Les processeurs informatiques modernes modifient constamment leur fréquence de fonctionnement (et leur tension) en fonction de la charge de travail. Pour les processeurs Intel, cela est souvent géré par le système d'exploitation qui demandera un niveau de performance particulier, appelé Performance State ou P-State, au processeur. Le processeur ajuste ensuite ses fréquences et ses niveaux de tension pour s'adapter, dans une sorte de DVFS (mise à l'échelle dynamique de la tension et de la fréquence), mais uniquement aux états P fixés au moment de la production. Alors que le meilleur pour les performances serait de faire fonctionner le système au maximum tout le temps, en raison de la haute tension, c'est le moyen le moins efficace de faire fonctionner un processeur et le gaspillage en termes d'énergie utilisée, ce qui pour les appareils mobiles signifie une batterie plus courte durée de vie ou étranglement thermique. Avec le modèle P-state, pour augmenter l'efficacité, le système d'exploitation peut demander des P-states inférieurs afin d'économiser de l'énergie, mais si une tâche nécessite plus de performances et que les budgets puissance/thermique sont suffisants, le P-State peut être modifié pour accueillir. Cette "technologie" sur les processeurs Intel a toujours été appelée "Speed Step".
Avec Skylake, les nouveaux processeurs Core de 6e génération d'Intel, cela change. Le processeur a été conçu de manière à ce qu'avec les bonnes commandes, le système d'exploitation puisse remettre le contrôle de la fréquence et de la tension au processeur. Intel appelle cette technologie "Speed Shift". Nous avons déjà discuté de Speed Shift dans l'analyse de l'architecture Skylake d'Ian, mais malgré les discussions approfondies d'Intel, Speed Shift était visiblement absent au moment du lancement des processeurs. Cela est dû à l'une des exigences de Speed Shift - il nécessite la prise en charge du système d'exploitation pour pouvoir transférer le contrôle des performances du processeur au processeur, et Intel a dû travailler avec Microsoft afin d'activer cette fonctionnalité dans Windows 10. À l'heure actuelle, quiconque possède un processeur Skylake ne bénéficie pas de la technologie, du moins pour le moment. Un correctif sera déployé en novembre pour Windows 10 qui permettra cette fonctionnalité, mais il convient de noter qu'il faudra un certain temps pour qu'il soit déployé sur les nouveaux achats de Windows 10.
Par rapport aux transitions Speed Step / P-state, la nouvelle terminologie Speed Shift d'Intel change la donne en faisant en sorte que le système d'exploitation abandonne tout ou partie du contrôle des P-States et confie ce contrôle au processeur. Cela a quelques avantages notables. Premièrement, il est beaucoup plus rapide pour le processeur de contrôler la montée et la descente en fréquence, par rapport au contrôle du système d'exploitation. Deuxièmement, le processeur a un contrôle beaucoup plus fin sur ses états, lui permettant de choisir le niveau de performance le plus optimal pour une tâche donnée, et donc d'utiliser moins d'énergie en conséquence. Les sauts de fréquence spécifiques sont réduits à environ 1 ms avec le contrôle du processeur de Speed Shift de 20 à 30 ms sur le contrôle du système d'exploitation, et le passage d'un état d'alimentation efficace à des performances maximales peut être effectué en environ 35 ms, contre environ 100 ms avec l'implémentation héritée . Comme on le voit dans les images ci-dessous, aucune des technologies ne peut passer instantanément de bas en haut, car pour maintenir la cohérence des données grâce aux changements de fréquence/tension, il existe un élément de gradient lorsque les données sont réalignées.
La possibilité d'augmenter rapidement les performances est faite pour augmenter la réactivité globale du système, plutôt que de s'attarder à des fréquences plus basses en attendant que le système d'exploitation transmette des commandes via une couche de traduction. Speed Shift ne peut pas augmenter les performances maximales absolues, mais sur de courtes charges de travail qui nécessitent une brève rafale de performances, cela peut faire une grande différence dans la rapidité avec laquelle cette tâche est effectuée. En fin de compte, une grande partie de ce que nous faisons relève davantage de cette catégorie, comme la navigation sur le Web ou le travail de bureau. Par exemple, la navigation sur le Web consiste à charger rapidement la page, puis à remettre le processeur en veille.
Pour ce court article, Intel a pu nous fournir à l'avance le correctif Windows 10 pour Speed Shift, afin que nous puissions tester et voir quel type de gains il peut réaliser. Cela nous donne une situation quelque peu unique, puisque nous pouvons isoler cette variable sur un nouveau processeur et mesurer son impact sur diverses charges de travail.
Pour tester Speed Shift, j'ai choisi plusieurs tâches qui ont des charges de travail qui pourraient montrer un gain de Speed Shift. Les tests qui exécutent le processeur à sa fréquence maximale pendant de longues périodes ne montreront aucun gain significatif, car vous n'êtes pas limité par la réactivité du processeur dans ces cas. Le premier test est PCMark 8, qui est une référence qui tente de représenter des tâches réelles, et la charge de travail n'est pas constante. De plus, j'ai exécuté le système à travers plusieurs tests Javascript, qui sont le meilleur scénario pour quelque chose comme Speed Shift, car le processeur doit accomplir rapidement une tâche afin de vous permettre de profiter d'un site Web.
Le processeur en question est un Intel Core i7-6600U, avec une fréquence de base de 2,6 GHz et une fréquence turbo de 3,4 GHz. Bien que la fréquence de base soit évaluée sur la boîte à 2,6 GHz, le processeur peut descendre jusqu'à 400 Mhz lorsqu'il est inactif, donc être capable d'augmenter rapidement pourrait avoir un impact important même sur les processeurs Skylake de la série U. Je suppose que cela sera encore plus bénéfique pour les pièces Core m3/m5/m7 de la série Y car elles ont une plage dynamique plus large et généralement plus de contraintes thermiques.
