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AMD Phenom II X4, le retour
Processeurs
Publié le Jeudi 8 Janvier 2009 par Marc Prieur

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Page 1 - Introduction, le 45nm



Le Phenom revient, et il n’est pas content. Après des débuts difficiles, liés entre autre à des retards successifs puis au fameux bug du TLB, le Phenom n’a jamais su se positionner qu’en quad-core d’entrée de gamme. Une approche difficile mais nécessaire pour AMD qui du fait d’une gravure en 65nm a des coûts de production plus élevés que ceux d’Intel sur ces processeurs quad-core. En ce début d’année 2009, AMD lance donc le nouveau Phenom, dénommé tout simplement Phenom II, qui est censé offrir des performances supérieures de 20% à son prédécesseur.
Le 45nm, enfin
Le premier gros changement se situe au niveau de la finesse de gravure, puisque l’on passe du 65nm au 45nm. Cette gravure plus fine, toujours sur des wafers de type SOI, est obtenue par AMD en faisant appel à une lithographie par immersion. Cette technique, co-développée avec IBM et qui sera également utilisée pour le passage en 32nm en conservant une lithographie optique, permet de réduire la longueur d’onde du faisceau lumineux utilisé pour la gravure en le faisant passer par un fluide intermédiaire (de l’eau pure).


Ceci permet donc à AMD de graver plus de transistors sur une surface plus réduite, puisque le Phenom II mesure 258mm² pour 758 millions de transistors, contre 285mm² et 450 millions de transistors. Qui plus est, comme d’habitude l’amélioration de la finesse de gravure devrait permettre d’abaisser la consommation.

A quoi servent 308 millions de transistors supplémentaires ? Principalement au cache. En effet, si les caches L1 et L2 restent inchangés à respectivement 128 Ko et 512 Ko pour chacun des quatre cœurs, le cache L3 unifié gonfle fortement puisqu’il passe de 2 à 6 Mo ! C’est ce cache qui est à l’origine du plus gros gain de performances à fréquence égale, avec un gain de 5% selon les dires d’AMD.


Sur cette image comparative ne tenant pas compte de l'échelle,
on voit bien que le Phenom II (à droite) dispose d'un cache L3 bien plus imposant


Le fondeur attribue également un gain de 3% à diverses modifications au niveau des cores en eux-mêmes, principalement au niveau du mécanisme de prefetching qui permet d’anticiper le chargement des données en cache depuis la mémoire.

Page 2 - Fréquences, AM3, Dragon

Une fréquence en hausse
5% et 3% ... ou sont donc les 12% restant nécessaires pour atteindre le gain de 20% annoncé par AMD ? De la fréquence ! En effet, alors que les Phenom atteignent au mieux les 2.6 GHz pour le Phenom X4 9950, les Phenom II 920 et 940 fonctionnent respectivement à 2.8 et 3.0 GHz.


AMD gagne donc en fréquence du fait de son passage du 65nm au 45nm dès le lancement des nouveau Phenom, et si cela peut paraître évident pour certains c’est plutôt une exception quand on regarde un peu dans le rétroviseur chez AMD.

En effet, lorsque les premiers Athlon 64 gravés en 90nm sont apparus en septembre 2004, ils ne dépassaient pas les 2.2 GHz, contre 2.4 et même 2.6 GHz en version « FX » pour les Athlon 64 130nm. De même, les Athlon 64 X2 65nm arrivés en décembre 2006 fonctionnaient à 2.6 GHz, alors que les 90nm étaient à 2.8 GHz.


Le fait d’avoir dès maintenant des Phenom II plus rapide côté fréquence que les Phenom est donc une très bonne nouvelle. On notera toutefois que toute les fréquences ne sont pas supérieures : en effet, la fréquence de fonctionnement du contrôleur mémoire passe de 2 GHz sur les Phenom 9850/9950 à 1.8 GHz sur les Phenom II 920/940. Etant donné que le cache L3 fonctionne à cette fréquence, il est donc légèrement moins rapide sur le Phenom II, ceci étant bien entendu a priori largement compensé par le triplement de taille.
L’AM3 et la DDR3, bientôt
Pour le moment, les premiers Phenom II sont uniquement des modèles destinés au Socket AM2+ (et donc AM2). Les fabricants de cartes mères (ASUS , Gigabyte , et MSI  entre autre) ont mis en ligne des pages indiquant les cartes mères dotées de bios adaptés, mais à défaut de bios compatible il est tout à fait possible que le processeur fonctionne mais ne soit pas correctement reconnu côté dénomination.


