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CPU Limited : Principe

Février 2015


Cet article va essayer de montrer ce qu'est le "CPU Limited", phénomène un peu complexe qui traduit l'interaction du processeur avec la carte graphique, et surtout faire des mesures pour se faire une idée objective.
On en entend parler à chaque sortie de cartes graphiques très puissantes et abordables, car il est tentant de monter une nouvelle carte sur son PC un peu ancien, pour le 'booster' dans les jeux.
Mais est-ce vraiment une bonne idée, l'argent dépensé dans une nouvelle carte sera-t-il rentabilisé ?

Sommaire :

Introduction


Le CPU Limited est une expression indiquant que dans un PC, si le processeur (CPU) est un peu lent par rapport à la carte graphique, celle-ci devra attendre les infos du CPU pour travailler, elle sera limitée par le CPU, et ça se traduira par une baisse du nombre d'images par seconde (im/s) dans les jeux.
Le but de cet article est de voir dans quel mesure cet effet est sensible, suivant les CPU, cartes graphiques et résolutions d'écran utilisées.
Le phénomène est complexe, car la taille d'écran intervient (ou plus exactement sa résolution), la carte graphique ayant à peu près 2 fois plus de pixels à gérer sur un 24" que sur un 19".

Procédure de test


J'ai décidé de faire des tests avec mes 2 PC sous Windows XP (DX9), avec le même écran, un 19 pouces, résolution 1280 x 1024 :
- un Dell Dimension 8400 de 2005 (chipset carte mère i 925X), avec un P4 650 à 3.4 Ghz , 2Go de DDR2 533 Mhz, 1 slot PCI Express x16 v1,
- un PC assemblé au printemps 2008, carte mère Asus P5KC, C2D E6850 à 3 Ghz, 2 Go de DDR2 800 Mhz, 1 slot PCI Express x16 v1.

J'ai monté successivement sur les 2 PC une GeForce 8600 GT (équivalente à une 9500 GT), une HD 3850 (environ la HD 4670 actuellement), puis une HD 4850 représentant la révélation de l'été 2008 .

J'ai fait tourner d'abord un test synthétique, 3DMark06, le score général bien sûr, mais aussi les résultats en images par seconde des 4 jeux proposés, car le score général tient compte de la puissance du CPU, ce qui fausse un peu les résultats.
Puis j'ai essayé Crysis, en détails élevés, sans AA, toujours la même scène.
Ce jeu est souvent pris comme référence des tests des configurations, car il est très exigeant en ressources .
J'ai pris la démo jouable de Crysis, téléchargeable gratuitement, comme ça, même ceux et celles qui n'ont pas le jeu peuvent faire le test sur leur PC et comparer.

Résultats


J'ai relevé les résultats suivants :

Essais 3DMark06


8600 GT sur PC P4 : score : 4200 ; Proxycon : 15.5 im/s ; Firefly : 17.1 im/s ; Canyon : 16.4 im/s ; Deep Freeze : 20.2 im/s.
8600 GT sur PC C2D: score : 4900 ; Proxycon : 16 im/s ; Firefly : 17.6 im/s ; Canyon : 16.8 im/s ; Deep Freeze : 20.6 im/s.

HD 3850 sur PC P4 : score : 5700 ; Proxycon : 22.8 im/s ; Firefly : 21.0 im/s ; Canyon : 37.0 im/s ; Deep Freeze : 28.8 im/s.
HD 3850 sur PC C2D: score : 9500 ; Proxycon : 30.3 im/s ; Firefly : 36.1 im/s ; Canyon : 39.6 im/s ; Deep Freeze : 46.0 im/s

HD 4850 sur PC P4 : score : 5900 ; Proxycon : 22.8 im/s ; Firefly : 21.1 im/s ; Canyon : 43.1 im/s ; Deep Freeze : 29 im/s.
HD 4850 sur PC C2D: score :11 500 ; Proxycon : 35.7 im/s ; Firefly : 44.7 im/s ; Canyon : 53.4 im/s ; Deep Freeze : 60.6 im/s.


On constate :

la 8600 GT donne un score 3DMark06 inférieur de 10% environ avec le P4, mais cela vient essentiellement de score CPU, qui intervient dans le score général, les résultats sur les jeux étant équivalents (à 0.5 im/s près) avec le P4 ou le C2D.
Elle n'est pas limitée par le CPU dans les 2 cas.

La HD 3850 est sensiblement limitée par le P4, le score général est 40% inférieur, mais là aussi le score CPU défavorise le P4, les résultats sur les jeux étant seulement de 30% inférieurs avec le P4 sur l'ensemble des 4 jeux.

La HD 3850 est donc déjà un peu "CPU limited" avec un P4, de l'ordre de 30%, ce qui n'est pas rien, même si les résultats sont meilleurs qu'avec une 8600 GT (environ + 50% ).

La HD 4850 est encore plus limitée par le P4, car elle donne les mêmes résultats que la HD 3850 sur 3 jeux sur 4.
Cette carte n'offre pratiquement aucun gain de performances par rapport à une HD 3850, associée à un P4.

