« Skulltrail » : Intel déchaîne ses Core 2 Extreme !

Par Pascal Thévenier, jeudi 14 février 2008 à 11:09 :: Cartes mères :: #4230 :: rss

La course à la fréquence à cédé sa place à la course aux unités d’exécution. Après avoir coupé l’herbe sous le pied d’AMD avec les premiers « faux » processeurs Dual Core ainsi que les premiers Quad Core « non natifs », Intel sort l’artillerie lourde avec la plateforme Skulltrail. Cette grande carte mère dispose de deux supports LGA771, de 4 ports PCI-Express 16x et de 4 slots pour FBDIMM 800 MHz. Aie ! Encore de nouvelles technologies ? Non, pas vraiment ! Les supports LGA771 sont utilisés par les processeurs Xeon dans les serveurs depuis un certains temps, pour ne pas dire un temps certain, tout comme la mémoire FBDIMM. Le chipset Intel 5400 est lui beaucoup plus récent étant donné qu’il prend déjà en charge le PCI-Express 2.0 mais il est issu du milieu des serveurs. En ajoutant deux MCP100 pour avoir la bénédiction de NVIDIA dans la prise en charge du SLI, Intel transpose ses technologies « serveur » dans une plateforme de jeu haut de gamme…

Un concept déjà utilisé…

Ce n’est pas la première fois que des technologies issues du monde des serveurs se retrouvent dans une machine « plus commune ». Le Pentium 4 Extreme Edition 3,46GHz lancé en décembre 2004 faisait déjà appel au core Gallatin utilisé par les Xeon. Il avait permis à Intel de booster les performances de ce Pentium 4 grâce à un cache L3 de 2 Mo. Si les prestations étaient de très bon niveau, le rapport prix/performances était loin d’inquiéter les stars de l’époque à savoir les Athlon 64.
De manière plus générale, si nous disposons aujourd’hui de systèmes d’exploitation multitâches et/ou 64 bits capables de gérer plusieurs processeurs, c’est par héritage du « monde d’au-dessus », en d’autres mots, du monde de serveurs…


Intel D5400XS, un monstre !

Sous le nom de code Skulltrail se cache la carte mère Intel D5400XS. Contrairement aux cartes ATX que nous connaissons, il s’agit d’un modèle eATX. Avec ses dimensions généreuses (304 x 330 mm), elle n’entre pas dans n’importe quel boîtier ! Par rapport à une carte conventionnelle, il faut effectivement « caser » un second support LGA771 et son VRM. Outre ce détail, la carte dispose de 4 ports PCI-Express 16x, ce qui est une fois encore peu courant. Le reste de l’équipement est nettement plus conventionnel : 4 banques de mémoire, 6 ports SATA, un connecteur PATA, HD Audi, réseau Gigabit, etc.

Comme toutes les cartes mères Intel, la Skulltrail fait appel à des composants de très grande qualité. Le deux VRM à cinq phases disposent de capacités métalliques et reçoivent des radiateurs. A noter cependant que certaines capacités des VRM ne sont pas métalliques mais il ne s’agit pas des plus sollicitées et ce ne sont pas des composants au rabais. L’alimentation des processeurs passe par deux prises 12 volts à 8 broches (mais la seconde est heureusement optionnelle) tandis que la prise ATX 24 broches située près des banques de FBDIMM alimente le reste de la carte mère et les mémoires. Contrairement aux cartes mères classiques qui utilisent de la DDR2, la Skulltrail dispose d’un VRM spécifique à trois phases uniquement dédié à l’alimentation des banques de FBDIMM.


Des technologies venues d’ailleurs ?

Au cœur de la Skulltrail se trouve l’Intel 5400 Express Chipset. Issu du monde serveur, ce composant est d’ailleurs à la source de la majorité des choix technologiques retenus dans cette plateforme.

