposent sur un nouveau socket LGA 1700. Les chipsets suivent bien entendu cette nouveauté, mais au lancement seul le Z690 est présent. Aucune des six références du lancement ne dispose d’un refroidisseur de série. C’est un peu surprenant, car la conception du montage et la taille de l’IHS diffèrent des anciens sockets LGA1200 ou LGA115x. La recherche d’un refroidisseur compatible ou la mise à niveau de vos refroidisseurs existants sera assez difficile. Certains fabricants de cartes mères ont décidé d’inclure des trous de montage à la fois pour les refroidisseurs actuels LGA115x/LGA1200 et les nouveaux LGA1700, de sorte que vos anciens refroidisseurs pourraient avoir un peu plus de vie.

Arrivée de la DDR5

Si vous suivez nos actualités, vous savez que la mémoire DDR5 arrive fort. Ce n’est pas sans raison, en effet, Intel permet son utilisation sur sa nouvelle génération. En DDR5, les processeurs prennent jusqu’à 128 Go de mémoire DDR5-4800. La mémoire dispose d’un total de quatre canaux de 40 bits de large (deux par DIMM). En ce sens, l’interface DDR5 sur Alder Lake peut être qualifiée de « quadri-canal », bien que chacun de ces canaux ait une largeur de bus inférieure. Bien sûr, vous pouvez aller plus loin dans les vitesses de mémoire, mais cela est considéré comme de l’overclocking.

Mais pour autant, Intel ne délaisse pas la DDR4, cette dernière est également supportée, de base les processeurs vont faire fonctionner la DDR4 en 3200 MHz. Par contre, la DDR4 utilise un seul canal de 64 bits de large par DIMM.

PCIe 5.0

La mise à jour majeure des E/S concerne le PCI-Express. Alder Lake introduit le PCI-Express Gen 5. Le processeur dispose de 16 lignes PCI-Express Gen 5, qui sont généralement dédiées à l’emplacement PCI-Express Graphics (PEG) de la carte mère. Certaines cartes mères peuvent utiliser des commutateurs ou des séparateurs de lignes conformes à la norme PCIe Gen 5 pour offrir jusqu’à deux emplacements x16 (x8/x8 lorsque les deux sont occupés) ou même retirer quelques voies pour les emplacements M.2 NVMe en PCIe Gen 5. En plus des seize lignes Gen 5, le processeur fournit également quatre lignes Gen 4 vers un emplacement M.2 NVMe relié au processeur.

Direct Media Interface 4.0 (DMI 4.0)

L’interface Direct Media Interface (DMI) est un bus haute vitesse utilisé depuis la série 9xx d’Intel pour relier le MCH (ou le couple CPU/PCH depuis les Core i5/i3) à l’ICH. Il remplace le bus système (FSB), couramment utilisé dans les architectures Intel dans les années 90 et 2000. C’est un bus à quatre canaux bidirectionnels. Le DMI 4.0 est composé de 8 voies fournissant chacune 16 GT/s, soit 128 Gbps par direction. La Gen 10 était limitée à 32 Gbps par direction. 

Une telle augmentation de la bande passante du bus du chipset a été rendue nécessaire par les normes modernes de connectivité, telles que Thunderbolt 4, USB 3.2×2, 10 GbE Ethernet, Wi-Fi 6E, ou la popularité croissante du RAID NVMe parmi les professionnels du montage vidéo.

Le chipset Z690 lancé aujourd’hui utilise les huit voies DMI. Nous verrons si les autres chipsets à venir ont des interfaces plus étroites. Mais Intel a utilisé la largeur du bus DMI comme un point pour segmenter les chipsets de haut niveau de ceux de niveau intermédiaire.

Intel UHD 770 – Xe LP

Le cœur Alder Lake est doté d’un iGPU basé sur la même architecture graphique Xe LP que celle de la génération précédente. Pour les six références du lancement, le modèle d’iGPU est l’Intel UHD 770. Il dispose des 32 unités d’exécution Xe. Il conviendra aux PC modernes avec des écrans haute résolution, la lecture de vidéos à haute fréquence, etc. Mais il n’est pas adapté pour tous les jeux, même avec des paramètres les plus bas possibles. 

Vous bénéficiez néanmoins d’un décodage accéléré par le matériel des formats AV1, HEVC et autres formats vidéo moderne. Et du support de la plupart des normes HDR modernes. Le moteur d’affichage de l’iGPU semble être inchangé par rapport à la génération précédente, avec la prise en charge de HDMI 2.1 et DisplayPort 1.4.

