TFLOPS : comment évalue-t-on la puissance d'une console de jeu ou d'un PC
Les téraFLOPS. Si vous suivez de près l'actualité de la tech, et en particulier des consoles de jeux ou des cartes graphiques, vous êtes forcements tombés sur cette unité de mesure fortement appuyée par les départements marketing des marques. Microsoft a par exemple annoncé en grande pompe que la Xbox Series X aura le droit à une puissance graphique de 12 TFLOPS, ou 12 téraFLOPS.
Pourtant il faut faire attention avec cette mesure. Elle a une définition bien précise et il faut prendre soin de bien la comprendre et surtout comprendre ce qu'elle implique quand on parle de la puissance d'un ordinateur ou d'une console, mais aussi les limites de cette seule unité pour mesurer les performances.
Tout comprendre aux TFLOPS en vidéo
Pour tout comprendre aux TFLOPS, nous avons fait un condensé des informations de ce dossier en vidéo, à retrouver ci-dessous.
https://www.youtube.com/watch?v=tJx-RDFjLjI
C'est quoi un TFLOPS (ou téraFLOPS) ?
Il suffit de faire un petit tour sur Wikipédia pour lire la définition des FLOPS, ou floating-point operations per second : « il s'agit du nombre d'opérations en virgule flottante par seconde ». Le nombre de FLOPS représente donc le nombre d'opérations que peut effectuer un processeur chaque seconde sur des nombres à virgule (les fameuses « virgules flottantes »). Ce genre de calcul est bien plus complexe que de simples opérations sur des nombres entiers.
On calcule ce nombre de FLOPS à partir de nombres 32 bits (on parle alors de simple précision, ou SP ou FP32), ou d'un nombre 64 bits (double précision, ou DP ou FP64), que l'on n’oubliera pas de préciser au moment d'annoncer le résultat. La plupart du temps, on utilise le résultat simple précision sur 32 bits, donc FP32.
Autrement dit, le nombre de FLOPS représente la puissance de calcul mathématique brute d'un processeur.
Rappelons que la puce graphique, ou GPU, d'une carte graphique, n'est rien d'autre qu'un processeur spécialisé. Aussi on peut tout aussi bien calculer le nombre de FLOPS d'un CPU ou d'un GPU ou tout autre type de processeurs. Dans ce dossier, nous parlerons parfois de processeurs, mais cela peut tout à fait désigner les composants graphiques d'un PC ou d'une console de jeu.
Quant au préfixe « téra », il s'agit tout simplement du préfixe du système international d'unités pour représenter 1 billion, ou 1 000 000 000 000. On connait habituellement ce préfixe aujourd'hui pour les espaces de stockage, notamment sur les disques durs, de 1 ou plusieurs téraoctets (To).
La puissance brute des consoles de jeux
Voici une liste des dernières générations de consoles de jeux et la puissance brute en TFLOPS de leurs composants graphiques.
Ne pas confondre TFLOPS et performances
On l'a dit, le nombre de FLOPS représente la puissance brute de calcul mathématique d'un processeur. Le problème, c'est que la puissance brute ne suffit pas à résumer l'architecture si complexe d'un processeur ou d'une puce graphique.
Un exemple : AMD Radeon RX 5700 XT vs Nvidia GeForce RTX 2070 SUPER
Prenons un exemple concret. Nous prenons deux cartes graphiques, d'un côté la carte AMD Radeon RX 5700 XT annoncée avec 9,75 TFLOPS FP32, et de l'autre une Nvidia GeForce RTX 2070 SUPER annoncée avec 9,1 TFLOPS FP32 de puissance brute. Sur le papier, la carte graphique AMD semble être la carte offrant les meilleures performances, puisqu'elle a la meilleure puissance brute.
Pourtant un rapide test avec Forza Horizon 4 réalisé par le site Techspot montre que la GeForce RTX 2070 Super propose de meilleures performances que la Radeon RX 5700 XT en jeu.
Plusieurs éléments peuvent expliquer cette différence :
une meilleure optimisation du jeu ;
une meilleure optimisation des pilotes de la carte graphique Nvidia pour ce jeu ;
une différence de bande passante vers la mémoire vidéo ;
une différence de capacité mémoire vidéo.
Autant de points qui, vous l'aurez compris, sont en fait tout aussi importants à prendre en compte pour évaluer les performances réelles d'un appareil. Parmi les composants additionnels d'une puce graphique, nous n'avons pas mentionné les cœurs spécialisés dans certaines tâches comme les calculs de ray tracing.
Tous ces éléments font qu'il est risqué de comparer les téraFLOPS de processeurs utilisant des architectures différentes pour conclure sur une différence de performances, qui plus est quand ils proviennent de marques différentes.
De AMD GCN à AMD RDNA : quelle différence entre deux générations à TFLOPS égal ?
Les consoles Xbox One et PS4 utilisent toutes les deux une puce graphique développée par AMD et basée sur l'architecture GCN. Microsoft a annoncé que la Xbox Series X utilisera une puce graphique AMD basée sur la toute nouvelle architecture RDNA 2.0. Elle est si nouvelle qu'elle est encore inédite sur le marché des PC, et il est donc difficile d'avoir une estimation des optimisations réalisées par AMD.
En attendant, on peut en revanche comparer les performances de l'architecture RDNA 1.0, avec l'architecture GCN, à puissance brute égale.
