Il faut garder à l’esprit que la formule de consommation dans un processeur est la suivante :
Consommation = Capacité * Fréquence d’horloge * Tension au carré
La capacité d’un processeur étant une constante, les variables utilisées pour faire fluctuer la consommation d’énergie, mesurées en watts (W), sont la fréquence d’horloge et la tension. La relation entre les deux est que plus la vitesse d’horloge que nous voulons atteindre est élevée, plus la tension dont nous avons besoin est élevée, ce qui fait que l’augmentation de la consommation n’est pas linéaire, mais plutôt exponentielle.
Maintenant, nous pouvons constater que la même vitesse d’horloge peut être atteinte par différentes tensions et qu’il est idéal que la consommation ait la valeur la plus faible, bien que cela soit contre-productif face à des augmentations temporaires de la vitesse d’horloge, car il se peut que la vitesse de pointe ne puisse pas être atteint sans utiliser une valeur plus élevée.
Qu’est-ce que la norme ACPI ?
Pour comprendre les différents états de consommation d’un processeur Intel il faut d’abord comprendre comment fonctionne la norme ACPI, acronymes qui signifient Configuration avancée et interface d’alimentation (ACPI) ce qui entraînerait des paramètres avancés et une interface d’alimentation. Cela donne au système d’exploitation les capacités suivantes :
- Explorez et découvrez de nouveaux composants ou périphériques connectés aux interfaces d’E/S. Ce qui permet également le Plug and Play et le Hot Swapping.
- Maîtriser la consommation d’énergie, ce qui leur permet de faire varier la vitesse d’horloge et la tension consommée par chacun d’eux.
- Avoir la possibilité de mettre le processeur et les différents composants matériels en veille.
- Il est essentiel pour surveiller les logiciels et le matériel.
C’est une norme existante dans les processeurs depuis 1996 et définit les états globaux suivants pour la consommation sur un PC :
- G0 : l’ordinateur fonctionne à cent pour cent de sa capacité.
- G1 : le système est en veille, il est donc allumé, en consommant le moins possible
- G2 : le système est inactif, mais l’exécution du logiciel s’est complètement arrêtée, il n’y a donc pas d’exécution en arrière-plan.
- G3: lorsque cet état est activé, tout l’ordinateur s’éteint.
Dans cet article, nous parlerons de ce qui se passe lorsque l’ordinateur est en mode G0 et nous ne prendrons donc pas en compte les modes veille ou hibernation définis via les C-States. Plus que tout parce que nous pensons qu’il est important de briser le mythe de la consommation élevée des processeurs Intel.
Les P-States et la consommation en processeurs Intel
Pour que les P-States soient actifs, il faut que le PC soit dans l’état G0 et donc C0, où l’on parle du CPU en cours d’exécution et donc en train d’exécuter du code. C’est-à-dire l’utilisation habituelle du CPU où il a accès à toute l’énergie que l’alimentation peut lui donner via la carte mère
Selon la norme ACPI d’origine, le système d’exploitation, qui est en charge de gérer les différents processus, doit être en charge de gérer la puissance du processeur, bien qu’à partir de l’architecture Intel Sky Lake, des changements importants aient été apportés et les P-States n’étaient plus contrôlés par le système d’exploitation pour être une unité matérielle chargée de passer d’un état à un autre, prenant pour cela des informations du MEMS interne
Le nombre d’états P varie selon le processeur et varie de la vitesse d’horloge la plus basse et utilisant un seul cœur à celui utilisant tous les cœurs à la vitesse d’horloge la plus élevée possible. Nous devons tenir compte du fait que la vitesse d’horloge totale est obtenue à partir d’une fréquence de base qui peut être multipliée plusieurs fois, de sorte qu’une vitesse d’horloge aléatoire ne sera pas prise, mais le multiplicateur variera selon les besoins.
Les P-States rendent les processeurs plus efficaces
Comme vous pouvez le voir dans le graphique ci-dessus, qui est un exemple illustratif, la consommation d’énergie des processeurs Intel dans chacun des P-States est étroitement liée à la tension et rappelez-vous que cela est lié à la vitesse d’horloge, mais de Afin d’obtenir une plus grande efficacité, une variable supplémentaire est utilisée.
