Les processeurs - FGH Informatique

30 janvier 2013
Bulletin Numéro 20
Les processeurs
Articles de ce
bulletin
d’informations
Introduction
Un peu
d’histoire
En attendant le
graphène,
détail sur les
caractéristiques
des
processeurs
Caractéris-
tiques des
processeurs la
suite
Comment
choisir son
processeur ?
Comment
choisir son
processeur ? La
suite
Pour conclure
De. FGH Informatique
Véritable cerveau de votre
ordinateur, le processeur
se doit d’être choisi avec
le plus grand soin. En
effet, si le nombre de
fabricants de processeurs
x86 grand public s’est
réduit comme une peau
de chagrin au fil des ans,
la quantité de modèles
différents disponibles sur
le marché rend parfois
difficile ce choix. Nous
allons donc essayer d’y
voir plus clair avec
quelques explications sur
le sujet.
Le processeur, ou CPU
est le composant de
l’ordinateur qui exécute
les programmes informat-
tiques. Avec la mémoire
notamment, c'est l'un des
composants qui existent
depuis les premiers ordi-
nateurs et qui sont
présents dans tous les
ordinateurs.
Un processeur construit
en un seul circuit intégré
est un microprocesseur.
1ère Question ?
Quelles sont les diffé-
rences au point de vue
fonctionnement entre le
cerveau de l’homme et le
microprocesseur ?
Introduction
Le cerveau
Les chercheurs sont
formels sur un point, en
aucun cas les neurones
peuvent être comparés au
fonctionnement d’un ordi-
nateur car ils sont très
éloignés du calcul binaire.
Ils ont un comportement
qui s’apparente beaucoup
plus à celui d’un système
dynamique au fonctionne-
ment aléatoire qui s’adap-
terait donc plus à une
modélisation basée sur un
calcul stochastique (étude
des phénomènes aléa-
toires dépendant du
temps).
Le microprocesseur
Pour que le microproces-
seur puisse émuler le
fonctionnement des neu-
rones, il faut obligatoi-
rement décoder ce calcul
stochastique pour ensuite
le traduire en langage
binaire composé de 1 et 0
qui est le seul langage
compris par les micropro-
cesseurs.
Toutes les données
doivent lui arriver sous
cette forme pour qu’il
puisse fonctionner et les
exploiter.
La nanotechnologie
Que serait le processeur
sans la nanotechnologie ?
La révolution invisible,
l'infiniment petit dont les
limites sont sans cesse
repoussées.
Les nanosciences et na-
notechnologies peuvent
être définies comme l'en-
semble des études et des
procédés de fabrication et
de manipulation de struc-
tures (électroniques, chi-
miques, etc...), de dis-
positifs et de systèmes
matériels à l'échelle du
nanomètre. On l’écrit par
le symbole (nm).
Pour exemple, dans les
années 1970, un transis-
tor, soit le composant de
base essentiel de tous
nos microprocesseurs
mesurait 12 micromètres
(Unité de mesure équiva-
lant à un millionième de
mètre soit 0,000001 mètre
(symbole μm).
Le standard actuel est de
32 nanomètres. Ce qui
représente un milliar-
dième de mètre soit
(0,000000001 mètre).
Pour exemple, un nm est
environ un million de fois
plus petit qu'un grain de
sable.
Petit et toujours plus petit !
Les mots techniques soulignés en bleu comportent un lien hypertexte. Pour les ouvrir, il vous suffit
de mettre votre souris sur le mot, d’appuyer sur la touche CTRL et de cliquer en même temps.
Bonne Lecture…

Les processeurs
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Un peu d’histoire !
Dès 1965, la miniaturi-
sation de l'électronique
est en pleine essor.
Gordon Moore, né le 03
janvier 1929 à San
Francisco est un docteur
en chimie et un chef
d'entreprise américain. Il
est le cofondateur avec
Robert Noyce et Andrew
Grove de la société Intel
en 1968 (fabricant n°1
mondial de microproces-
seurs). Il est connu pour
avoir annoncé la loi de
Moore en 1965. Cette loi
prédit un doublement des
vitesses des machines
tous les 18 mois à deux
ans et que le nombre de
transistors que l'on peut
ajouter au sein d'une puce
électronique devrait aussi
doubler tous les deux ans.
