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Intel Core i9-10900K : les paramètres PL1, PL2 et Tau expliqués en détail

Intel Core i9-10900K: Die Parameter PL1, PL2 und Tau ausführlich erklärt

Lors du test des Core i9-10900K et Core i5-10600K, les nouveaux CPU Comet-Lake-S n’ont pas seulement dû passer des tests de référence, la rédaction s’est aussi beaucoup consacrée aux paramètres PL1, PL2 et Tau. Cependant, cet aspect est rapidement perdu dans le grand article, c’est pourquoi il apparaît à nouveau séparément ici.

Noyau i9-10900K : 250 Watt pendant 56 secondes

L’une des nouvelles caractéristiques les plus intéressantes de la Comet Lake-S est la décision d’Intel d’augmenter le TDP sur ses modèles haut de gamme. Après plus de cinq ans dans la même phase de fabrication et avec la même architecture de processeur, le fabricant n’a plus guère la possibilité d’augmenter les performances du silicium. Le pied de biche proverbial a toujours été la dernière panacée espérée – mais il a rarement été couronné de succès.

Les paramètres PL1 (consommation électrique permanente, correspond au TDP), PL2 (consommation électrique maximale autorisée) et Tau (durée maximale pendant laquelle le PL2 peut être appliqué) pour la consommation électrique en charge sont également valables pour la nouvelle génération de noyau. Cependant, Intel l’a adapté de manière significative pour la comète Lac-S. Seules les valeurs des K-CPU ont été officiellement confirmées jusqu’à présent.

Auparavant, le facteur 1,25 fois PL1 pour un maximum de 28 secondes (rosée) s’appliquait à PL2. Pour le Core i9-10900K, le facteur 2,0 sur 56 secondes est à nouveau valable. Selon les spécifications d’Intel, le processeur à dix cœurs peut donc consommer 250 watts de puissance pendant une minute – si un autre paramètre n’est pas atteint, voir ci-dessous.

Les gradations sont différentes pour les deux autres modèles K. Le Core i7-10700K peut prendre un maximum de 229 watts, le Core i5-10600K toujours 182 watts. Sur la base des 125 watts de TDP aka PL1, dont disposent tous les modèles K, cela correspond à un facteur de 1,83 et 1,46, respectivement, et est donc nettement supérieur au facteur de 1,25 utilisé auparavant.

Officiellement, Intel a seulement quantifié ces trois processeurs exactement avant le lancement. Même sur des dizaines de demandes, il n’y avait pas de détails sur le PL2 et le Tau pour les processeurs supplémentaires, car même avec les processeurs ordinaires de 65 watts, il semble que l’ancien modèle ne reste pas le même. Ainsi, un Core i5-10400F affiche même un facteur de 2,06 de PL1 à PL2, ce qui, selon le fabricant de la carte mère, correspond aux spécifications d’Intel sur demande explicite de la rédaction.

Le plan de la Comète Intel Lake-S avec dix cœurs
Vue de la Comet Lake-S d’Intel avec dix cœurs (Photo : Intel)

PL1, PL2, Tau et EWMA

Une consommation électrique maximale de 250 watts (PL2) pendant 56 secondes (rosée) avant de passer à 125 watts (PL1) permet au Core i9-10900K d’avancer dans des régions complètement nouvelles sur le papier. Mais l’importance de la différence dans la pratique est loin d’être évidente. Il y a deux raisons à cela.

Les cartes mères le traitent différemment

Tout d’abord, les cartes mères vendues au détail ont, par le passé, généralement outrepassé les spécifications d’Intel pour le PL1, le PL2 et le Tau et ont plutôt permis au processeur de disposer de toute la puissance électrique nécessaire pour la vitesse d’horloge turbo maximale autorisée. Seuls les PC des équipementiers ont été équipés de PL1 et de Tau.

D’autre part, la différence entre le PL2 permanent et le PL1 étranglé n’était pas particulièrement importante, de sorte que la perte de puissance était par conséquent relativement faible. Avec un maximum de PL2 = 2 × PL1, la portée est nettement plus grande pour les nouveaux K-CPU. Mais il semble également y avoir des changements avec la comète Lac-S en ce qui concerne le premier point.