L’Intel 5400 Express est conçu pour gérer deux Xeon en support LGA771 et la mémoire FBDIMM. Première conséquence de ce choix, la Skulltrail est équipée de deux supports LGA771. Il est donc impossible de monter un Core 2 Duo ou un Core 2 Extreme LGA775. Les encoches sur les côtés du processeur sont d’ailleurs situées à des endroits différents. Concrètement, les deux Core 2 Extreme QX9775 (3,20 Ghz sur FSB 1600 MHz) sont donc des Xeon X5482 (mêmes spécifications) renommés pour l’occasion. Contrairement aux chipsets que nous rencontrons dans les cartes mères courantes, l’Intel 5400 Express gère deux Front Side Bus : un pour chaque processeur. Premier revers de la médaille, la communication entre les deux CPU passe par le FSB et le Nortbridge. Cette architecture ne permet donc pas de communication directe entre les deux processeurs comme le permet celle d’AMD…

Le choix de la FBDIMM est lui aussi dicté par l’Intel 5400 Express. La FBDIMM ou Fully Buffered DIMM utilise des puces de DDR2 comme celles qui se trouvent sur les modules de DDR2 traditionnels. Il existe cependant une grande différence dans le principe de fonctionnement. L’Intel 5400 Express et la FBDIMM communiquent ensemble via un bus série large de 24 bits et non via un bus parallèle de 64 bits. Un des plus gros problèmes avec la mémoire classique est d’intégrer le bus 64 bits sur la carte mère et de conserver un signal de qualité. Surtout quand il faut intégrer 8 banques de mémoire ou plus ! Avec un bus large de 24 bits, les pistes nécessaires à la FBDIMM ont un encombrement nettement moins important. En contrepartie, les modules de mémoire sont plus complexes et nécessitent la présence d’un « contrôleur » appelé ABM (Advanced Memory Buffer) qui convertit le signal série en signal parallèle interprétable par les puces de DDR2. Ces dernières sont absolument identiques à celles des modules de DDR2 en DIMM. L’AMB se charge également de la correction des erreurs et permet le monitoring de la température des modules de mémoires. Si la mémoire FBDIMM n’est pas toute récente, la FBDIMM à 800 MHz utilisée dans cette plateforme arrive sur le marché depuis fin 2007.

Le couple Intel 5400 Express – FBDIMM permet également une plus grande souplesse au niveau du mode de fonctionnement qu’un ensemble X38 - DDR2 par exemple. Ainsi, le BIOS de la Skulltrail propose 4 modes de fonctionnement : Sequential, Interleave, Mirror et Single Channel. Si les modes Mirror (duplication des données pour la sécurité comme en RAID 1) et Single Channel sont explicites, les deux autres modes de fonctionnement ne sont guère documentés. Par défaut, la la carte est réglée en mode Interleave. Etant donné qu’Intel continue de faire progresser la bande passante avec ses différents chipsets, on peut craindre que la FBDIMM 800 MHz soit un goulot d’étranglement. Elle offre en effet la même bande passante que la DDR2-800 mais elle est partagée entre deux processeurs Quad Core ! De plus, les timings sont assez élevés…


Deux caméléons chez Intel !

Ce ne sont pas des taupes mais bien des caméléons qui se sont introduits chez Intel. Outre les deux FSB et le contrôleur FBDIMM, l’Intel 5400 Express dispose de 32 lignes PCI-Express 2.0 qui peuvent être regroupées afin de former par exemple deux ports PCI-Express 16x 2.0. La Skulltrail aurait d’ailleurs très bien pu « se contenter » de deux ports PCI-Express 16x en 5 Gbps. Après tout, il n’y a rien de mieux pour un système en SLI ou en CrossFire. Etant donné que NVIDIA n’est visiblement pas disposé à licencier son 3 ways SLI, une telle configuration aurait reflété une logique implacable.