Nous avons pu en faire l’expérience sur une « vieille » M2N32-SLI Deluxe à base de chipset nForce 590 SLI qui date de 2006, idem sur une plus récente M3A78-T à base de 790GX qui a fonctionné avec le processeur avant le flashage avec le bios adapté. Bien entendu rien n’est garanti dans ce cas, et les moins aventureux se limiteront donc aux listes officielles ou attendront les retours utilisateurs sur les forums.


Les Phenom II AM3 sont pour leur part prévus pour février, et ils géreront la DDR2 comme la DDR3 : il sera possible de les faire fonctionner sur une carte mère AM2+ comme sur une carte mère AM3. La DDR2 sera géré jusqu’en DDR2-1066 officiellement - bien que l’intérêt soit limité étant donné que DDR2-800 4-4-4 et DDR2-1066 5-5-5 offrent des performances similaires sur Phenom – et la DDR3 jusqu’en DDR3-1333. AMD annonce un gain de 4% environ en pratique en DDR3-1333 face à la DDR2-800, sans indiquer toutefois les latences.

On peut regretter un lancement si rapproché des Phenom II AM2 et AM3, et d’ailleurs il aurait été nettement plus simple de ne lancer que les versions AM3, quitte à attendre encore un mois. AMD n’a pas fait ce choix, craignant peut-être un retard de dernière minute sur les versions AM3 alors que les versions AM2 étaient finalisées.
La plate-forme Dragon
AMD profite du lancement du Phenom II pour mettre en avant une nouvelle plate-forme dénommée Dragon et composée de la sorte :

- Un processeur AMD Phenom II X4
- Une carte mère à base de chipset AMD 790 GX
- Une carte graphique à base de GPU ATI Radeon 4800

Rien de bien neuf donc en dehors du Phenom II. Pour rappel lors du lancement du Phenom AMD avait regroupé sous la référence Spider le trio Phenom/790 FX/Radeon 38x0. Dragon est donc la suite logique de cette politique destinée à mettre en avant le fait qu’AMD est le seul à produire tous les éléments qui font l’ossature d’un PC desktop destiné au jeu.

Page 3 - Le Phenom II X4 940, conso et o/c

Le Phenom II X4 940

Pour ce test, AMD nous a fourni un Phenom II X4 940 cadencé à 3 GHz. Première surprise, par défaut sa tension d’alimentation est de 1.35V, contre 1.3V pour notre Phenom X4 9950. AMD n’a donc pas pu baisser la tension malgré la finesse de gravure accrue, ce qui limitera a priori les gains côté consommation.

Consommation
On commence par la consommation processeur mesurée au niveau de la prise ATX12V. Attention, du fait des schémas d'alimentations distincts de ces processeurs, sur Athlon et Phenom le contrôleur mémoire (qui n'est pas intégré sur Core 2) et qui consomme 10 à 15W en charge est pris en compte, alors qu'il ne l'est pas sur Core i7 (idem pour le L3), la partie "uncore" étant alimentée via la prise ATX standard.


La consommation au repos est en forte baisse, puisque l’on passe de 17W à 11.2W entre le plus gros Phenom et le plus gros Phenom II. Il faut dire que le Cool’n’Quiet a été amélioré, puisqu’au repos le Phenom passe à 1.3 GHz en 1.05V, alors que le Phenom II fonctionne à 800 MHz à 1V. Sans Cool’n’Quiet, le Phenom II est à 31.6W, contre 29.3W pour le Phenom.

A propos du Cool’n’Quiet, on note une amélioration des performances une fois celui-ci activé. En effet sur Phenom premier du nom, son activation pouvait entrainer des baisse notable des performances : ce n'est plus le cas sur Phenom II.

En charge on retrouve un delta important lorsque seuls 2 core sont occupés, le Phenom étant 45% plus gourmand. L’écart se réduit toutefois à 27.6% en pleine charge. Comparé aux Core 2, les Phenom II restent plus énergivores même si l’on prend en compte le fait qu’ils intègrent le contrôleur mémoire. Il faut noter que Intel nous a envoyé il y'a quelques semaines un Q9400S, qui se distingue du Q9400 par un TDP passant de 95 à 65W : en pratique toutefois nous n'avons pas noté de différence entre les deux processeurs ... il faut dire que le TDP de 95W était largement surestimé.


Si on s’intéresse à la totalité de la configuration, on note que la consommation la plus basse est obtenue par AMD avec le combo 790GX/Athlon X2 6000 qui est 11w plus économe que le combo P45/Pentium E5300 au repos, mais en charge l’avantage est énorme pour Intel avec 42w de moins.