C'est exactement ce qu'a fait le site Digital Foundry, en prenant plusieurs cartes graphiques AMD basées sur des architectures GCN et RDNA. Le résultat est effarant, une puce graphique basée sur RDNA 1 se montre 40 à 60 % plus performante à TFLOPS égal.
Autrement dit, quand Microsoft annonce que la Xbox Series X propose deux fois plus de puissance brute que la Xbox One X, en comparant la puce 12 TFLOPS NAVI 2 de la nouvelle console avec la puce 6 TFLOPS GCN de l'ancienne, la firme ne prend pas en compte ce bénéfice de performances résultant du changement d'architecture.
En d'autres termes, les performances de la Xbox Series X devraient atteindre plus du double de celles de la Xbox One X.
https://www.youtube.com/watch?v=X-443w7LSb0
Comment définit-on la puissance d'une console de jeu ?
Pour évaluer les performances d'une machine, il faut prendre en compte tous ses composants, et pas seulement sa puce graphique. Concrètement, voici comment évaluer les performances ou la puissance d'un appareil comme une console de jeu.
Le processeur
Dans le cas d'une console de jeu, cela signifie par exemple le processeur central, basé sur AMD Jaguar pour les consoles PS4 et Xbox One, et AMD Zen 2 pour les consoles de nouvelle génération PS5 et Xbox Series X. Aujourd'hui, des consoles comme la PS4 Pro ou la Xbox One X sont fortement limitées par la puissance de leur processeur, qui a une répercussion directe notamment sur la définition d'affichage et le nombre d'images par seconde.
La puce graphique
Quand on parle de consoles de jeu, l'un des éléments les plus importants est sans aucun doute sa puce graphique qui va être chargée de calculer le rendu 3D du jeu en temps réel. Comme on l'a vu, il faut prendre en compte sa puissance brute, mais aussi l'architecture utilisée. Beaucoup d'autres éléments sont à considérer, notamment les composants additionnels. On pense notamment ici aux cœurs spécialisés dans le ray tracing qui sont arrivées chez Nvidia avec la génération RTX Turing, et chez AMD avec RDNA 2. La puissance du GPU en TFLOPS ne tient pas compte de ces composants additionnels.
Le stockage
On peut aussi mentionner le stockage des jeux. Au cours des précédentes générations, les jeux étaient stockés sur les disques avec une vitesse de lecture peu élevée de 9 Mo/s dans le cas des Blu-ray de la PlayStation 3. On est passé ensuite au disque dur interne sur la PS4 avec une vitesse de lecture de 40 à 120 Mo/s pour une vitesse d'écriture de 40 à 120 Mo/s également. La prochaine génération promet d'utiliser un stockage SSD de plusieurs Go/s en lecture, comme en écriture, avec un temps d'accès quasi instantané.
https://www.youtube.com/watch?v=1SFBl9VTBgE
Sony a justement mis l'accent sur la vitesse de son architecture de stockage sur la PS5, appuyé par une démonstration de l'Unreal Engine 5. De son côté, Microsoft veut aussi miser sur les optimisations permises par son Xbox Velocity Architecture pour améliore encore les prouesses graphiques des futurs jeux.
La bande passante mémoire
C'est un autre élément important à prendre en compte, l'utilisation de la mémoire vive et de la mémoire vidéo est cruciale dans les jeux vidéo. Ici, les fabricants de consoles peuvent faire des choix différents pour des raisons de coûts de fabrications ou de philosophie d'architectures qui peuvent avoir un impact direct sur la simplicité de développement des jeux.
Sur la précédente génération de console, Microsoft avait fait le choix critiqué d'intégrer un peu de mémoire ESRAM très rapide, 32 Mo avec une bande passante de 102 Go/s, associée avec une quantité de RAM DDR3 plus large, mais plus lente, 8 Go à 68 Go/s. De son côté, Sony avait été applaudi pour l'intégration de 8 Go de mémoire unifiée GDDR5 à 176 Go/s.
Les autres composants
Bien sûr il y a encore d'autres éléments à prendre en compte pour évaluer une console que nous n'avons pas listée ici. Les Xbox One S et Xbox One X intègrent un lecteur Blu-ray 4K alors que la PS4 Pro se contente d'un lecteur Blu-ray classique. Il faudrait aussi prendre en compte le refroidissement, permettant de mieux dissiper la puissance de calcul, la puce audio, la connexion réseau en filaire ou en Wi-Fi, la compatibilité Bluetooth, ou encore d'éventuels composants additionnels dans la machine et propre à chaque fabricant.
Ce qu'il faut retenir
Voici quelques éléments qu'il faut garder à l'esprit lorsque l'on parle de la puissance d'une machine. D'abord, le nombre de TéraFLOPS représente la puissance brute de calcul mathématique d'un processeur ou d'une puce graphique. C'est une donnée importante qui ne suffit pas à déterminer la puissance totale du processeur. Pour cela il faut d'abord tenir compte de l'architecture utilisée, qui peut faire varier radicalement les performances à TFLOPS égal, mais aussi des composants additionnels du processeur comme sa gestion du ray tracing ou l'optimisation de la couche logicielle.
Il faut également garder à l'esprit que le processeur graphique n'est pas le seul point important pour les performances d'une machine : le processeur central, la vitesse du stockage ou la bande passante mémoire sont autant d'autres points qu'il ne faut pas négliger pour ne pas créer un goulot d'étranglement.
https://www.frandroid.com/marques/microsoft/623173_xbox-scarlett-puissance-design-jeux-prix-date-sortie