Oui, mais… non ! Avec un certain illogisme, on retrouve deux MCP100 placés sous le gros radiateur qui recouvre également l’ESB (le Southbridge en version serveur). Leur vocation est des plus limpides : ils convertissent chacun un des deux ports PCI-Express 16x 2.0 (5 Gbps) en deux ports PCI-Express 16x 1.1 (2,5 Gbps). Mais la raison de ce choix reste des plus obscures : pourquoi disposer de 4 ports PCI-Express 16x 1.1 alors que le 3 ways SLI restera une exclusivité NVIDIA ? Pour exploiter le CrossFire X ? Mais alors pourquoi s’embarrasser de puces NVIDIA et ne pas connecter directement les ports PCI-Express directement à l’Intel 5400 Express ? La seule raison qui explique la présence des MCP100 est une volonté de NVIDIA : Vous voulez le support du SLI ? Il vous faut donc installer nos MCP100 sur vos cartes ! Face caméra, tout le monde s’en tient cependant au fait que les MCP100 convertissent les 2 ports PCI-Express 16x 5 Gbps en 4 ports PCI-Express 16x 2,5 Gbps… A titre de rappel, le SLI fonctionne avec n’importe quel chipset à condition de « hacker » les pilotes. Un constructeur de cartes mères avait même mis ce genre d’utilitaire à disposition avant d’essuyer les foudres de NVIDIA. Finalement, certains auraient préféré une invasion de taupes !


Et le reste ?

Le dernier « gros » composant de la Skulltrail est l’Intel 6321ESB. L’ESB est le pendant serveur de l’ICH. Il n’est donc pas étonnant d’y retrouver un contrôleur PCI-X (à ne pas confondre avec le PCI-Express) mais ce dernier n’est pas utilisé, pas plus que les 4 autres lignes PCI-Express 1x. Sur les deux ports Gigabit intégrés, seul un est utilisé. Le reste des fonctionnalités est assez classique : 8 ports USB 2.0, interface HD Audio et 6 ports SATA.

La connectique de la Skulltrail est complète avec 2 ports eSATA, 6 connecteurs USB 2.0, une interface Gbig, un connecteur FireWire, une sortie optique et cinq jacks. Les ports « Legacy » tels que PS/2, série et parallèle passent tous à la trappe.

Nous les avions gardés pour la fin ! La configuration Skulltrail envoyée par Intel comprend deux Core 2 Extreme QX9775. Comme mentionné plus tôt, il s’agit de Xeon 5482 LGA771 rebaptisés pour l’occasion mais leurs caractéristiques sont identiques : FSB 400 MHz, 12 Mo de cache L2, gravure en 45 nm, etc. Les Core 2 Extreme QX9775 se démarquent par le support du « dual processor » (DP). Les moult avantages de la gravure en 45 nm déjà évoqués dans un article précédent sont donc au rendez-vous, notamment l’overclocking. C’est d’ailleurs la première fois que nous recevons un système pré-overclocké ! Par défaut, les deux Core 2 Extreme QX9775 étaient configurés en 10 x 400 MHz soit 4 GHz au lieu de 3,2 GHz..


Overclocking

Comme le nombre de plateformes Skulltrail disponibles est restreint, Intel nous a demandé de procéder avec modération... Le multiplicateur étant déjà préréglé à 10, nous avons augmenté progressivement le FSB. A notre très grande surprise, la machine a refusé de booter avec un FSB de 410 MHz ! Il est vrai que 4100 MHz représentent déjà une fréquence conséquente mais après quelques sueurs froides pour redémarrer la machine, nous avons baissé le multiplicateur à 8 en conservant le FSB de 410 MHz. Même résultat ! Visiblement la mémoire FBDIMM n’apprécie pas la montée en fréquence… Dans sa variante « 800 MHz », la FBDIMM est l’évolution la plus rapide mais aussi la plus récente de cette technologie. Elle dispose donc de marges de manœuvre réduites. En outre, comme tous les chipsets récents, l’Intel 5000 Express ne permet pas d’utiliser une fréquence mémoire inférieure à celle du FSB. Le ratio le plus favorable est donc de 1:1 et la fréquence du FSB est donc limitée à quelques MHz au-delà de 400 MHz par la FBDIMM. Il ne faut pas non plus perdre de vue qu’il est ici question d’overclocker deux processeurs en même temps. Sans forcer, les deux Core 2 Extreme QX9775 passent quand même de 3,2 GHz à 4 GHz soit un gain de fréquence de 25% ! En poussant la tension du core pas loin de son maximum (1,575 volt), nous avons atteint 4,41 GHz, ce qui se traduit par un overclocking très impressionnant de 37,8 %... Dans ces conditions, le système est « benchable » mais la stabilité n’est pas assurée à 100%. La faible dissipation thermique des Core 2 Extreme QX9775 a permis d’atteindre cette fréquence avec deux Noctua NH-U12P en conservant un niveau sonore très faible.

