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Grandeurs du monde numérique (3) : Monsieur Herz mesure la solitude du processeur

Date 08/05/2016
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Où Monsieur Herz révèle aux petites souris la terrible solitude du processeur, ce grand incompris

Une souris console un processeur seul au bord de l'eau

"Profonde solitude

Je bouge mon ombre

Histoire de voir."


Nakatsuka Ippekiro (1887-1946)


Ah le processeur, notre petite souris verte oubliée dans un coin de grenier, notre animal de compagnie toujours présent mais constamment ignoré. Pourtant il nous accompagne partout : dans nos téléphones, nos frigos, nos voitures, nos chaudières, nos barrières de péage, et j'en passe. Et, bien sûr, dans nos ordinateurs. Avec cette prolifération silencieuse, on peut légitimement se demander avec les artistes du banc d'essai, si vraiment oui vraiment nous avons le meilleur processeur du monde dans notre appareil x ? Est-ce qu'il est plus gros, plus rapide, plus malin, plus beau que celui du voisin ? Sinon retour au magasin direct, on ne va se complaire dans la ringardise et la viellerie.


Alors comment mesure-t-on les Super Pouvoirs d'un processeur ? C'est le herz, non pas la marque de location de voiture mais bien l'unité physique, qui sert ici de référence. Ceux qui auraient encore en tête leur cours de secondaire se souviendront que le herz (Hz pour les intimes) n'est pas une unité liée à l'informatique, mais à tous les phénomènes oscillatoires : c'est ce qui mesure la fréquence des oscillations, un herz correspondant tout simplement à un battement par seconde. On l'utilisera donc par exemple pour mesurer la fréquence des sons : on dira que l'oreille humaine perçoit les sons allant de 20Hz à 20kHz.


Quel rapport avec un processeur ? me demandent les souris. Eh bien le processeur fonctionne exactement comme une horloge, il a une pulsation élémentaire à laquelle il travaille, qu'on appelle justement la fréquence d'horloge. C'est en gros la fréquence à laquelle il est capable d'effectuer une instruction. Et le processeur est gentil mais pas bien malin : il n'est capable d'effectuer que quelques instructions très élémentaires; du genre additionner deux nombres ; ce n'est pas à lui qu'il va falloir demander de faire le café. Mais vous devinez déjà ce qui en fait un monstre de foire, une bête de course et notre meilleur ami tout à la fois, à savoir la vitesse vertigineuse à laquelle il sait travailler. Quelle est la fréquence indiquée sur la petite puce de mon téléphone portable dernier cri ? Eh oui, 1,3 Ghz, soit plus d'un milliard d'instructions par seconde ! Même avec un language rudimentaire, quelques grognements et un ou deux signes, il est probable que vous arriverez à faire faire le café à votre voisin si vous avez le droit à un milliard d'essai. C'est pareil avec le processeur, on peut lui faire faire à peu près n'importe en un temps record si on lui explique suffisamment bien les choses. Comme disait mon grand-père, il comprend vite mais il faut lui expliquer longtemps.


Donc le processeur travaille à des fréquences d'horloge très élevées, de l'ordre du Ghz. Mais damned ! Je vois que la fréquence n'est pas plus élevée sur mon Super Téléphone Dernier Cri (TM) que sur mon Pentium 4 d'il y a 15 ans. Que se passe-t-il donc ? On n'est pas capable de me faire un téléphone qui carbure au tera-herz, voire au peta-herz  ? Eh bien en fait non, on est un peu à la limite côté fréquence. Une fois qu'on commence à dépasser certains seuils, on voit apparaître des effets assez indésirables, notamment une élévation de chaleur pas forcément très sympathique : on commence à perdre l'intérêt des foules s'il faut transporter une climatisation de 2 tonnes pour refroidir un téléphone miniature. On s'est aussi rendu compte que la fréquence d'horloge n'était pas l'alpha et l'omega qui guidait les performances d'un processeur, et qu'on pouvait jouer sur d'autres caractéristiques pour améliorer les choses, comme par exemple lui donner plusieurs coeurs, c'est-à-dire plusieurs unités de calcul fonctionnant en parallèle. Donc qu'on soit rassuré, même à fréquence égale, les processeurs actuels sont bien plus performants que ceux d'il y a 15 ans. Mais bon ceux d'il y a 15 ans abattaient déjà pas mal de boulot, tout de même, surtout par rapport à ce qu'on leur demande de faire quotidiennement.