Cette économie niveau plate-forme permet à la configuration Phenom II d’afficher une consommation totale au repos intermédiaire à celle obtenue sur Q8300 et Q9300. En charge par contre c’est une autre histoire puisque le Phenom II est au niveau du QX9770, soit 36w de plus qu’un Q9400. La plate-forme Core i7 est la pour sa part la plus performante … mais aussi la plus gourmande, surtout lorsque le processeur est occupé en totalité avec 8 instance de Prime (du fait de l’hyperthreading).
Overclocking
Comme nous l’avons vu en introduction, AMD a profité du passage en 45nm des Phenom II pour en augmenter la fréquence par rapport au Phenom, alors que cela n’avait pas été le cas lors des passages en 65nm et en 90nm. Non content de ce gain, AMD met en avant les facultés d’overclocking de ces Phenom II, et indique qu’avec un bon air-cooling on peut généralement atteindre 3.65 à 3.90 GHz avec une tension comprise entre 1.4 et 1.55V.

Sur notre processeur de test cadencé à 3 GHz et refroidit par un Noctua NH-U9B, nous avons pu atteindre les 3.4 GHz en conservant une tension de 1.35V. 0.1V supplémentaires ont permis de stabiliser une fréquence de 3.6 GHz, et il a fallu pousser la tension à 1.55V pour stabiliser une fréquence de 3.7 GHz. A ces réglages la consommation monte à 117.6W … soit celle du Phenom X4 9950 non overclocké !


Bien entendu il faudra voir ce que donnent les processeur du commerce pour savoir ce que vaut exactement le Phenom II côté overclocking, mais a priori les résultats devraient donc être bons avec une tension raisonnable. Le problème reste bien entendu de définir ce qu’est une tension raisonnable, les datasheet précis sur le Phenom II n’étant pas encore connus. Dans ces spécifications, AMD parle d’une tension nominale comprise entre 0.875 et 1.5V, mais l’AMD OverDrive par défaut ne permet pas de dépasser les 1.45V. Quelle est la tension au-delà de laquelle le processeur peut subir des dommages ? AMD ne communique pas dessus, au contraire d’Intel qui indique par exemple que les Core 2 65nm peuvent aller jusque 1.55V contre 1.45V pour les versions 45nm.

Le fait que cette information ne soit pas connue est d’autant plus dommageable que le Phenom II répond a priori assez bien à une hausse de la tension, ce qui permet aux overclockeurs extrêmes de le pousser à 5 voir 6 GHz avec des tensions de l’ordre de 2V !

Page 4 - Performances, le test

Performances
Nous utilisons notre protocole de test habituel afin de voir les gains obtenus à fréquence égale entre Phenom et Phenom II. Sont donc ici testés le Phenom II à 2.8 GHz, le Phenom 9950 o/c de 2.6 à 2.8 GHz, avec un contrôleur mémoire à 2 GHz comme par défaut mais également à 1.8 GHz comme sur le Phenom II.


Si l’on compare avec des fréquences identiques, les gains entre Phenom et Phenom II varient entre 2 et 15.8%, avec une moyenne de 6.6%. Ce gain est ramené à 5.9% si l’on prend en compte que le Phenom 65nm avait un contrôleur mémoire fonctionnant à une vitesse plus rapide. Un gain appréciable donc, pour rappel le passage du Core 2 Conroe 65nm au Core 2 Penryn 45nm avait entrainé des gains de 2 à 8%, et 3.8% en moyenne.
Contrôleur mémoire et cache L3
Nous avons ensuite cherché à comparer les performances du contrôleur mémoire et du cache de niveau 3 à l’aide de Memory RightMark. Voici tout d’abord les résultats obtenus côté latence :


Pas de changement du côté du cache L1 qui a une latence de 3 cycles, contre 9 cycles pour le cache L2. Par contre, quand on s’attaque au cache L3 ainsi qu’à la mémoire à proprement parler cela varie. Entre le Phenom avec un contrôleur mémoire à 1800 ou à 2000 MHz tout d’abord, ce dernier affichant bien entendu les latences les plus basses. Mais la bonne surprise provient du Phenom II, puisque malgré une fréquence du contrôleur à 1800 MHz il affiche un L3 offrant une latence similaire au Phenom avec un L3 à 2 GHz, et que côté mémoire on gagne tout de même près de 4 cycles !