La Skulltrail n’offre pas une pléthore de réglages mais ils sont suffisants, surtout au niveau de leur magnitude. La plage de tensions du processeur va de 1,2875 volt à 1,6000 volt par pas de 0,0125 volt. Le FSB et le Northbridge peuvent également être « survoltés » jusqu’à respectivement 1,5 volt et 1,6 volt par pas de 0,025 volt. Côté mémoire, les timings sont bien entendu réglables ainsi que la tension de modules (jusqu’à 2,4 volts) et celle des terminaisons (jusqu’à 2,5 volts). Enfin, le FSB peut grimper jusqu’à 550 MHz mais compte tenu de la limitation actuelle liée à la faible propension à l’overclocking de la FBDIMM, cette fréquence est inaccessible.

Au chapitre des regrets, le BIOS en version bêta qui équipait notre carte était assez lent au niveau de l’initialisation, ce qui a rendu les essais d’overclocking particulièrement longs. Il faut parfois plus de 40 secondes pour l’initialisation de la carte… En outre, si le monitoring est correct, il n’y a pas de pilotage dynamique des ventilateurs et les deux Zalman CNPS 9700 tournaient sans cesse à plein régime (2600 rpm). Jusqu’à ce que nous les remplacions par deux Noctua NH-U12P, il était impossible de savoir qui de la turbine du radiateur du « southbridge » ou des deux CNPS faisait le plus de bruit !


Nuisance et consommation

Ce genre de configuration ne vise pas spécialement le silence ni la consommation la plus faible. S’il est possible de faire fonctionner les deux Core 2 Extreme QX9775 à 4 GHz en silence avec deux Noctua NH-U12P sans problème, un élément vient jouer les trouble-fêtes : le petit ventilateur du radiateur destiné à refroidir le southbridge et les deux MCP100. Il se met régulièrement à tourner à plus de 5500 rpm quand la carte graphique travaille de manière intensive. Avec deux cartes en SLI, cette vitesse est systématique et le niveau sonore de la Skulltrail est difficile à supporter… Le son, très aigu, augmente encore le désagrément.

Nous avons mesuré la consommation de la configuration complète avec les deux processeurs à leur fréquence d’origine et un SLI de GeForce 8800 GTS 512 Mo. Au repos, la machine nécessite 235 watts. Avec les deux Core 2 Extreme chargés au maximum, la consommation atteint 356 watts. En sollicitant exclusivement les cartes graphiques, la consommation reste modérée avec 389 watts. En charge maximale, la configuration consomme jusqu’à 490 watts sans jamais atteindre 500 watts.
Avec les deux Core 2 Extreme à 4 GHz sous 1,45 volts, les valeurs montent respectivement à 264 watts, 453 watts, 422 watts et 592 watts.


Configuration de test

Il est difficile de trouver des logiciels qui exploitent totalement un Quad Core… Alors quand il s’agit de mesurer la puissance de deux de ces monstres, la recherche tourne au cauchemar. Il en existe bien entendu. Mais ce sont des applications spécifiques (et coûteuses) qui nécessitent des connaissances avancées pour leur mise en œuvre. Au rayon des logiciels courants, c’est une autre affaire ! Même DVDshrink est limité à 4 cores… Seuls Fritz Chess Benchmark, 3D Mark et Cinebench R10 sont en mesure d’exploiter la puissance de la Skulltrail avec ses deux Quad Core. Heureusement, nous avons découvert MainConcept Reference ! Ce logiciel de traitement vidéo (disponible en version d’évaluation) nous a permis d’exploiter le potentiel de la Skulltrail en convertissant la vidéo The_Magic_of_Flight_1080.wmv en AVCHD en répartissant le travail sur tous les cores.

