Intel et AMD lancent des processeurs qui préfigurent ceux des serveurs

Les derniers AMD Ryzen 7000 et Intel Core Raptor Lake arrivent sur le marché. Destinés aux PC, ils intègrent les circuits des prochains Epyc 9000 et futurs Xeon Emerald Rapids.

Un aperçu des prochains processeurs de serveurs. Intel lance ces jours-ci la nouvelle génération Raptor Lake de ses CPUs, mais uniquement les versions Core pour PC. Les Xeon qui reposent sur cette nouvelle architecture n’arriveront pas avant un an, au bas mot. D’autant qu’une version intermédiaire est toujours en attente. Dans le même temps, AMD lance ses nouveaux processeurs Ryzen 7000 pour PC. Eux aussi préfigurent ce que seront les prochains Epyc 9000 pour serveurs. Mais, dans ce cas, il s’agira bien des modèles que l’on attend pour courant 2023.

Tous ces processeurs ont en commun de gérer les mémoires DDR5 et les bus PCIe 5.0, qui offrent chacun deux fois plus de bande passante que les DDR4 et PCIe 4.0 que l’on trouve actuellement sur les cartes mères. Ils ont aussi la particularité d’avoir une fréquence qui franchit la barre des 5 GHz.  

Que sont les nouveaux processeurs Intel Core Raptor Lake ?

Photo du processeur Intel Core.
Le processeur Intel Core.

Les processeurs Raptor Lake sont une optimisation de l’architecture Alder Lake des Intel Core sortis en 2021. Comme eux, ils mixent dans la même puce des cœurs performants (P-Cores) et des cœurs économiques (E-Cores). En revanche, ils intègrent deux fois plus de cœurs économiques, tandis que leurs cœurs performants grimpent désormais jusqu’à 5,8 GHz, contre un maximum de 5,2 GHz auparavant.

Ces processeurs sont toujours gravés en 10 nm, puisqu’Intel n’a pas encore construit les usines qui lui permettront de descendre en dessous. Par conséquent, une telle accélération de la fréquence est une caractéristique étonnante. D’autant plus étonnante qu’Intel et ses concurrents ont passé des années, depuis le Pentium 4 au début des années 2000, à expliquer qu’il ne serait jamais possible d’aller au-delà de 4 GHz dans un processeur, quelle que soit la finesse de gravure, pour des raisons physiques qui dissiperaient totalement l’électricité des signaux en chaleur.

Intel parle d’une augmentation des performances de 15 % par cœur, du fait de la fréquence supérieure, et de 41 % en multithread, grâce à la présence d’un plus grand nombre de cœurs. Cette accélération a un coût énergétique. Le modèle le plus puissant monterait à 253 W, contre 241 pour celui de la génération précédente. En revanche, il ne consommerait que 65 W quand il se met au niveau de performances de son prédécesseur.

Traditionnellement, les processeurs Core pour PC sont répartis en trois gammes : i5, i7 et i9. Intel propose deux modèles dans chacune d’elles. Les modèles 12x00K sont les moins chers :

  • Le Core i5 12600K a 6 P-Cores entre 3,7 et 4,9 GHz, 4 E-Cores entre 2,8 et 3,6 GHz (soit 16 threads en tout), 20 Mo de cache L3, 9,5 Mo de cache L2, consomme entre 125 et 150 W
  • Le Core i7 12700K a 8 P-Cores entre 3,6 et 4,9 GHz, 4 E-Cores entre 2,7 et 3,8 GHz (soit 20 threads en tout), 25 Mo de cache L3, 12 Mo de cache L2, consomme entre 125 et 190 W
  • Le Core i9 12900K a 8 P-Cores entre 3,2 et 5,1 GHz, 8 E-Cores entre 2,4 et 3,9 GHz (soit 24 threads en tout), 30 Mo de cache L3, 14 Mo de cache L2, consomme entre 125 et 241 W

Les modèles 13x00K sont les plus puissants (deux fois plus de cœurs économiques, deux fois plus de cache L2) :

  • Le Core i5 13600K a 6 P-Cores entre 3,5 et 5,1 GHz, 8 E-Cores entre 2,6 et 3,9 GHz (soit 20 threads en tout), 24 Mo de cache L3, 20 Mo de cache L2, consomme entre 125 et 181 W
  • Le Core i7 13700K a 8 P-Cores entre 3,4 et 5,4 GHz, 8 E-Cores entre 2,5 et 4,2 GHz (soit 24 threads en tout), 30 Mo de cache L3, 24 Mo de cache L2, consomme entre 125 et 253 W
  • Le Core i9 12900K a 8 P-Cores entre 3 et 5,8 GHz, 16 E-Cores entre 2,2 et 4,3 GHz (soit 32 threads en tout), 36 Mo de cache L3, 32 Mo de cache L2, consomme entre 125 et 253 W

Qu’en sera-t-il des prochains Xeon ?