Essais Crysis démo jouable


Les réglages du jeu sont :
résolution 1280, détails élevés, sans Anti Aliasing,
Les cartes graphiques sont pas overclockées,
Scène du lever du soleil sur la baie , n°19 (l'objectif est de détruire le brouilleur),
J'obtiens les valeurs suivantes, images par seconde mesurées par Fraps sur une durée de 360s :

8600 GT sur PC P4 : min : 1 im/s, max : 16 im/s, moyenne : 10.8 im/s ;
8600 GT sur PC C2D : min : 4 im/s, max : 18 im/s, moyenne : 11.2 im/s ;

HD 3850 sur PC P4 : min : 2 im/s, max : 41 im/s, moyenne : 23.7 im/s ;
HD 3850 sur PC C2D : min : 13 im/s, max : 45 im/s, moyenne : 29.3 im/s ;

HD 4850 sur PC P4 : min : 3 im/s, max : 48 im/s, moyenne : 24.9 im/s ;
HD 4850 sur PC C2D : min : 24 im/s, max : 70 im/s, moyenne : 48.3 im/s.

On constate :

Pour la 8600 GT, la différence entre PC P4 ou PC C2D est faible : 0.4 im/s de mieux en moyenne.

Pour la HD 3850, la différence est sensible entre les 2 PC, environ 20% de moins sur le P4.
Malgré cette limitation, cette carte est intéressante pour un PC P4 par rapport à la 8600 GT, car on obtient 2 fois plus d'images/s (23 au lieu de 11).

Pour la HD 4850, on ne remarque pratiquement aucun progrès par rapport à la 3850 sur PC P4, on a une image/s de mieux !
Cette carte donne le meilleur d'elle-même sur le PC avec C2D à 3 Ghz, avec une progression de +50% par rapport à la 3850.

On remarque un minimum d'images par seconde nettement plus bas quand les cartes sont sur le PC P4, ce qui sera gênant pour les scènes complexes .
La HD 3850 permet de jouer en High à Crysis sur PC P4 avec 24 im/s de moyenne, mais les scènes avec beaucoup d'intervenants seront difficiles à jouer : 2 im/s au lieu de 13 im/s sur le PC C2D !

Influence de la fréquence du processeur : Q6600


Le Q6600 a eu beaucoup de succès, étant un Quad Core plutot abordable, et permettant de travailler bien plus vite sur les applications multimédia ; mais qu'en est-il pour les jeux ? sa fréquence nominale de 2.4 Ghz le pénalise-t-il pour les jeux ?

J'ai essayé la Démo Jouable de Crysis avec le Q6600 et la HD 4850 sur carte mère Asus P5KC, 2Go de DDR2 1066 Mhz, alim Antec Earthwatt 500W, ventirad OCZ Vendetta en mode PWM performances

Les réglages du jeu sont les mêmes que précédemment :
résolution 1280 x 1024, détails élevés, sans Anti Aliasing, la HD 4850 n'est pas overclockée,
Scène du lever du soleil sur la baie , n°19 (l'objectif est de détruire le brouilleur)

J'obtiens les valeurs suivantes, images par seconde mesurées par Fraps sur une durée de 300s (5mn) :

- Q6600 à 2.4 Ghz (nominal) :
Min : 12 im/s ; Max : 72 im/s ; Moyenne : 46 im/s
Température max du CPU : 54°C

-Q6600 à 3.0GHz (o/c 25%) :
Min : 28 im/s ; Max : 72 im/s ; Moyenne : 48 im/s
Température max du CPU : 56°C


-Q6600 à 3.4 Ghz (o/c 41%) :
Min : 28 im/s ; Max : 74 im/s ; Moyenne : 49 im/s
Température max du CPU : 68°C

Analyse des résultats :
L'overclocking à 3Ghz donne à peine de meilleurs résultats en moyenne (+2 im/s), mais les scènes complexes passeront bien mieux, le minimum du framerate passant de 12 à 28 images/s.
L'overclocking à 3.4 Ghz ne donne pas un framerate vraiment différent : +1 im/s en moyenne, même valeur minimale. Par contre, l'échauffement CPU est beaucoup plus important.

Conclusion :
L'overclocking du Q6600 à 3Ghz semble être le meilleur réglage pour jouer, relevant le framerate minimum, avec une légère amélioration en moyenne, sans échauffement notable.

Conclusion


Les résultats parlent d'eux mêmes, le "CPU Limited" est important en 1280 x 1024.
Pour voir d'autres résultats pratiques, lire CPU Limited en pratique

Donc faites attention lorsque vous voulez remettre à jour votre PC, le changement de carte graphique devant se faire avec précaution, et dans le cas d'une carte graphique très puissante, il faudra aussi changer le CPU, pour tirer le maximum de son nouvel achat, surtout si on joue en 1280 sur un 19".

Si le CPU ne peut pas être remplacé par un modèle vraiment plus puissant, il faudra se limiter dans la puissance de la carte graphique, car sinon vous payerez plus cher pour ne pas avoir mieux.
Pour une lecture illimitée hors ligne, vous avez la possibilité de télécharger gratuitement cet article au format PDF :
Cpu-limited-principe.pdf

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