Matériel

Intel Skulltrail D5400XS, Asus P5K Pro

Core 2 Duo E9650, Core 2 Duo E6750, 2 Core 2 Extreme QX9775

Crucial Ballistix Tracer BL2KIT12864AL804, 2 x Micron 2RX8 PC2-6400FF-555-11-B0 2 Go

2 x MSI GeForce 8800 GTS 512 Mo NX8800GTS-T2D512E-OC

Western Digital Caviar 500 Go SATA-150

Dell 2407WFP

2 x Noctua NH-U12

Logiciel

Windows XP SP2 + DirectX update

ForceWare 169.21

CPU Mark 99

Cinebench R10

Fritz Chess Benchmark

3D Mark 2006

MainConcept Reference

DVDshrink

Everest Ultimate

Crysis

World In Conflict

Company of Heroes


Les performances

La première partie des tests vise à analyser l’évolution de la puissance de calcul en fonction du nombre de cores. Dans Crysis, le test CPU fait intervenir la physique de manière intensive et met donc en valeur la puissance de calcul. L’accélération est au mieux de 1,48x. Au-delà de deux cores, les gains sont très faibles. Ils le sont encore plus dans World In Conflict... Fritz Chess Benchmark tire très bien parti de tous les cores et l’accélération maximale atteint quand même 6,62x. En passant de 1 à 8 cores, le rendu réalisé avec Cinebench R10 profite d’un « speed up » de 5,71x. A noter que le score processeur de 3D Mark 2006 progresse nettement moins étant donné qu’il se compose d’une partie « single core ».

Le second volet des tests est comparatif. Nous avons réalisé un seul test basique à savoir le CPU Mark 99. Etant donné qu’il n’exploite qu’un seul core, les indices sont principalement liés à la fréquence si on s’en tient à une comparaison entre Penryn. De manière plus générale, ce test dépend aussi assez fortement du cache L2. Le comportement général de la plateforme Skulltrail sera comparable avec n’importe quel autre test monothread…

Avec une application comme Fritz Chess Benchmark, les écarts sont vraiment impressionnants. Le Core 2 Duo E6750 qui est pourtant loin d’être dépassé ressemble ici à un escargot. Dans les domaines où les calculs sont massivement parallélisables, la multiplication des cores paie…

La compression vidéo basse définition montre ses limites pour évaluer les performances. Avec DVDshrink, nous avons compressé le DVD « Dracula » au maximum (37% de la qualité originale). Le logiciel n’est en mesure d’exploiter que 4 cores, ce qui limite l’intérêt de la plateforme Skulltrail dans ce cas de figure. Un simple Core 2 Extreme QX9650 rivalise avec elle sans problème…

Nous avons fait appel à MainConcept Reference pour convertir une vidéo wmv « Full HD » (1440x1080) issue du site de Microsoft en AVCHD (1920x1200). L’intérêt pratique d’une telle conversion est plus que limité mais pas l’analyse des résultats. Ce logiciel permet d’exploiter d’après le monitoring de Windows jusqu’à 82% de la puissance offerte par la plateforme Skulltrail. L’encodage se fait à plus de 16 images par seconde grâce aux Core 2 Extreme QX9775 à 3,2 GHz conte 4 à 5 avec le Core 2 Duo E6750.

Dans Crysis en 1920x1200 High, la plateforme Skulltrail n’est pas très à l’aise avec une seule carte graphique. Elle fait moins bien qu’un « simple » Core 2 Extreme QX9650 monté sur une banale Asus P5K Pro. Crysis étant comme son prédécesseur dépendant de la mémoire, nous avons examiné les performances de la FBDIMM, nous y reviendrons plus loin dans l’article.