Photo du prochain Xeon Sapphire Rapids.
Prototype du prochain Xeon Sapphire Rapids.

Du côté des Xeon, les fabricants de serveurs attendent toujours la génération Sapphire Rapids qui doit implémenter les mêmes cœurs que les Alder Lake, avec leur support DDR5/PCIe 5.0 et leur finesse de gravure en 10 nm. Les Xeon Sapphire Rapids auraient dû être lancés également ces jours-ci, mais ils sont finalement reportés à 2023. Selon les rumeurs, la nouvelle façon de fabriquer ces processeurs poserait quelques difficultés d’implémentation à Intel.

En l’occurrence, pour démultiplier le nombre de cœurs, les Xeon Sapphire Rapids correspondront à plusieurs circuits Core assemblés dans la même puce ; Intel rechignant à dire qu’il s’agit de circuits Core, on dira plus justement qu’il s’agira de plusieurs grappes (de « tiles ») de cœurs Golden Cove (performants) et Gracemont (économiques) que l’on trouve dans les processeurs Core Alder Lake de 2021.

A priori, Les Xeon Sapphire Rapids devraient avoir au minimum quatre grappes de cœurs. On ignore exactement combien de cœurs auront ces grappes ; des prototypes de Xeon Sapphire Rapids « superpuissants » observés de-ci de-là présentent 56 cœurs. A priori il s’agirait dans ce cas de processeurs doubles, c’est-à-dire avec 2 x 4 grappes de cœurs, donc environ 6 P-Cores et 1 E-Core par grappe. À moins qu’il s’agisse de 4 grappes de 12 P-Cores et 2 E-Cores.

Les prochains Xeon devraient aussi intégrer dans cette puce une importante partie de la mémoire, ici constituée de circuits HBM2e censés être aussi rapides que les cœurs eux-mêmes. On parle de 64 Go de RAM embarquée, à raison de 8 ou 16 Go par grappe de cœurs. Les Xeon pour supercalculateurs iront jusqu’à être assemblés avec un GPU, Ponte Vecchio. La connexion entre tous ces circuits se fera au niveau du socle sur lequel ils seront posés, une matrice qui porte le nom de EMIB (Embedded Multi-Die Interconnect Bridge).

Autre différence avec les Xeon Ice Lake que l’on trouve actuellement sur les serveurs, le cache L2 présent dans chaque grappe apportera 2 Mo à chaque cœur, contre 1,25 Mo aujourd’hui. Il y aurait 112 Mo de cache L3 par grappe de cœurs. Ainsi que 80 canaux PCIe adressables contre 64 sur les actuels Xeon Ice Lake.  

Après les Xeon Sapphire Rapids viendront les Xeon Emerald Rapids, ceux qui disposent des mêmes cœurs optimisés que les Core Raptor Lake lancés ces jours-ci et qui sont baptisés « Raptor Cove ». A priori, les Xeon Sapphire Rapids pourraient avoir plus ou moins 8 grappes de 8 cœurs P-Core (ou 4 grappes de 16 cœurs), soit 64 en tout, et consommer 350 W d’énergie. Le cache L3 grimperait à 128 Mo. Intel n’évoque plus de E-Cores.

On ne sait pas quelles seront les fréquences de tous ces Xeon. Sans doute dans les 2,3 GHz pour les Sapphire Rapids et dans les 2,6 GHz pour les Emerald Rapids. Quand on multiplie les cœurs, le design commande de baisser singulièrement la fréquence pour maintenir la température sous un seuil critique.

Les Xeon Emerald Rapids auraient dû arriver sur le marché en septembre 2023. Mais du fait du retard des Sapphire Rapids, il se peut qu’ils soient repoussés au début 2024. Il n’est pas non plus exclu qu’Intel choisisse de sauter une génération et de directement passer aux Xeon Emerald Rapids courant 2023, pour ne pas accuser trop de retard face à AMD.

On connaît déjà le nom de la génération suivante : Granite Rapids. Ces Xeon-là, disponibles entre fin 2024 et début 2025, seront les premiers à être gravés en 7 nm. Leurs cœurs devraient s’appeler Redwood Cove et il y en aurait deux fois plus par grappe (soit des processeurs atteignant 128 cœurs). Le cache L3 serait à l’avenant, avec 240 Mo. Si Intel laisse entendre que ces Xeon ne seraient plus constitués que de P-Cores, le fabricant parle dans le même temps d’une nouvelle catégorie de Xeon, les Sierra Forest, qui, eux, n’auraient que des E-Cores.