Côté bande passante, les résultats sont similaires : côté L3, le Phenom II avec contrôleur mémoire à 1.8 GHz est équivalent au Phenom avec contrôleur mémoire à 2 GHz, et lorsqu’il s’agit d’attaquer la mémoire à proprement parler il est plus rapide.
Le test
Nous utilisons le même protocole de test que celui mis au point lors de l’arrivée du Core i7 en novembre dernier, à savoir :

- ASUSTeK P5QC + 2x2 Go DDR2-1066 5-5-5 (LGA775)
- ASUSTeK M3A78-T + 2x2 Go DDR2-800 4-4-4 (AM2+)
- Intel DX58SO + 3x1 Go DDR3-1067 (LGA1360)
- GeForce GTX 280 + GeForce 180.84
- Raptor 74 Go + Raptor 150 Go
- Creative Audigy
- Windows Vista 32 bits SP1

Page 5 - 3D Studio Max 2009, Cinema 4D R11

3D Studio Max 2009

Le célèbre logiciel d’image de synthèse arrive maintenant en version 2009 au sein de notre protocole de test processeur. La scène de test utilisée provient de SPECapc pour 3ds max 9 (space_flyby_mentalray) et elle utilise le moteur de rendu Mental Ray.


Les Phenom II X4 920 et 940 offrent des performances au niveau des Core 2 Q9300 et Q9400 sous ce test.
Cinema 4D R11

Le logiciel de rendu de Maxon est célèbre auprès de la communauté des overclockeurs via Cinebench, qui permet de comparer facilement les performances de processeurs. Toutefois, Cinebench utilise la version R10 du moteur de rendu de Cinema 4D, alors que la version R11 double les performances. Nous avons donc utilisé cette dernière version, avec la scène de Cinebench R10 rendue dans une résolution plus importante afin d’allonger les temps de rendu.


Sous Cinema 4D les Phenom II sont un cran plus rapide, le 920 étant comparable au Q9400 alors que le 940 est comparable au Q9550.

Page 6 - MinGW / GCC, WinRAR 3.8

MinGW / GCC, WinRAR 3.8

Plusieurs d’entre vous nous ont déjà réclamés l’intégration d’un test applicatif mettant en œuvre la compilation d’un programme. C’est désormais chose faite avec la compilation du code source de MAME via GCC sous l’environnement MinGW.


La compilation fonctionne très bien sur Phenom II, et le 920 est du coup entre Q9450 et Q9550 alors que le 940 est légèrement moins véloce qu’un Q9650.
WinRAR 3.8

Nous utilisons désormais la version 3.8 de WinRAR dans son mode de compression le plus élevée pour traiter un total de 1.76 Go de fichiers répartis en 1479 fichiers World & Excel (207 Mo), 66 fichiers de boite e-mail Eudora (753 Mo) et 3 fichiers audio au format wav (804 Mo).


WinRAR est l’application qui a le plus profité de l’apport en cache L3, et cela permet au Phenom II de rattraper une partie du retard sur Intel en terme de performances. Du coup, le Phenom II X4 920 est plus rapide qu’un Q9400, alors que le 940 est un peu en dessous d’un Q9450.

Page 7 - Vdub + DiVX 6.8, AutoMKV + x264

Vdub + DiVX 6.8

Le test est composé de l’encodage d’un fichier DV de 10 minutes et 16 secondes au format DiVX, en 720x576 avec un bitrate moyen de 780 kbits /s en qualité maximale (Insane). Le SSE4 est activé si disponible.


Les Phenom II ne supportent malheureusement toujours pas le SSE4, ce qui permet au Core 2 de briller sous ce test. Ainsi, le 920 est au niveau d’un simple Q8200, alors que le 940 est au niveau d’un Q8300.
AutoMKV + x264

Nouveau venu dans notre protocole, l’encodage H.264 se fait via AutoMKV et le codec libre x264. Est encodé en utilisant le profil « 2_Pass_Extreme_Quality » d’AutoMKV un fichier DV 720x480 de 2 minutes.


Cette fois l’impact du SSE4 est moindre et le Phenom II 920 fait tout juste moins bien que le Q9400 alors que le 940 est juste derrière le Q9550.

Page 8 - After Effects CS3, Nuendo 4

After Effects CS3

Adobe After Effects CS3 fait son retour dans notre protocol de test. Nous utilisons une nouvelle composition utilisant divers effet afin de rendre une animation en 3D, le multitraitement étant activé afin de pouvoir profiter au maximum du nombre de core disponibles.