Fait suffisamment exceptionnel dans le domaine de l'informatique pour être remarqué, c'est surtout sur la consommation énergétique que les processeurs ont énormément gagné ces dernières années. Non pas que les fabricants ne soient devenus des écologistes convaincus du jour au lendemain, mais à vrai dire c'était la seule voie à emprunter pour permettre de réduire les systèmes de refroidissement très volumineux, donc miniaturiser les appareils, et d'augmenter leur autonomie. Evidemment, suivant le fameux effet rebond (boum), le plus gros de ces gains se retrouve dans une utilisation accrue de nos appareils qu'on éteint de moins en moins, ce qui fait que la facture énergétique totale est loin de baisser, mais de fait les avancées technologiques ont fait de nos processeurs actuels de petits modèles de sobriété énergétique.


Et alors, avec tout ça, il est rapide mon processeur ou pas ? On va se rassurer tout de suite, il est rapide oui. Il est même très très rapide. Trop rapide en fait, même celui qui fait tourner votre grille-pain. Pourquoi donc ? C'est que notre processeur est tellement dopé qu'il passe son temps à attendre tout le monde : le disque dur, le réseau, la mémoire vive aussi, et ne parlons pas de l'utilisateur qui est leeeeeeeent à lui demander ce qu'il veut. Donc au final, notre formule 1 passe son temps à s'arrêter aux feux rouges et fait du 10 km/h de moyenne.


On comprend la solitude du processeur, qui est comme le chien impatient et plein d'énergie qui saute contre les murs en attendant que son maître veuille bien finir son pastis pour l'emmener en promenade. Et quand il sort, c'est pour marcher à deux à l'heure, et aussi vite rentré. Pff. Résultat des courses, ça fait bien longtemps que les processeurs sont sous-utilisés dans nos machines. On peut affirmer sans trop de risque que la moyenne de consommation d'un processeur sur le temps d'utilisation d'une machine oscille entre 0 et 1%, plus proche du zéro, et il est bien rare qu'il soit sollicité à pleine capacité si vous ne passez pas votre temps à compresser des vidéos ou résoudre des systèmes d'équations à 16 inconnues. Déjà à la fin des années 1990 le projet SETI avait pris la mesure de ce phénomène et se proposait d'utiliser du temps de calcul de votre ordinateur pendant qu'il était en veille pour essayer de détecter des traces de vie extra-terrestre. Je pense qu'on découvrirait pas mal de martiens si on devait mettre sur le projet tous les appareils qui sont aujourd'hui dotés d'un processeur, vu que même votre montre de plongée a une puissance de calcul comparable à ces machines d'un autre âge.


Allez, on termine par le RPFL (Résumé Pour les Fatigués de la Lecture)


La fréquence des processeurs est mesurée en herz, et généralement cadencée entre 1 et 3 Ghz, ce qui équivaut à plusieurs milliards de calculs à la seconde.


Le processeur passe le plus clair de son temps à ne rien faire, donc ça fait bien longtemps que les générations de processeurs se succèdent sans apporter de différence notable dans les performances.


En revanche il est vrai qu'ils consomment de moins en moins d'énergie pour fonctionner, mais pas de quoi s'extasier non plus ni se précipiter en masse pour acheter absolument le tout dernier modèle de chez SourisVertesITProcessorBranch (pourtant une excellente marque). 


Pour conclure, les processeurs actuels sont tous très très balèzes, et feront sans doute saliver d'envie nos arrières petits-enfants quand on aura épuisé tous les éléments qui permettent de les construire et qu'il faudra revenir au boulier.



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fréquence processeur grandeur calcul

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