Avec World In Conflict en 1920x1200 Very High, les résultats collent plus à nos attentes. Il n’y a pas grand-chose à commenter à l’exception une nouvelle fois de l’écart réduit entre la configuration Skulltrail et la plus modeste à base de QX9650… On note également que le SLI apporte ici relativement peu de gains. La GeForce 8800 GTS 512 Mo montre ses limites en « Very High ». Etant donné que les filtres (AA et AF) sont actifs et la résolution élevée, la bande passante plombe les résultats.

Enfin, dans Company of Heroes en 1920x1200 Very High, les résultats pratiques sont en adéquation avec ce que veut la théorie ! Le SLI est explosif et l’overclocking des Core 2 Extreme QX9775 à 4 GHz est payant. Cependant, on remarque toujours le faible écart de la configuration Skulltrail avec une seule GeForce 8800 GTS 512 Mo et le couple P5K Pro / Core 2 Extreme QX9650 équipé de la même carte graphique.

A titre informatif, nous avons utilisé le 3D Mark 2006 par défaut pour montrer à quel point le score final est lié à la puissance du processeur mais aussi au nombre de cores…

Pour terminer, nous avons mesuré différents taux de transfert ainsi que la latence de la mémoire. Avec une latence de 89 ms, la FBDIMM 800 MHz 5/5/5/18 est bien moins réactive que la DDR2-800 4/4/4/12. En outre, Evertest a relevé des taux de transfert bien modestes sur la Skulltrail. La combinaison d’un débit réduit et de taux de transfert moins importants explique la contre performance dans certains jeux et/ou le faible écart avec la configuration à base de Core 2 Extreme QX9650…


Conclusion

La Skulltrail équipée de deux Core 2 Extreme QX9775 est un peu comme la Bugatti Veyron avec ses 1000 chevaux : la puissance est telle qu’elle n’est que rarement exploitable… On peut dès lors rebondir sur l’adage qui dit que la puissance n’est rien sans maîtrise. Force est cependant de constater que la gravure en 45 nm permet justement de contenir la consommation et même les nuisances sonores au niveau des processeurs. Impossible cependant d’oublier la petite turbine qui assure le refroidissement des MCP100 et qui casse vraiment les oreilles ! A propos de ces deux MCP100, leur présence est également discutable. Beaucoup de « puristes » auraient sans doute préféré deux ports PCI-Express 16x 2.0 que 4 ports PCI-Express 16x 1.1 d’autant plus que la Skulltrail ne devrait pas avoir accès au 3-ways SLI… Il s’agit plus que probablement d’une volonté de NVIDIA pour avaliser l’emploi de la technologie SLI. Côté mémoire, la FBDIMM est sans aucun doute adaptée aux serveurs mais n’est pas la solution idéale pour une plateforme de jeu. Sa latence plus importante et les taux de transfert moindres mesurés dans nos tests le confirment. Pour utiliser deux « Xeon » renommés en Core 2 Extreme, Intel avait deux options : créer un chipset spécifique « DP » gérant la DDR2 ou utiliser l’Intel 5400 Express existant avec son contrôleur FDBIMM. Cette dernière solution – la plus efficiente - a naturellement été retenue. Il aurait été peu judicieux d’investir outre mesure du temps et de l’argent pour développer une puce spécifique destinée à une vitrine technologique. Une telle plateforme ne vise certes pas la rentabilité mais il y a des limites… Accessoirement, on peut se demander quelles ont été les motivations d’Intel dans le développement d’une telle configuration. Les Core 2 Duo, Core 2 Quad et autres Core 2 Extreme dominent déjà largement leurs concurrents. Cette configuration n’aurait-elle pour seuls objectifs que de faire rêver et en mettre plein la vue ? Assurément ! Et l’objectif est atteint ! Faire joujou avec cette Skulltrail et ses deux Core 2 Extreme QX9775 a été un