A noter que cette loi se
vérifie toujours de nos
jours.
La raison est facile à
comprendre : Des transis-
tors plus petits ont pour
conséquence des proces-
seurs plus rapides (plus ils
sont petits, plus ils sont
proches entre eux), ils
seront moins chers (puis-
que plus de puces pour-
ront être gravées sur la
galette de silicium), et ils
seront bien moins gour-
mands en énergie. On
comprend l'intérêt de la
miniaturisation et son ga-
ge de performances tech-
nologiques renouvelées et
son profit croissant.
Pour ce qui est de la taille,
la barre des 100 nano-
mètres a été franchie en
2002, et déjà à cette
époque le monde de
l'électronique se heurte
inévitablement aux lois
physiques essentielles.
Ainsi depuis une dizaine
d'années, les chercheurs
doivent rivaliser d'ingé-
niosité pour ajuster
impératifs industriels et
contraintes inhérentes à
l'échelle nanométrique. Si
l'on considère d'après les
études récentes sur le
nanomètre, la limite
acceptable sera atteinte
entre 3 ou 2 nanomètres
et devrait nous conduire
jusqu'en 2030. Les tran-
sistors se rapprochant à
grand pas de l'échelle de
l'atome, c'est une toute
nouvelle électronique qui
est actuellement en ges-
tation dans les labora-
toires car à un moment
donné il sera impossible
de franchir les barrières
imposées par les physi-
ques fondamentales.
Depuis 2002, les cher-
cheurs travaillent sans
relâches pour découvrir
un remplacement au
silicium qui va rapidement
être en fin de vie et laisser
la place à de nouveaux
composants dont certains
sont déjà des vedettes
comme le graphène
Le graphène
Le graphène est un cristal
bidimensionnel de carbo-
ne dont l'empilement
constitue le graphite. Il fut
isolé en 2004 par André
Geim et Konstantin Novo-
selov du département de
physique de l'université de
Manchester prix Nobel de
physique en 2010. Il peut
être produit de deux
manières : par extraction
mécanique du graphique
dont la technique a été
mise au point en 2004. Le
principe consiste à arra-
cher une très fine couche
de graphite du cristal à
l'aide d'un ruban adhésif,
puis de renouveler l'opé-
ration une dizaine de fois
sur les échantillons ainsi
produits afin que ces
derniers soient les plus
fins possibles. Ils sont
ensuite déposés sur une
plaque de dioxyde de
silicium où une identifi-
cation optique permettra
de sélectionner les échan-
tillons constitués d'une
unique couche.
Ou par chauffage. Il s'agit
de produire du graphène à
partir de carbure de
silicium. Un échantillon de
ce dernier est chauffé
sous vide à 1 300 °C afin
que les atomes de silicium
des couches externes
s'en évaporent. Après un
temps bien déterminé, les
atomes de carbone
restants se réorganisent
en fines couches de
graphène.
Il reste le seul matériau
connu actuellement et
aussi bon conducteur que
le cuivre. La mobilité des
électrons du graphène est
près de 50 à 500 fois plus
élevée que dans le
silicium.
On comprend mieux l'in-
térêt de ce matériau par
les spécialistes de la mi-
cro-électronique pour con-
cevoir de minuscules
composants affichant des
performances démen-
tielles. Un tout premier
transistor au graphène a
vu le jour en 2007. Ce
transistor atteint la
petitesse d'une épaisseur
d'un atome et de 10
atomes de long.
Alors croisons les doigts,
si l'électronique à base de
graphène parvient à pas-
ser de la phase prototype
à l'intégration de milliards
de transistors sur une
même puce, la théorie est
crédible.