Intel Core i9-10900K avec limites Turbo et TDP
Intel Core i9-10900K avec limites Turbo et TDP

Ainsi, une mire haut de gamme Z490 d’Asus avec le BIOS installé en premier n’a pas seulement collé aux spécifications d’Intel (au lieu de toujours fonctionner à la fréquence d’horloge maximale sans faire attention au PL1 et au PL2), mais elle oblige aussi l’utilisateur à choisir pour la première fois directement au premier démarrage avec le dernier BIOS publié par Asus : fonctionnement sans limites ou avec les limites d’Intel. PL1, PL2 et Tau étaient si visibles, et en revanche, leur renonciation n’a jamais été vue auparavant sur les cartes mères.

Le BIOS Asus vous permet de fixer les limites dès le premier démarrage
Le BIOS Asus vous permet de fixer les limites dès le premier démarrage

Les cartes mères ASRock avec le BIOS actuel dans les paramètres par défaut donnent toujours les pleins gaz sans aucune indication, c’est-à-dire que le processeur peut toujours utiliser le turbo maximum spécifié. Dans ce cas, PL1, PL2 et Tau peuvent être définis manuellement par l’utilisateur selon les spécifications d’Intel, mais seuls quelques utilisateurs trouveront cette option dans le BIOS.

Si cela est fait, ou si la carte mère d’Asus est choisie « selon les spécifications », il s’avère que le Core i9-10900K passe parfois de PL2 (250 watts) à PL1 (125 watts) tôt ou tard – plus la dernière phase de pleine charge est courte, moins le CPU a droit à 56 secondes au maximum.

La plupart des
La plupart des « mainboards de vente au détail » ignorent encore les spécifications

Pas d’assistance technique de la part d’Intel

La rédaction a passé les premiers jours en communication constante avec Intel et les fabricants de cartes mères afin de trouver la cause de ce comportement. Cependant, au début, il n’y avait rien d’Intel. L’entreprise s’est obstinée à fermer pendant des années sans divulguer les détails techniques ou les documents d’appui au départ.

Au final, un fabricant de carte mère a apporté des éclaircissements en se référant aux spécifications d’Intel, qui a pu démontrer que sa carte mère se comporte correctement lorsqu’elle utilise les technologies PL1, PL2 et Tau, même si les phases de pleine charge se déroulent toujours différemment. Intel, en revanche, n’a fait référence qu’à de vieux croquis dans les documents d’appui jusqu’à la fin, mais avec l’allusion que les choses sont différentes maintenant.

L’importance de la consommation d’énergie des processeurs EWMA

La raison du comportement du Core i9-10900K, qui devrait également affecter les autres CPU du Comet Lake S, est la moyenne mobile (EWMA, Exponentially Weighted Moving Average) de la consommation électrique du CPU.

Le turbo d'Intel sur le Xeon E3-1200 v6 (Kaby Lake)
Le turbo d’Intel au Xeon E3-1200 v6 (Kaby Lake) (Photo : Intel (PDF))

L’EWMA n’est pas nouveau, il fait partie des processeurs d’Intel depuis d’innombrables générations, et les documents de recherche sur sa fonction dans Sandy Bridge sont disponibles gratuitement. Cependant, la comète Lac-S a modifié de manière significative l’une des variables d’entrée pour le calcul de l’EWMA, rendant le mécanisme beaucoup plus visible. Mais quel rôle joue l’EWMA ?

Intel EWMA en détail
Intel EWMA en détail (Image : Intel)

L’EWMA détermine combien de temps le PL2 peut être tenu avant que le PL1 n’entre en jeu. À proprement parler, ce temps n’est pas fixé à 56 secondes (précédemment 28 secondes). Cela est compréhensible : même après un temps d’inactivité extrêmement court, l’unité centrale pourrait sinon faire tourner PL2 encore et encore pour le temps tau. Au lieu de cela, il doit passer de PL2 à PL1 lorsque la moyenne mobile pondérée exponentiellement de la consommation d’énergie du CPU atteint PL1. Le CPU ne doit pas dépasser le TDP en moyenne pour éviter de surcharger le système de refroidissement conçu pour lui.

