Qu'est-ce qu'une architecture informatique ?

Entre les présentations d'entreprises technologiques comme AMD, Apple ou Intel et les fiches techniques de certains appareils et autres produits, vous avez presque certainement au moins entendu le mot architecture. Apple se vante que ses puces M1 et M2 utilisent le BRAS architecture, et AMD souligne que son architecture Zen 4 est meilleure que l'architecture Raptor Lake d'Intel. Mais dans tout le marketing, il n'est jamais vraiment expliqué ce qu'est réellement "l'architecture". Voici tout ce que vous devez savoir sur les architectures et leur importance.

Architecture: la base d'un processeur

L'architecture est un mot vague en technologie, mais je parle ici d'architectures de jeux d'instructions (ISA) et de microarchitectures. Les ISA et les microarchitectures sont abrégées en architectures car il est inhabituel de confondre les ISA et les microarchitectures. De plus, je parlerai principalement des architectures CPU, mais d'autres processeurs comme les GPU utilisent à la fois des ISA et des microarchitectures.

L'ISA est un bon point de départ car c'est la partie la plus basique d'un processeur et c'est ce qui contient ses éléments les plus fondamentaux. aspects, comme les instructions (comme l'addition et la multiplication) et les fonctionnalités (comme être capable de gérer des nombres qui ont 32 décimales lieux). Les processeurs qui utilisent un certain ISA ne peuvent exécuter que du code conçu pour cet ISA (bien que l'émulation soit une solution de contournement). C'est pourquoi c'était un gros problème quand Apple a commencé à vendre des Mac avec du silicium Apple parce que macOS a été conçu pour les processeurs Intel qui utilisent le x86 ISA et les puces d'Apple utilisent le BRAS ISA.

Les microarchitectures peuvent avoir un impact significatif sur les jeux, le travail professionnel ou même l'utilisation occasionnelle d'un ordinateur.

En bref, la microarchitecture est ce qui relie les différentes parties du processeur et comment elles s'interconnectent et interagissent pour implémenter l'ISA. Donc, si les ISA sont comme des langages différents, alors les microarchitectures sont des dialectes. La conception d'une toute nouvelle puce ne nécessite pas de jeter l'ISA, et la création d'un nouveau processeur sans modifier l'ISA aboutit à une nouvelle microarchitecture. Les microarchitectures construites sur le même ISA peuvent être très différentes mais exécuter le même code, même si une puce fonctionne clairement mieux que l'autre. Les entreprises ont tendance à créer de nouvelles microarchitectures afin d'augmenter les performances, d'ajouter de nouvelles instructions (appelées extensions car elles ne font pas partie de l'ISA de base) ou de cibler une application spécifique.

Aujourd'hui, nous avons une poignée d'ISA, les principaux étant x86 (codétenu par Intel et AMD), ARM (détenu par Arm mais concédé sous licence à d'autres sociétés comme Apple et Samsung), RISC-V (un ISA à standard ouvert que tout le monde peut utiliser gratuitement) et PowerPC (propriété d'IBM et principalement utilisé pour les centres de données et autrefois pour de nombreuses consoles comme la PS3 et la Wii). Il existe au moins des centaines, voire des milliers, de microarchitectures, dont certaines célèbres, notamment la série Zen d'AMD, la série Lake d'Intel et la série Cortex d'Arm.

Les ISA ont défini les limites au sein de la technologie

Le fait que les programmeurs doivent créer du code spécifiquement pour certains ISA afin de fonctionner en mode natif (c'est-à-dire sans avoir besoin d'utiliser une solution de contournement comme l'émulation, qui fonctionne souvent mal) a nécessairement créé beaucoup de murs quand il s'agit de des ordinateurs. Les développeurs ont tendance à se concentrer sur un seul ISA, et ce lien presque incassable entre le matériel et le logiciel a défini qui fabrique les processeurs pour certains types d'appareils.

x86 est presque exclusivement utilisé dans les ordinateurs de bureau, les ordinateurs portables et les consoles de jeux, et ces appareils utilisent à leur tour presque exclusivement x86. ARM, RISC-V et PowerPC se sont tous essayés à ces domaines, mais x86 les domine tous. Ce n'est même pas assez que Microsoft a fait une version ARM de Windows parce que les développeurs de logiciels tiers doivent faire Versions ARM de leurs applications, et très peu d'entre eux l'ont fait. D'autre part, la propriété de macOS par Apple a rendu beaucoup plus facile (bien que toujours difficile) le passage des puces Intel x86 aux siennes.