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Les processeurs
Pour finir la partie
évolution
Des chercheurs du centre
électro-optiques de l’uni-
versité de Pennsylvanie
ont affirmé avoir per-
fectionné une méthode de
fabrication permettant
d’obtenir des wafers (ga-
lette de silicium très pure
utilisée pour la fabrication
de circuits intégrés com-
me les processeurs) de
100 mm constitués uni-
quement de feuilles de
graphène.
Selon ces scientifiques,
une telle puce pourrait
être 100 à 1 000 fois plus
rapide que son alter ego
en silicium, en raison du
fait que les électrons
traversent plus rapide-
ment le premier matériau.
Pour arriver à leurs fins,
ils ont développé une
technique de fabrication
appelée « sublimation de
silicium », qui retire ther-
miquement une grille de
silicium qui va servir de
motif pour le graphène, ne
laissant derrière que le
carbone pur sur lequel les
chercheurs fabriquent des
transistors à effet de
champ.
Le centre de défense
naval de Philadelphie
travaille en étroite colla-
boration avec les univer-
sitaires pour la création de
puces utilisant cette tech-
nologie et des prototypes
sont déjà sortis d’usines.
Les chercheurs espèrent
arriver à porter leurs
techniques sur des wafers
de 200 mm, qui sont
largement utilisés dans les
cycles par seconde que le
processeur est capable
d’effectuer. Bien entendu
plus cette valeur est
élevée, plus le processeur
sera rapide.
La largeur de bande d’un
processeur est un con-
cept déjà plus complexe,
car le processeur pos-
sède en fait trois variables
exprimés sous la forme
d’une largeur, à savoir le
bus d’entrées/sorties de
données - Le bus d’adres-
ses - Les registres inter-
nes.
Pour comprendre la lar-
geur du bus d’entrée et
sorties de données, il faut
savoir que dans un ordi-
nateur, les données sont
envoyées sous forme
d’informations numéri-
ques, langage binaire.
Dans un même laps de
temps, l’ordinateur génère
une tension de 3,5 Volt ou
5 Volt pour signaler un bit
de donnée 1, et une ten-
sion de 0 Volt pour com-
muniquer un bit de don-
nées 0. Plus le nombre de
fils est important, plus le
nombre d’octets (1 octet =
8 bits) transférés en
intervalle de temps donné
est grand. Tous les pro-
cesseurs modernes, de-
puis le Pentium jusqu’au
dernier Core 2 Duo, et
même Core i7, disposent
d’un bus de données
d’une largeur de 64 bits,
soit 8 octets (8 octets x 8
bits = 64 bits). Ils peuvent
ainsi transporter 64 bits
de données en même
temps vers ou depuis le
chipset de la carte mère
ou la mémoire système.
usines actuelles. Un tel
succès permettrait au
graphène de remplacer le
silicium et donner des
puces atteignant le THz
(bande de fréquence
Térahertz).
Cependant, plus on réduit
la taille du composant et
plus le bruit augmente.
Une équipe de chercheurs
du Watson Research
Center d'IBM (NY) a
trouvé un moyen d'amé-
liorer significativement les
performances des tran-
sistors au graphène, en
disposant deux feuillets
l'un au dessus de l'autre
au lieu d'un seul. Le
facteur de bruit est divisé
par un facteur 10.
Caractéristiques des
processeurs
Comme vous avez pu le
constater, un certain nom-
bre de concepts plus ou
moins complexes revien-
nent couramment dans les
débats sur les proces-
seurs. Nous allons vous
expliquer les trois para-
mètres principaux qui
contribuent à identifier un
processeur.
Les deux éléments pri-
mordiaux permettant son
identification sont sa
largeur de bande et sa
fréquence.