Ce test tourne clairement à l’avantage des Core 2, et le Phenom II 940 parvient tout juste à atteindre le niveau de performance d’un Q6600.
Nuendo 4

Nous passons à la version 4 de Nuendo, patchée en version 4.2. Un nouveau projet musical utilisant divers plugin natifs ainsi que 2 instances d’instruments virtuels HalionOne est exporté en fichier wave (merci à Draculax). Comme indiqué précédemment, Nuendo n’est pas à l’aise avec le SMT, de ce fait sur Core i7 l’affinité de Nuendo est forcée sur les CPU0, 1, 2 et 3.


Sous Nuendo les Core 2 sont également très dominateurs puisque le Q8200 est encore 4% plus rapide qu’un Phenom II X4 940.

Page 9 - Crysis 1.2, World In Conflict

Crysis 1.2

Avec le patch 1.2, Crysis propose un bench CPU (trouvable dans le répertoire Bin32) encore plus lourd qu’auparavant. Le test est effectué avec les détails élevés, mais en 800*600 afin de limiter la dépendance à la carte graphique, et en mode DirectX 10 afin de profiter des optimisations multithread des drivers NVIDIA.


Les Phenom ont toujours souffert d’un retard dans le domaine ludique et le Phenom II comble un peu cet écart, mais pas suffisamment, avec un 940 équivalent à un Q6600.

World In Conflict

Le test est effectué en 800*600 détail très élevés et en mode DirectX 10 afin de profiter des optimisations multithread des drivers NVIDIA.


Sous World In Conflict c’est un peu mieux avec un 920 au niveau d’un Q8200 et un 940 comparable à un Q8300.

Page 10 - Moyenne des performances

Moyenne
Bien que les résultats de chaque application aient tous un intérêt, nous avons calculé un indice de performances en se basant sur l'ensemble de résultats et en donnant le même poids à chacun des tests. L'indice 100 a été attribué à l’Intel Core 2 Q6600.


Première chose, avec le Phenom II AMD parvient enfin à fournir un processeur qui s’avère plus rapide en moyenne que le Q6600. Mieux vaut tard que jamais !

Si l’on compare les Phenom II aux Quad 45nm d’Intel, le 920 vient se placer entre un Q8200 et un Q8300, alors que le 940 est entre un Q9300 et un Q9400. A fréquence égale, on peut estimer que les Phenom II souffrent d’un déficit de performances de l’ordre de 10% par rapport aux Core 2 Quad.

Page 11 - Conclusion

Conclusion
Après une longue attente, le Phenom II ne déçoit pas, à condition d’avoir eu des exigences réalistes. Offrant des performances supérieures à fréquence égale, une fréquence accrue et une consommation moindre, le Phenom II dépasse le Phenom sur tous les plans. De fait, il permet enfin à AMD de disposer d’une alternative viable à l’offre quad core d’Intel.

Toutefois, cette alternative se limite au « milieu de gamme » en quad, les Core i7 étant hors de portée. Les Core 2 le sont plus et avec un Phenom II 920 à 236$ et un Phenom II 940 à 278$, AMD se place respectivement un peu au dessus des Q8300 et Q9400 qui sont à 224 et 266$.

Si l’on observe les performances obtenues, la logique aurait voulu que les Phenom II soient légèrement moins chers, mais les écarts restent faibles. Ces performances couplées à une marge d’overclocking comparable (environ 25%) et une consommation contenue font qu’AMD présente des processeurs sans véritable point faible par rapport à leur concurrent. En dehors de leur marque pour les aficionados, il manque par contre aux Phenom II un élément qui ferait pencher la balance en leur faveur, et de ce fait AMD se devra d'être plus agressif côté tarif.


Reste maintenant à voir comment évoluera le Phenom II, ce dernier étant censé représenter le haut de gamme AMD jusque fin 2010 et le lancement d’une nouvelle architecture gravée en 32nm ! Dès le mois prochain, on devrait voir débarquer les versions AM3, qui fonctionneront aussi bien en DDR3 sur AM3 qu’en DDR2 sur AM2, mais AMD parviendra-t-il au fil des révisions à pousser son Phenom II nettement plus haut en termes de fréquence ? Nul ne le sait, ce qui est dommage car l’évolutivité aurait pu être un avantage pour AMD à l’heure où Intel a rompu celle du Socket 775 avec le lancement des Core i7.

[TAGPRIX|4|5|C|"AMD Phenom II X4 920"|312251][TAGPRIX|4|5|C|"AMD Phenom II X4 940"|312261]
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