PCMark 8
Les tests à la maison et au travail montrent un très petit gain avec Speed Shift activé. La durée de ces benchmarks, qui se situe entre 30 et 50 minutes, masquerait probablement tout gain sur les charges de travail courtes. Je pense que cela illustre que Speed Shift n'est qu'un outil de plus, et non un Saint Graal pour la performance. Le gain sur Domicile est légèrement inférieur à 3 %, et la différence sur le test Travail est négligeable.
Tests JavaScript
JavaScript est l'un des cas d'utilisation où les charges de travail en rafales courtes sont le nom du jeu, et ici Speed Shift a un impact beaucoup plus important. Tous les tests ont été effectués avec le navigateur Microsoft Edge.
Le temps nécessaire pour terminer le test Kraken 1.1 est le moins affecté, avec un gain de performances de seulement 2,6 %, mais les scores d'Octane montrent une augmentation de plus de 4 %. La grande victoire ici est cependant WebXPRT. WebXPRT comprend des sous-tests, et en particulier le sous-test d'amélioration de la photo peut voir jusqu'à 50 % d'amélioration des performances. Cela augmente considérablement les scores, avec WebXPRT 2015 affichant une augmentation de près de 20 % et WebXPRT 2013 avec un gain de 26 %. Ces sauts de performance sont certainement du genre à être perceptibles par l'utilisateur final manipulant des photographies dans quelque chose comme Picasa ou regardant des ajustements de graphiques basés sur des pages Web tels que des flux de stock en direct.
Consommation d'énergie
Le revers de la médaille est la consommation d'énergie. Avoir un processeur qui peut rapidement atteindre sa fréquence maximale peut signifier qu'il consommera plus d'énergie en raison de la plus grande pénalité d'augmentation de la tension, mais s'il peut terminer la tâche rapidement et revenir au ralenti, il y a une chance de être plus efficace lorsque le travail est effectué en 10 s de millisecondes plutôt qu'en 100 s de millisecondes, car la fréquence augmente et redescend avant que l'ancienne méthode à l'état P ait décidé de faire quoi que ce soit. Le principe de "travailler vite, terminer maintenant" était l'épine dorsale de la stratégie "Race To Sleep" d'Intel à l'ère des ultrabooks et se concentrait sur l'impulsion des performances liées à la réponse, mais la recherche de la durée de vie de la batterie signifie que l'efficacité a eu tendance à avoir plus d'importance. , d'autant plus que les appareils et les batteries deviennent plus petits.
En raison du fonctionnement des processeurs modernes, nous ne disposons pas des outils nécessaires pour mesurer directement la puissance du SoC. Intel nous a dit que Speed Shift n'affectait pas beaucoup la durée de vie de la batterie, d'une manière ou d'une autre, donc pour vérifier cela, j'ai exécuté notre test de durée de vie de la batterie légère avec l'option désactivée et activée.
Cette tâche est probablement l'un des meilleurs scénarios pour Speed Shift. Il consiste à lancer quatre pages Web par minute, avec beaucoup de temps d'inactivité entre les deux. Bien que Speed Shift semble avoir un léger avantage, il est très petit et tomberait dans la marge d'erreur de ce test. Certaines tâches peuvent voir une légère amélioration de l'efficacité, et d'autres peuvent voir une légère régression, mais Speed Shift est moins un outil d'économie d'énergie que d'autres éléments de Skylake. En regardant les choses d'une autre manière, si, par exemple, le XPS 13 avec Skylake devait obtenir 15 heures d'autonomie, Speed Shift ne changerait le résultat que d'environ 7 minutes. La réactivité augmente, mais la consommation d'énergie nette reste à peu près la même.
Mots finaux
Avec Skylake, bien qu'il n'y ait pas eu le grand saut d'horloge pour le gain de performances d'horloge auquel nous nous sommes habitués avec les nouvelles microarchitectures Intel, mais quand vous regardez le package global, il y avait un gain net décent de performances combiné aux nouvelles technologies. Par exemple, le fait de pouvoir maintenir des fréquences Turbo plus élevées sur plusieurs cœurs a augmenté les performances stock à stock plus que les gains IPC plus faibles.
Speed Shift n'est qu'une petite partie du gain de performances global, et une partie que nous n'avons pas pu examiner jusqu'à présent. Cela conduit à des gains assez importants dans l'achèvement des tâches, si les charges de travail sont sporadiques et suffisamment courtes pour que cela fasse une différence. Il ne peut pas augmenter les performances absolues du processeur, mais il peut l'amener à des performances maximales en un temps beaucoup plus court, ainsi que le ramener au ralenti plus rapidement. Intel le facture comme une réactivité améliorée, et il est assez clair qu'ils y sont parvenus.
Le seul chaînon manquant est la prise en charge du système d'exploitation. On nous a dit que le correctif pour activer cela arrivera sur Windows 10 en novembre. Bien que ce court article examine ce que Speed Shift peut apporter à la table en termes de performances, si vous souhaitez en savoir plus sur la façon dont il est mis en œuvre, veuillez consulter l'analyse de l'architecture Skylake qui va plus en détail.
Mise à jour : Daniel Rubino de Windows Central a testé la dernière build 10586 de Windows 10 Insider et il semble activer Speed Shift sur sa Surface Pro 4, ce qui est conforme à la chronologie de novembre que nous étions fourni.