La fréquence est une
notion relativement simple
à appréhender et nous en
avons dèjà parlé dans nos
précédents bulletins d’in-
formations. Elle se mesu-
re en mégahertz (MHz) ou
en gigahertz (GHz) et
correspond au nombre de
millions ou de billions de
En attendant le graphène, détail sur les
caractéristiques des processeurs

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Les processeurs
Caractéristiques des processeurs la
suite
Pour bien comprendre la
manière dont les informa-
tions circulent, nous allons
prendre l’exemple de l’au-
toroute. Si une autoroute
ne comprend qu’une seule
voie dans chaque sens,
on peut en déduire qu’une
seule voiture pourra se
déplacer à la fois dans un
sens. Pour augmenter le
trafic, il est possible d’a-
jouter une seconde voie
ce qui permettra d’avoir
deux fois plus de véhi-
cules qui pourront circuler
dans le même laps de
temps. Le processeur 8
bits peut être comparé à
une autoroute à une voie
unique, puisque seul un
octet peut circuler sachant
que un octet équivaut à 8
bits. Afin d’augmenter
encore le trafic, on peut
décider de construire une
autoroute à quatre voies
dans chaque sens. Cet
exemple est le modèle
type d’une architecture
correspondant à un bus
de données 32 bits,
capable de transférer 4
octets d’informations si-
multanément. Si l’on
pousse un peu plus loin
notre exemple on obtien-
dra un bus de données de
64 bits que l’on peut com-
parer à une autoroute à
huit voies dans chaque
sens.
On nomme ces données
extrêmement importante
que l’on vient d’expliquer,
la largeur du bus de don-
nées d’un processeur. Im-
portante, car c’est cette
valeur qui conditionne
aussi la taille d’un banc de
mémoire vive (support de
barrettes présentes sur
une carte mère.
Bus d’adresses
Le bus d’adresses est
l’ensemble des fils qui
transportent les informa-
tions d’adressage utilisées
pour descrire la zone de
mémoire dans laquelle les
données sont envoyées
ou depuis laquelle les
données proviennent.
Tout comme pour le bus
de données, chaque fil
transporte un seul bit
d’information. Ce bit est
toujours un chiffre unique
de l’adresse. Plus il y a de
fils (chiffres) utilisés pour
calculer ces adresses,
plus le nombre de zones
d’adresses est important.
La taille ou largeur du bus
d’adresses indique la
quantité de RAM maxi-
male que le processeur
peut adresser.
Pour faire une comparai-
son, le bus d’entrée/sortie
de données est représen-
té par l’autoroute et que
sa taille correspond au
nombre de voies. Le bus
d’adresses correspond au
numéro de maison ou plus
simplement à l’adresse
dans une rue. Par exem-
ple, si vous habitez une
rue où il n’y a que des
adresses à deux chiffres,
il ne peut y avoir que cent
adresses distinctes dans
votre rue que l’on écrira
10 puissances 2. Si l’on
ajoute un chiffre, le nom-
bre d’adresses passera à
mille, soit 10 puissance 3.
La taille du bus de
données est une indica-
tion de la capacité de
déplacement d’informa-
tions du processeur ; La
taille du bus d’adresses
indique la quantité de
mémoire qui peut être
gérée par la puce. Il faut
retenir que la taille des
bus peut fournir de
précieuses informations
concernant la puissance
relative d’un processeur.
Registres internes (bus
de données internes)
La taille des registres
internes est sensiblement
égale à celle du bus de
données interne. C’est
quoi un registre ? Une
cellule de stockage située
à l’intérieur du processeur.
A titre d’exemple, le
processeur peut addition-
ner des nombres dans
deux registres différents,
puis stocker le résultat
dans un troisième registre.
Il faut retenir que la taille
d’un registre détermine la
quantité de données que
le processeur peut traiter.
Mais le plus important,
c’est que cette taille
décrira également les
types de logiciels ou de
commandes et d’instruc-
tions que le processeur
peut exécuter. Presque
tous les processeurs
modernes utilisent des
registres internes de 32
bits, ils peuvent par
conséquent faire fonction-
ner les systèmes d’exploi-
tation identiques et les
mêmes logiciels 32 bits.
Certains processeurs
comme par exemple le
Core 2 Duo est compa-
tible pour faires fonction-
ner les logiciels et
systèmes d’exploitations
soit en 32 bits ou 64 bits
car il intègre en son cœur
les deux variantes de
registres internes.

