Comment fonctionne votre processeur?

Le CPU (Central Processing Unit) est la pièce centrale de votre PC, de votre tablette ou de votre smartphone. C’est l’un des composants les plus complexes et les plus coûteux avec le GPU. Et pourtant, à la base, un CPU n’est fait que de transistors, de simples composants électriques qui ne connaissent que deux états: ils laissent passer le courant ou ils le bloquent. Tout fonctionne en binaire: c’est fermé ou ouvert, 0 ou 1. Mais cette simplicité n’est qu’apparente et les CPU modernes sont devenus des monstres si on les compare avec le premier Intel commercialisé en 1971. Le 4004 utilisait 2250 transistors gravés en 10000 nm sur une surface de 12 mm². 50 ans plus tard, un Threadripper 3990X en dispose de près de 40 milliards, gravés en 7 nm et répartis sur 1008 mm². Etpourtant, la base est toujours la même.

Cœurs et threads

Ces transistors sont répartis dans des cœurs (cores en anglais), et les processeurs modernes multiplient ces cœurs. Chaque cœur est un petit CPU. L’avantage de multiplier les cœurs est qu’on peut démultiplier les unités de calcul sans avoir besoin de plusieurs CPU physiques: 1 socket, 1 CPU, et 8, 10… jusqu’à 64 cœurs sur une carte mère. Or, si le nombre de cœurs est une donnée importante, l’architecture interne de ces cœurs, la mémoire cache qu’ils utilisent et la manière dont les différents cœurs y accèdent, de même que les instructions qu’ils gèrent comptent au moins autant. Un processeur, c’est avant tout une architecture et une micro-architecture (manière dont les composants du CPU sont placés, instructions gérées, alimentation, pipeline, gestion du cache, etc.). Si elle est efficace, le processeur sera