Intel Deep Learning Boost (VNNI)

Il accélère l’inférence de l’IA et améliore considérablement les performances des charges de travail d’apprentissage profond.

Des capacités graphiques intelligentes et multimédia riches permettent d’amplifier la complexité visuelle. Elles améliorent les performances 3D et accélèrent le traitement des images.

Gaussian Neural Accelerator 3.0 (GNA 3.0)

Il exécute les charges de travail d’IA sur l’accélérateur afin d’estomper plus efficacement l’arrière-plan vidéo et de supprimer le bruit de fond et propose un affichage amélioré (HDMI 2.0 intégré, HBR3). Ainsi, vous pouvez utiliser trois écrans 4K simultanés à 60 Hz ou une paire d’écrans 5K à 60 Hz avec une connectivité accrue pour améliorer la prise en charge des écrans.

Intel Z690

La plupart des fabricants de cartes mères proposent deux catégories distinctes de cartes mères basées sur le Z690, l’une utilisant la nouvelle mémoire DDR5 et l’autre la mémoire DDR4. Le processeur lui-même supporte les deux, mais un seul type à la fois. Le chipset Z690 est important, car il permet toutes les fonctions d’overclocking disponibles pour les processeurs déverrouillés.

Le chipset Z690 communique avec le processeur par l’intermédiaire d’un bus DMI Gen 4 x8 dont nous avons parlé précédemment. Ce bus offre une bande passante de 128 Gbps par direction. Nécessaire pour les E/S actuelles à forte bande passante. On l’a vu, le processeur Alder Lake dispose d’une interface PCIe part-Gen 5 + part-Gen 4. Le chipset Z690 dispose d’une interface PCIe en Gen 4 et Gen 3. Plus précisément, il offre 12 lignes PCI-Express Gen 4 et 16 lignes PCI-Express Gen 3. 

Les lignes Gen 4 seront utiles pour les SSD NVMe ou les configurations RAID NVMe qui peuvent bénéficier de la bande passante Gen 4. Mais également les futures générations de contrôleurs Thunderbolt d’Intel ou de contrôleurs USB4 tiers. Les 16 lignes Gen 3 couvriront presque tout le reste, notamment les interfaces réseau, les contrôleurs USB3 supplémentaires, etc.

Le PCH de Z690 dispose d’un contrôleur RAID SATA intégré avec huit ports SATA 6 Gbps et un support complet de la mémoire Optane. L’ensemble des interfaces USB comprend jusqu’à quatre ports USB 3.2×2 à 20 Gbps, jusqu’à dix ports USB 3.2 x1 à 10 Gbps, jusqu’à dix ports USB 3.1×1 à 5 Gbps et jusqu’à quatorze ports USB 2.0. Le chipset intègre également deux MAC Ethernet filaires, prenant en charge les contrôleurs 2,5 GbE et 1 GbE de dernière génération. Les cartes avec WLAN supporteront les derniers contrôleurs Wi-Fi 6E.

Nouvelles fonctions et capacités d’overclocking

Pour améliorer les performances en overclocking, Intel a décidé de procéder à quelques ajustements.

Déjà au niveau physique, les puces de ses processeurs sont plus fines ou du moins occupent moins d’espace en hauteur. La soudure de l’IHS est également plus fine, ainsi que la pâte thermique, la fameuse TIM. Au contraire de l’IHS qui est plus épais que les précédentes générations.

Dynamic Memory Boost et XMP 3.0

Pour la mémoire, Intel propose le Dynamic Memory Boost, une sorte de mode Turbo pour votre mémoire. En effet, Intel permet d’overclocker les types de mémoire DDR5 et DDR4 à la volée avec la machine en marche. Pour économiser l’énergie, elle vous permet de basculer entre le profil par défaut JEDEC et les différents profils XMP 3.0 sur vos modules de mémoire en fonction des charges de travail du système.

La DDR5 s’accompagne également du Intel XMP 3.0, pour encore plus de plaisir pour les overclockeurs. Le XMP 3.0 permet également au fabricant de proposer trois profils, mais cerise sur le gâteau, vous avez la possibilité d’écrire deux profils qui vous sont propres. De plus, les profils peuvent désormais comporter le PMIC DDR5 (contrôleur de gestion de l’alimentation sur module). C’est-à-dire le réglage des tensions VDD, VDDQ et VPP afin de faciliter votre overclocking.