Ainsi, ce que le CPU a fait avant la nouvelle phase de pleine charge joue également un rôle, même si l’influence sur le résultat diminue avec un intervalle de temps plus long. Une phase d’inactivité plus longue avec seulement 10 watts de consommation électrique a rapidement peu de poids après le début d’une phase de pleine charge avec jusqu’à 250 watts (PL2 sur l’i9-10900K), l’EWMA se rapproche rapidement du PL1. Si le CPU était auparavant soumis à une charge élevée, l’EWMA est nettement plus élevé que la consommation d’énergie au repos et atteint PL1 plus rapidement.

Plus la charge sera courte, plus les performances du PL2 et du Tau se refléteront clairement dans les performances d’un CPU exploité selon les spécifications d’Intel. De nombreux tests de référence courts pourront utiliser 250, 229 ou 182 watts pendant toute leur durée, tandis que les tests plus longs et les unités centrales de 95 watts avec un PL2 de 119 watts auront des limites beaucoup plus basses.

L'EWMA repose sur une formule compliquée
L’EWMA repose sur une formule compliquée

Core i9-10900K(F) : avec des pertes significatives

Cela devient très clair dans une série de tests avec le Core i9-10900K en Cinbench R20. Ici, l’unité centrale parvient à utiliser le PL2 (jusqu’à 250 watts) après une longue phase d’inactivité avec une consommation électrique minimale dans le cas idéal sur toute la durée d’exécution de 48 secondes, mais une nouvelle exécution, commencée deux secondes après la fin de la première série de tests, n’approuve le PL2 que pendant quelques secondes de plus, et il se comporte de la même manière lors de la troisième exécution. Pour le temps de fonctionnement restant, seul le PL1 (125 watts) est disponible.

Résultats du Cinebench R20 dans le temps

    • Noyau i9-10900K 1er tour

    • Noyau i9-10900K 2e baril

    • Noyau i9-10900K 3e baril

    • Noyau i9-10900K 1er tour

    • Noyau i9-10900K 2e baril

    • Noyau i9-10900K 3e baril

    • Noyau i9-10900K 1er tour

    • Noyau i9-10900K 2e baril

    • Noyau i9-10900K 3e baril

Les effets sur le résultat sont importants : au maximum, 6 400 points sont obtenus, dans le pire des cas, seulement un peu plus de 5 400 points – soit une différence de 16 % sur un seul et même processeur. La perte d’horloge de 900 MHz, soit 18 %, de l’horloge continue de 4,9 GHz à 4,0 GHz, ce qui signifie le retour de PL2 à PL1, s’échelonne presque linéairement avec la perte de performance dans le test.

Les diagrammes suivants montrent l’horloge et la puissance du paquet correspondant dans le temps sur trois passages dans Cinebench R20 – une fois sans limites, une fois avec des limites à 2 secondes de pause entre les repères et une fois avec des limites à 30 secondes de pause.

Lorsque les limites sont dépassées, chacun des trois passages fournit en permanence un turbo 4,9 GHz tout cœur, avec une consommation supérieure à 200 watts.

Si les limites officielles d’Intel ont été fixées, la puissance du paquet sera réduite de plus de 200 à 125 watts (PL1) à la fin de la première exécution, car l’EWMA a atteint le niveau de PL1. Dans les 2e et 3e tours, cela se produit après seulement quelques secondes, car deux secondes seulement sont une pause trop courte pour laisser l’EWMA chuter de manière significative.

Si 30 secondes sont accordées entre les runs, le PL2 peut être utilisé plus longtemps dans les 2ème et 3ème runs, mais toujours pas aussi longtemps que dans le 1er run. Dans une application qui consommerait un peu plus de 200 watts à pleine charge, le passage au niveau PL1 se produirait encore plus tôt, dans des applications qui consomment moins d’énergie plus tard ou même jamais (puissance du boîtier inférieure au niveau PL1).

Les jeux en sont un exemple : Les limites des jeux exemplaires Assassin’s Creed : Odyssey et Shadow of the Tomb Raider n’ont aucune influence, car la puissance du paquet est en permanence inférieure au niveau de PL1. Les deux parcours s’étendent du processus de chargement au jeu.

Noyau i5-10600K(F) : presque pas affecté

Le Core i5-10600K avec PL2 à 182 watts et PL1 à 125 watts ne présente pas ce comportement et la raison en est simple : même les applications très exigeantes nécessitent un maximum de 115 watts de la part du CPU, seulement en Prime c’est jusqu’à 150 watts – seulement là la fréquence d’horloge baisse de 200 à 300 MHz en atteignant le seuil EWMA = PL1, car la consommation baisse à 125 watts.