Eh bien, ni plus ni moins que la charge de travail du CPU et puisqu’il exécute des instructions, la charge de travail est définie dès le départ par la quantité d’instructions qu’il doit exécuter. Ce qui se passe aujourd’hui, c’est que nous avons des environnements multitâches où plusieurs programmes et leurs processus s’exécutent simultanément en même temps et dans des systèmes multicœurs, nous avons donc différentes charges de travail qui sont réparties entre les différents cœurs.
Comme le système d’exploitation affecte ces processus aux différents cœurs, il sait quel est son niveau de charge de travail sur chacun. Cependant, ce n’est pas ce que chaque instruction fait, mais aussi combien chacune consomme lors de l’exécution est gardé sous clé.Aujourd’hui, dans le CPU, il y a une série d’unités matérielles commandées pour cela. Cette technologie est essentielle pour réduire la consommation des processeurs Intel et les rendre plus efficaces en fonction des applications que vous exécutez.
Et qu’est-ce qui définit chaque P-State ? Eh bien, le nombre de cœurs actifs, la vitesse d’horloge et la tension dans chacun d’eux, bien sûr, avoir un processeur pour les jeux, c’est comme avoir une super voiture de sport et vous ne voulez pas qu’il y ait de limite de vitesse, surtout si vous êtes en compétition ou, dans notre cas, exécutant une application performante telle que des jeux.
Que sont PL1, PL2 et PL4 sur les processeurs Intel ?
La consommation maximale des processeurs Intel est marquée par les constantes Power Limit qui marquent la limite en watts qu’un processeur peut consommer, PL1 étant la limite normale que le CPU peut atteindre pendant 100 % du temps.
Quant à la PL2, beaucoup d’entre vous auront observé qu’il existe une fréquence Boost, qui dans les processeurs Intel s’appelle Turbo et c’est qu’en gros l’analogie avec une super voiture de sport est idéale pour comprendre cela, puisqu’elle donne au processeur une puissance supplémentaire temps pour un temps limité, augmentant votre vitesse d’horloge pendant le même temps, au total jusqu’à 100 secondes.
Le mode PL4 en revanche correspond à une micro accélération, de seulement 10 microsecondes, donc seulement pour quelques instructions et pour atteindre des vitesses beaucoup plus loin, qui du fait de leur hauteur, ne sont pas soutenables pour le processeur sur le long terme. Ce n’est pas un mode couramment utilisé et Intel l’a à peine documenté.
PL1 = PL2 sur Intel Core 12, quel impact sur la consommation ?
Un changement qu’Intel a apporté à son architecture Alder Lake-S est le fait que PL1 = PL2, une déclaration qui a causé beaucoup de confusion en raison du fait que dans les architectures CPU précédentes de la société, le mode PL2 durait jusqu’à 100 secondes au cours desquelles le graphique de consommation a fait un pont dans lequel la consommation a d’abord augmenté progressivement, un bon temps s’est maintenu en PL2 puis a progressivement diminué en PL1.
Disons qu’il existe une possibilité dans les CPU avec l’architecture Alder Lake-S de faire fonctionner le processeur en mode PL2 comme s’il s’agissait du mode PL1 et que les vitesses d’horloge maximales peuvent être atteintes sans limite de temps. Ce qui a des conséquences évidentes sur la durabilité et la consommation du CPU, mais c’est pourquoi nous avons précédemment expliqué les P-States.
Il faut prendre en compte qu’en ce qui concerne la consommation dans les processeurs Intel, les PL attribués à chaque processeur sont une limite et celle-ci n’est pas toujours atteinte, donc le CPU va faire varier sa vitesse d’horloge et sa tension en fonction de ses besoins et ils ne consommeront pas toujours ce maximum. Il existe même des unités qui, lorsqu’elles ne sont pas utilisées, sont éteintes ou leur vitesse d’horloge est abaissée afin qu’elles consomment moins.