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Les processeurs
Le processeur est l'élé-
ment le plus connu d'un
ordinateur et c'est aussi le
plus important, c'est le
coeur ou plutôt le cerveau
de la machine. A tel point
que certains se contentent
du modèle de processeur
pour qualifier un ordina-
teur complet. C'est une
erreur car le processeur
n'est pas le seul compo-
sant important d'un PC.
La carte graphique, par
exemple, est encore plus
importante pour les
joueurs.
Actuellement, il existe
deux grands fondeurs
produisant des proces-
seurs pour PC, INTEL et
AMD qui se partagent
quasiment entièrement le
marché avec environ 80%
pour Intel et 20% pour
AMD. Ces chiffres sont
ceux du marché global
(OEM, entreprises...) mais
dans le segment qui nous
intéresse, celui des par-
ticuliers qui achètent un
processeur au détail, les
parts de marché sont
d'environ 70/30. Il existe
d'autres fondeurs comme
IBM, Texas Instrument ou
VIA mais leurs produits
sont surtout réservés à
certaines niches du mar-
ché (consoles, télépho-
nes etc...).
Bref vous avez le choix
entre Intel et AMD pour le
processeur de votre PC
mais ce n'est pas pour
autant que le choix est
simple car les gammes et
le nombre de références
sont très importants chez
les deux fabricants. On
Comment choisir son processeur ?
définit généralement le
marché en 3 grandes
catégories : processeurs
mobiles, processeurs de
bureau et processeurs
pour serveurs.
Dans ce bulletin, nous
nous intéresserons uni-
quement à la deuxième
catégorie, sauf dans le
cas où des processeurs
mobiles ou serveurs
pourraient être utilisés sur
des cartes mères de PC.
Socket et familles de
processeurs
On définit généralement
une famille de proces-
seurs en désignant le
socket spécifique pour un
processeur. Le socket est
l'élément de la carte mère
qui permet d'accueillir le
processeur (les picots du
processeur se logent dans
les trous du socket). Les
différents sockets sont
toujours totalement incom-
patibles entre eux. Lors-
que l'on doit choisir un
modèle de processeur il
faut donc identifier si la
carte mère accepte des
processeurs AMD ou Intel
et quel type de socket (et
vérifier que le chipset de
la carte mère supporte
ces modèles de proces-
seurs).
Les processeurs sont
ensuite déclinés par fa-
mille, chacune étant com-
posée de plusieurs modè-
les assez similaires mais
avec des fréquences de
fonctionnement différentes
et des quantités différen-
tes de mémoire cache
L2). En résumé, on peut
classer les familles de
processeurs de cette
façon :
Les processeurs d’entrée
de gamme comprennent
les Celeron/Pentium chez
Intel et Sempron/Athlon
chez AMD. Il s'agit de
processeurs peu chers
mais disposant souvent
d'un bon rapport qualité
prix. Ces processeurs
sont adaptés pour la
bureautique ou du surf
mais un peu moins pour
les joueurs.
Les processeurs de milieu
de gamme comprennent
les Core i3 en entrée du
milieu de gamme et les
Core i5 dans le "haut du
milieu de gamme" chez
Intel. FX 4x00 et 6x00
chez AMD. C'est la famille
de processeurs la plus
vendue au détail.
Puis, viennent enfin les
processeurs haut de
gamme qui servent plutôt
de vitrine technologique.
Les fondeurs cherchent
souvent à disposer d'un
processeur très haut de
gamme et très puissant
pour promouvoir leur ima-
ge de marque, ces pro-
cesseurs dépassent par-
fois les 1000 euros l'unité.
Il s'agit des processeurs
Core i7 chez Intel, AMD
n'est plus présent sur ce
segment du marché.
Souvent ces processeurs
très haut de gamme sont
à peine plus performants
que le milieu de gamme
(rarement plus de 20% de
performances supplémen-
taires) pour un prix de
vente doublé voir triplé !