Cœurs de processeur et threads : tout ce que vous devez savoir

Un ordinateur est composé de divers composants. Le composant interne le plus critique est sans doute son processeur. Abréviation de Central Processing Unit, le CPU est le cerveau de l’ordinateur. Il est constitué de milliards de minuscules transistors qui agissent comme des interrupteurs électroniques, chargés de contrôler le flux d’électricité à travers des circuits complexes.

Outre l'exécution de programmes de tâches, les processeurs coordonnent d'autres composants d'un ordinateur, notamment la RAM (mémoire vive), le disque dur (disque dur) et le SSD (disque SSD).

Il existe de nombreux facteurs qui déterminent les performances et l’efficacité d’un processeur, mais l’un des sujets les plus débattus est cœurs vs threads. En général, les gens pensent qu’avoir plus de cœurs équivaut à plus de performances. Cependant, ce n’est pas toujours aussi simple.

Il est important de savoir ce que font les cœurs et les threads pour prendre les bonnes décisions lors de l'achat ou de la configuration d'un ordinateur. Idéalement, vous voudriez optimiser la puissance autant que possible sans dépenser trop. En fonction des tâches que vous souhaitez effectuer, la quantité appropriée de cœurs et de threads peut varier considérablement.

De plus, si vous optez pour une unité portable (comme un ordinateur portable), l’efficacité énergétique est un élément que vous ne pouvez pas négliger. La dernière chose que vous voudriez lorsque vous emportez votre ordinateur avec vous est de tomber à court de batterie au milieu d’une tâche. Choisir un processeur avec une consommation d'énergie adéquate peut minimiser le risque de rencontrer de tels maux de tête.

Dans cet article, je vais vous expliquer tout ce que vous devez savoir sur les cœurs et les threads des processeurs informatiques, leurs différences et d’autres facteurs qui affectent les niveaux de performances d’un processeur.

Qu’est-ce qu’un cœur de processeur ?

Essentiellement, un cœur est une unité de traitement physique à l’intérieur d’un processeur, responsable de l’exécution des tâches de manière indépendante. Vous pouvez considérer votre processeur comme une usine, chaque cœur étant un « travailleur » capable de gérer des tâches. Généralement, vous pouvez exécuter plus de tâches avec plus de travailleurs dans un laps de temps plus court.

Traditionnellement, un cœur de processeur était conçu pour exécuter les tâches une par une. Cela signifiait un manque de capacités multitâches dans les premières itérations des ordinateurs. Cependant, la façon dont les cœurs de processeur fonctionnent a considérablement changé grâce au développement des technologies multithreading, que j'aborderai plus loin dans cet article.

Processeurs monocœurs ou multicœurs

Les itérations précédentes d’ordinateurs comportaient des processeurs monocœur capables d’exécuter une tâche à la fois. Pour exécuter plusieurs programmes à la fois, les ingénieurs informaticiens ont essayé d'étendre la carte mère et d'ajouter plusieurs unités CPU ensemble. Cependant, quelques processeurs fonctionnant indépendamment introduisaient beaucoup de latence et se révélaient peu pratiques.

Pour résoudre ce problème, les ingénieurs ont conçu des processeurs multicœurs. Puisque chaque cœur fonctionne indépendamment, chaque cœur peut gérer son propre ensemble d’instructions sans affecter un autre cœur. Cela signifie que plus un processeur informatique possède de cœurs, plus il peut exécuter de tâches simultanément.

Un processeur monocœur consomme beaucoup moins d’énergie et peut suffire pour les tâches quotidiennes comme la navigation sur le Web. Mais comme ils ont des capacités de performance limitées, ils deviennent de moins en moins favorables. Bien que l’on puisse encore les trouver dans certains systèmes plus anciens, les processeurs monocœur sont largement obsolètes sur le marché actuel.

En règle générale, les ordinateurs de tous les jours sont équipés de deux, quatre, huit ou 16 cœurs de processeur. Le nombre le plus élevé de cœurs dans les processeurs grand public du marché est de 64. Les processeurs destinés aux centres de données et aux serveurs d'entreprise peuvent contenir encore plus de cœurs. Le processeur AMD EPYC 9654, par exemple, est doté de 96 cœurs.

Qu'est-ce qu'un fil de traitement ?

Dans le traitement informatique, un thread (ou un thread d'exécution) fait référence à une tâche individuelle ou à une ligne de travail traitée par le processeur. Chaque thread est considéré comme la plus petite séquence d'instructions programmées que votre système d'exploitation peut gérer indépendamment. Cela peut aller du démarrage d'un programme à l'enregistrement d'un fichier.