La génération suivante, celle de 2026, devrait s’appelait Diamond Rapids. Elle serait gravée avec une finesse de 5 nm, aurait sans doute jusqu’à 144 cœurs appelés Lion Cove et 288 Mo de cache L3.

Quels sont les nouveaux processeurs Ryzen 7000 d’AMD ?

Photo du nouvel AMD Ryzen 7000.
Le nouvel AMD Ryzen 7000.

Chez AMD, les processeurs pour PC Ryzen 7000 arrivent sur le marché avec de nouveaux cœurs Zen 4 gravés en 5 nm (7 nm sur la génération précédente). Cette finesse de gravure leur permet de consommer bien moins d’énergie que les processeurs d’Intel.

Ces processeurs grimpent, eux aussi, jusqu’à 5,7 GHz de fréquence et ils ont deux fois plus de cache L2 que les cœurs Zen 3. Soit 1 Mo par cœur au lieu de 512 Ko. AMD annonce 29 % de performances en plus par cœur (ou +13 % à fréquence égale) et 44 % en plus en multithread.

Ici, pas de mix entre les types de cœurs, ils sont tous présentés comme performants (donc exécutent tous deux threads). Le fabricant ne propose pour l’heure que quatre modèles de processeurs Ryzen 7000 :

  • Le Ryzen 5 7600X a 6 cœurs entre 4,7 et 5,3 GHz (soit 12 threads), 6 Mo de cache L2, 32 Mo de cache L3 et consomme entre 65 et 105 W
  • Le Ryzen 7 7700X a 8 cœurs entre 4,5 et 5,4 GHz (soit 16 threads), 8 Mo de cache L2, 32 Mo de cache L3 et consomme entre 65 et 105 W
  • Le Ryzen 9 7900X a 12 cœurs entre 4,7 et 5,6 GHz (soit 24 threads), 12 Mo de cache L2, 64 Mo de cache L3, consomme entre 105 et 170 W
  • Le Ryzen 9 7950X a 16 cœurs entre 4,5 et 5,7 GHz (soit 32 threads), 16 Mo de cache L2, 64 Mo de cache L3, consomme entre 105 et 170 W

En l’occurrence, une puce Ryzen semble comporter une ou deux grappes de 8 cœurs et, dans ces grappes, 2 cœurs sont éventuellement désactivés, car ils n’ont pas passé les tests de mise en production. Cette façon de faire, dont Intel avait lui-même usé par le passé, permet de mettre sur le marché des puces moins chères, car il ne fait fabriquer que des wafers avec des circuits de 8 cœurs en s’autorisant des défauts sur les circuits gravés au bord du wafer.

Comment les Ryzen 7000 seront-ils déclinés en Epyc 9000 ?

Photo de l'AMD Epyc 9000.
L'AMD Epyc 9000.

Les Ryzen 7000 seront déclinés en processeurs Epyc Genoa « 9000 » a priori quelque part au premier trimestre 2023, voire avant la fin de 2022. Pour faire court, ces Epyc reviendront à 4, 8 ou 12 grappes de 8, 6 voire 4 cœurs fonctionnels. AMD devrait même grimper à 16 grappes vers l’été 2023 pour atteindre 128 cœurs. D’ici là, les premiers Epyc 9000 se déclineront en 18 modèles. En plus des différentes combinaisons entre le nombre de grappes et leur nombre de cœurs, certains modèles seront déclinés avec plus ou moins de cache L3, tandis que d’autres auront une version pour les serveurs à un processeur et une autre pour les serveurs à deux processeurs.

Par exemple, en entrée de gamme, on trouvera l’Epyc 9124 économe en énergie avec ses 16 cœurs (4 x 4) entre 2,6 et 2,7 GHz et 64 Mo de cache L3 qui ne consomme que 200 W. Mais on trouvera aussi le modèle Epyc 9124F, dont les 16 cœurs sont cadencés entre 3,6 et 3,8 GHz, qui a 256 Mo de cache L3 et qui consomme 320W.

Même chose vers le milieu de gamme entre l’Epyc 9334 avec ses 32 cœurs de 2,3-2,5 GHz, 128 Mo de cache, qui consomme 210 W et l’Epyc 9000 ES avec ses 32 cœurs de 3,2-3,4 GHz, 256 Mo de cache, qui consomme aussi 320 W.

En haut de gamme, l’Epyc 9654P offre 96 cœurs entre 2 et 2,15 GHz, 384 Mo de RAM et consomme 360 W.

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