Dans ce cas, Intel a fixé des limites avec l’augmentation du TDP de 95 à 125 watts, qui n’ont pas besoin d’être repoussées : elles permettent au CPU de toujours utiliser la totalité des 56 secondes du PL2 dans l’utilisation quotidienne en tenant compte des spécifications. C’est ce que montre également la courbe de puissance de l’horloge et de l’emballage sur trois passages dans Cinebench R20 avec des limites fixées.

Noyau i7-10700K(F) : Sortie ouverte

Le comportement du Core i7-10700K(F) ne peut actuellement être que deviné, car un échantillon n’est pas encore disponible. Huit noyaux à une fréquence d’horloge élevée correspondent au noyau i9-9900K, mais le TDP (PL1) est également passé de 95 à 125 watts. Le PL2 à 229 au lieu de 119 watts comme dans le 9900K devrait néanmoins conduire au fait que ce CPU, tant qu’il fonctionne dans les limites d’Intel, ne peut utiliser le PL2 que pendant 56 secondes complètes après des phases d’inactivité ou de charge partielle plus longues. À court terme, l’unité centrale devrait être considérablement plus rapide, même si elle ne sépare que 100 MHz sur le papier, mais à long terme avec le PL1 attaché dans chaque cas, ils sont certainement plus proches.

Qu’en est-il des modèles non-K ?

Intel n’a pas publié de documentation pour le lancement, donc on ne peut rien dire sur ce sujet. Mais une chose semble déjà certaine : il y aura des changements ici aussi. Le Core i5-10400F d’Intel, qui est arrivé des magasins il y a quelques heures, affiche correctement PL1 à 65 watts et sort Tau à 28 secondes, mais PL2 est à 134 watts. Les consultations avec les fabricants de cartes mères confirment que la valeur est correcte. Il correspond même à 2,06 fois le TDP. Intel ne pouvait ou ne voulait pas faire une nouvelle déclaration.

Un Intel Core i5-10400F avec toutes les limites d'Intel ...
Un Intel Core i5-10400F avec toutes les limites d’Intel …
... a un PL2 de 134 Watt à un PL1 de 65 Watt
… a un PL2 de 134 Watt à un PL1 de 65 Watt

Des critères de référence solides, mais sans limites

Tester de manière reproductible des processeurs dotés de turbo-mécanismes à plusieurs étages a déjà été compliqué récemment, mais le fait que les spécifications d’Intel concernant les PL1, PL2 et Tau, souvent complètement ignorées pendant des années, ne le sont toujours pas partout, rend la tâche encore plus complexe. En effet, une unité centrale peut présenter des niveaux de fiabilité très différents. Tech Astuce a donc décidé de tester les nouvelles unités centrales dans deux configurations :

  • Sans limites, c’est-à-dire toujours avec le turbo maximum autorisé, ce qui signifie jusqu’à 310 watts de puissance de paquet (Prime95) dans le Core i9-10900K.
  • Avec PL2 et PL1 avec un décalage suffisant entre les repères pour exploiter la rosée

Mais le message est clair : même le deuxième test effectué par l’équipe de rédaction représente le meilleur cas avec des limites. Si l’ensemble du parcours était réalisé avec un minimum de pauses entre les points de référence, au moins le Core i9-10900K serait encore plus lent. Et l’ordre des critères de référence ferait alors la différence.
En fin de compte, dans le cas extrême, deux processeurs différents produiraient un seul noyau i9-10900K. L’un qui est toujours autorisé à obtenir autant qu’il le souhaite, l’autre qui retombe à la valeur directement après 5 secondes au-dessus de la marque des 125 watts. Que quelque chose comme cela se reflète massivement dans la performance est déjà clair en théorie et a été clairement démontré en pratique dans le test. L’équipe de rédaction prévoit de fournir des points de référence correspondants plus tard.

Toutes les informations complémentaires sur les nouveaux processeurs Comet Lake S d’Intel se trouvent dans l’article Core i9-10900K et i5-10600K in review : A question of limit.

Intel Core i9-10900K et i5-10600K en test
Intel Core i9-10900K et i5-10600K en test
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Robin Vigneron

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