Vos cœurs de processeur sont responsables du traitement de ces threads. Dans n'importe quel processeur, chaque cœur peut exécuter au moins un thread à la fois. Comme mentionné, avoir plus de cœurs se traduit par de meilleures capacités multitâches, mais être capable de gérer plus de threads peut également aboutir au même résultat.

Connaître les différences entre les capacités des threads et des cœurs, ainsi que comprendre leurs rôles dans votre processeur, peut vous aider à faire le meilleur choix en fonction de vos besoins.

Qu’est-ce que le multithreading ?

Comme vous pouvez le deviner, envoyer un seul thread à la puce du processeur, attendre que la tâche soit terminée, puis envoyer le suivant peut prendre beaucoup de temps. Pour cette raison, les ingénieurs informaticiens ont développé différentes méthodes et stratégies pour traiter plus de threads en moins de temps.

La solution la plus simple consiste à diviser un thread en threads séparés et plus petits et à les faire exécuter en parallèle par un processeur. C'est ce qu'on appelle le « Multithreading » (à ne pas confondre avec le multithreading simultané ou temporel). Un programme peut être légèrement ou fortement threadé selon la manière dont il est développé.

Les concepts d'intégration de différentes stratégies multithreading remontent aux années 50. Mais ce n’est qu’à la fin des années 90 qu’Intel a utilisé une technologie appelée Simultaneous Multithreading (SMT) pour développer une technique de multithreading basée sur le matériel pour les ordinateurs de bureau. Intel a surnommé la fonctionnalité Technologie Hyper-Threading et l'a introduit dans la puce du processeur de bureau Intel Pentium 4 en 2002.

Avec l'Hyper-Threading d'Intel, jusqu'à deux threads peuvent partager les mêmes ressources d'un cœur de processeur pour effectuer les tâches souhaitées. En d’autres termes, vous avez virtuellement accès au double du nombre de « travailleurs » qui peuvent accomplir vos missions. Cependant, chaque groupe de deux travailleurs partage les mêmes ressources.

Hyper-Threading : avantages et inconvénients

Le principal avantage de l’Hyper-Threading est qu’il augmente considérablement les performances du système en utilisant davantage les ressources de traitement disponibles. Cependant, dans certains cas, le monothreading peut toujours être préféré.

Dans la plupart des cas, en particulier lors du multitâche quotidien, les cœurs de processeur de votre ordinateur ne sont pas exploités au maximum. Cela signifie qu’il est encore possible d’effectuer davantage de traitements. L'Hyper-Threading libère la puissance de traitement inutilisée dans un cœur de processeur pour exécuter d'autres threads, d'où une expérience plus rationalisée dans l'utilisation du potentiel maximal d'un processeur.

Bien qu’avantageux, l’Hyper-Threading présente également des inconvénients distincts. Le principal inconvénient est l’augmentation de la consommation d’énergie. Comparés aux puces basées sur ARM, les processeurs Intel sont connus pour tirer beaucoup de jus des ordinateurs portables, et l'Hyper-Threading en est l'une des raisons.

Avec plus de puissance consommée par le processeur, l'Hyper-Threading entraîne des températures élevées et une limitation thermique, où le processeur ralentit pour éviter une surchauffe. En outre, les appareils portables équipés de tels processeurs Intel nécessitent des systèmes de refroidissement plus volumineux, ce qui peut augmenter considérablement le poids et les proportions de l'appareil.

Enfin, étant donné que l’amélioration des performances dépend fortement de l’application, il appartient en fin de compte aux programmeurs de concevoir des applications utilisant la technologie Hyper-Threading. Cela augmente les défis liés au développement de programmes qui maximisent l’efficacité. De plus, les logiciels qui ne prennent pas en charge l’Hyper-Threading peuvent ne pas fonctionner correctement dans des conditions gourmandes en ressources processeur.

Plus de cœurs que de threads : quel est le meilleur ?

Comme cela dépend fortement des programmes que vous comptez utiliser, il est difficile de considérer l’un comme plus important que l’autre dans tous les cas. Plus de cœurs se traduisent généralement par plus de ressources disponibles. D’un autre côté, un plus grand nombre de threads pourrait entraîner de meilleures capacités multitâches, mais pas toujours.

Pour les programmes fortement threadés, avoir plus de threads dédiés à un cœur de processeur se traduit souvent par une exécution meilleure et plus rapide. D'un autre côté, les programmes optimisés pour les architectures de cœur de processeur à thread unique peuvent afficher une baisse de performances lorsque l'Hyper-Threading est activé sur un processeur.

Cela étant dit, certains ont remarqué que plusieurs jeux, anciens et nouveaux, fonctionnent nettement mieux lorsque l'Hyper-Threading est désactivé. Un utilisateur de Reddit, par exemple, affirme avoir vu un Augmentation de 30 % des FPS dans la plupart des jeux une fois l'Hyper-Threading désactivé sur son processeur Intel Core i9.