De même, ARM a la mainmise sur les téléphones et les tablettes, et c'est vrai depuis environ deux décennies. Par le temps Intel a commencé à fabriquer des puces x86 pour les téléphones à la fin des années 2000, la quasi-totalité du marché utilisait ARM depuis des années, et Intel avait du mal à convaincre les entreprises de changer.

Aujourd'hui, il semble que les frontières créées par les ISA se soient pour la plupart solidifiées. Il est extrêmement peu probable que les puces ARM dépassent jamais x86 dans les ordinateurs de bureau et les ordinateurs portables (même si Apple fait des progrès significatifs ici), et il est presque certain que les smartphones utiliseront toujours BRAS. Cependant, il existe une concurrence importante sur les marchés émergents tels que les centres de données et les appareils Internet des objets (IoT). RISC-V avance également un argument convaincant selon lequel de nombreuses entreprises préféreraient fabriquer leurs propres puces RISC-V pour des applications où le besoin de compatibilité sur un vaste écosystème n'est pas vraiment un problème. Peut-être que dans un avenir lointain, certaines de ces ISA ne seront plus utilisées, mais il semble probable que seules quelques ISA majeures seront pertinentes à un moment donné.

Les microarchitectures peuvent faire ou défaire votre expérience sur un appareil

Bien que vous ne puissiez pas prendre le marketing des entreprises sans un grain de sel, il est vrai que les microarchitectures peuvent avoir un impact significatif sur les jeux, le travail professionnel ou même l'utilisation occasionnelle de l'ordinateur. Si vous vous demandez si vous avez besoin ou non de la dernière microarchitecture dans votre appareil, voici quelques éléments à prendre en compte.

Les jeux ne bénéficient souvent pas de tout ce qu'une nouvelle microarchitecture de processeur a à offrir, comme une augmentation des instructions par horloge (IPC), car les jeux n'utilisent pas réellement autant de ressources brutes. Cependant, les microarchitectures peuvent être accompagnées d'augmentations de la vitesse d'horloge, d'un cache supplémentaire et d'autres caractéristiques qui pourraient être meilleures pour les jeux. Si vous jouez à des jeux vidéo à des fréquences d'images élevées, votre expérience peut être considérablement améliorée en utilisant le dernier processeur. Il est peut-être temps d'envisager une mise à niveau si votre processeur a plus de cinq ans.

La mise à niveau vers un nouveau GPU avec une nouvelle microarchitecture peut également être une bonne idée. Les nouvelles cartes graphiques introduisent parfois de nouvelles fonctionnalités telles que le DLSS de Nvidia (qui n'est disponible que sur les cartes de marque RTX, et le DLSS 3 uniquement sur la série RTX 40) et l'encodage AV1 présents uniquement sur les derniers GPU RTX 40, RX 7000 et Arc Alchemist. De plus, les performances de jeu dépend de la carte graphique, et les nouvelles microarchitectures sont souvent associées à des cartes qui ont beaucoup plus de puissance brute et de VRAM que les anciennes ceux.

Devriez-vous passer à des processeurs avec de nouvelles architectures?

Lorsqu'il s'agit de travaux professionnels et créatifs tels que le rendu, le montage vidéo et d'autres tâches, l'obtention d'un nouveau CPU ou GPU en vaut souvent la peine pour les nouvelles fonctionnalités et les performances généralement supérieures. Des instructions CPU supplémentaires comme AVX sont parfois utiles, par exemple. Cependant, les gains de performances potentiels peuvent varier considérablement en fonction de l'application et vous devez rechercher votre logiciel pour voir s'il peut bénéficier d'un matériel plus récent.

Pour les utilisateurs occasionnels, les avantages du matériel plus récent ne sont pas si apparents puisque les applications de base peuvent fonctionner sur à peu près tout ce qui a été fait au cours de la dernière décennie. Pour les utilisateurs d'ordinateurs portables en particulier, une microarchitecture apporte souvent une efficacité accrue, et une meilleure efficacité signifie généralement une consommation d'énergie réduite, ce qui signifie une meilleure autonomie de la batterie.