Pendant des années, Intel a dominé le marché des processeurs pour les ordinateurs portables et de bureau avec des puces qui fournissaient deux fois plus de threads que de cœurs, grâce à l'Hyper-Threading. Cependant, certains concurrents ont récemment commencé à travailler sur différentes architectures de processeur qui se sont révélées incroyablement plus efficaces tout en proposant des cœurs de processeur monothread.

Apple Silicon, par exemple, est une série de puces basées sur ARM qui se sont révélées nettement plus économes en énergie que les modèles basés sur Intel dans les ordinateurs Apple récents. En outre, plusieurs nouveaux ordinateurs portables Windows, dont le Microsoft Surface Pro 11, sont passés aux processeurs ARM pour une meilleure autonomie et de meilleures performances pour les cas d'utilisation quotidienne. Toutes ces puces basées sur ARM sont livrées avec des cœurs monothread.

Tout bien considéré, avoir plus de threads ne se traduit pas nécessairement par de meilleures performances du processeur. Cependant, avoir plus de cœurs est un facteur déterminant plus direct dans la capacité d’un processeur à gérer des commandes plus complexes et gourmandes en ressources.

Quels autres facteurs déterminent les performances d’un processeur ?

Nous avons couvert les différences entre le cœur du processeur et le thread dans les ordinateurs. Cependant, ce ne sont pas les seuls facteurs qui déterminent le rendement final de votre processeur.

La vitesse d'horloge (également « fréquence d'horloge » ou simplement « fréquence ») est l'un des principaux différenciateurs des processeurs informatiques. En bref, la vitesse d'horloge mesure le nombre de cycles qu'un processeur peut effectuer par seconde. Par exemple, un processeur doté d’une fréquence d’horloge de 3,2 GHz peut exécuter 3,2 milliards de cycles par seconde.

Un autre paramètre à prendre en compte est la mémoire cache d’un processeur. Le cache du processeur est une mémoire à haute vitesse qui stocke les données fréquemment consultées. Des caches plus volumineux et plus rapides accélèrent la capacité d’un processeur à exécuter des tâches nécessitant un accès fréquent aux données.

Les processeurs informatiques sont construits à l'aide de processus de fabrication nanométriques (nm) (tels que 7 nm ou 5 nm). Des nœuds plus petits signifient que davantage de transistors peuvent être installés sur la puce, ce qui se traduit par une efficacité énergétique et des performances supérieures, car les signaux parcourent des distances plus courtes et nécessitent donc moins de temps et d'énergie.

D'autres facteurs tels que l'IPC (Instructions Per Cycle), la vitesse du bus et la puissance thermique de conception jouent également un rôle dans les performances que vous pouvez extraire d'un processeur.

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Réflexions finales : Thread vs Core

En ce qui concerne les performances de l'ordinateur, le processeur est le principal département responsable de l'exécution des programmes. Un cœur de processeur est une unité physique dans un processeur destinée au traitement des tâches. En règle générale, les processeurs comportent plusieurs cœurs, chacun exécutant au moins un thread.

Un thread fait souvent référence à la plus petite séquence d’instructions envoyée à un cœur de processeur pour être traitée. Chaque cœur de processeur peut gérer au moins un thread à la fois. Dans les processeurs dotés de l’Hyper-Threading, ce nombre passe à deux, ce qui signifie que deux threads peuvent utiliser simultanément les ressources d’un cœur pour exécuter différentes tâches.

Bien que les cœurs prenant en charge les technologies SMT puissent gérer plus d’un thread à la fois et offrir en théorie un meilleur multitâche, cela ne se traduit pas toujours par une augmentation directe de la sortie de traitement.

FAQ

Est-il préférable d’avoir plus de cœurs que de threads ?

Cela varie selon les programmes que vous comptez utiliser. Les applications fortement threadées fonctionnent généralement mieux avec plus de threads, alors que certains programmes peuvent mieux fonctionner sur des cœurs à thread unique. Cependant, plus de cœurs se traduisent par une augmentation plus directe des performances du processeur.

Combien de threads y a-t-il dans un noyau ?

Dans la plupart des processeurs Intel actuels, chaque cœur peut gérer deux threads à la fois, grâce à une technologie appelée Hyper-Threading. Mais ce n’est pas le cas de toutes les puces de processeur. Les processeurs basés sur ARM, par exemple, ont un thread par cœur.

Quelle est la différence entre un cœur et un processeur ?

Un cœur est une unité de traitement physique à l’intérieur d’un processeur informatique (CPU). Au sein d'un processeur, il peut y avoir plusieurs cœurs, qui sont des unités de traitement individuelles capables d'exécuter des instructions de manière indépendante.