Quel est le rôle du processeur pour les jeux vidéo ?

Le rôle du processeur pour les jeux vidéo est bien souvent méconnu, délaissé pour la sacro-sainte carte graphique. Et pourtant, il s'avère essentiel pour faire tourner les jeux les plus gourmands.

Le processeur (CPU) est souvent surnommé le « cerveau de l’ordinateur » et pour cause, tout transite par cette puce qui gère une énorme variété de tâches sur votre machine. Qu’il s’agisse de faire tourner votre système d’exploitation, son interface, d’exécuter des jeux d’instructions spécifiques à certains usages ou de faire tourner plusieurs applications, votre CPU est le carrefour de tout ce que vous faites sur un ordinateur.

Dans le cadre du jeu vidéo, il est bien souvent négligé au profit de la carte graphique (GPU) alors que les deux composants travaillent de concert pour proposer une expérience de jeu techniquement irréprochable.

Du CPU jusqu’à l’écran

Le moteur d’un jeu vidéo ne peut pas communiquer directement avec une carte graphique et doit passer par le processeur. Chaque image (frame) est donc générée à partir du code de ce moteur qui envoie des instructions au processeur. Celles-ci concernent la logique du jeu, ses règles, mais aussi la physique des objets ou de la balistique pour les jeux de tirs par exemple. Nous verrons plus en détail sur quelles tâches le CPU est spécialisé en temps réel.

Le processeur prépare ces données et indique à la carte graphique à quoi cette image devra ressembler. Il envoie donc des commandes au GPU en utilisant l’API graphique utilisée par le jeu vidéo (DirectX, OpenGL, Vulkan ou encore Metal pour Mac). Ces commandes sont traduites en langage que le GPU comprend grâce au pilote de votre carte graphique, on les appelle des draw calls.

Concrètement, un draw call indique à la carte graphique de dessiner une série de triangles (la géométrie ou meshs) à l’écran en compilant un shader spécifique (texture, lumière, couleur). Ces données, qui sont d’abord traitées dans votre mémoire vive, passent ensuite dans la mémoire vidéo (VRAM) de votre carte graphique qui s’en sert pour générer l’image finale. Votre processeur attendra que le GPU ait terminé son travail de rendu avant d’entamer un nouveau draw call.

Le moteur d’un jeu vidéo ne peut pas communiquer directement avec une carte graphique et doit passer par le processeur. Ce dernier est donc à la base de toutes les images générées par votre GPU.

Gare au bottleneck

Vous le comprenez donc assez vite, si votre processeur ne peut pas envoyer ces commandes rapidement à votre carte graphique, celle-ci se verra très rapidement limitée. Dans cette situation, vous serez alors « CPU Limited », votre processeur ne sera pas assez puissant pour exploiter tout le potentiel de votre GPU, aussi puissant soit-il.

Au contraire, si votre carte graphique s’avère insuffisamment puissante par rapport à votre processeur, elle ne pourra traiter tous ces draw calls qu’on lui envoie, les performances de votre jeu seront donc limitées par votre GPU. On appelle ce scénario « GPU Limited » (oui, c’est original).

Il est important d’identifier ce goulot d’étranglement, le fameux bottleneck, afin d’évaluer quelle pièce est à changer dans votre système. Certains sites le font très bien, comme Bottleneck Calculator, sur lequel vous pourrez indiquer votre configuration, votre définition d’affichage et il vous indiquera si oui ou non vous êtes limité par l’une des pièces de votre système.

Le rôle du processeur en plein jeu

Au-delà de ces commandes envoyées à la carte graphique, le processeur agit en coulisse pour faire fonctionner les différents systèmes proposés par le moteur du jeu. Voici en vrac sur quelles tâches le CPU agit en temps réel :

• Les entrées / sorties : les inputs de vos différents périphériques (clavier, souris, micro).
• La physique du jeu : les instructions derrière la gestion de la physique dans le jeu, comme l’eau, les particules, les tissus, mais aussi la gravité et même la balistique.
• La gestion du son : le CPU gère le déclenchement des différents sons du jeu, ainsi que sa spatialisation.
• Le matchmaking : pour trouver la partie qui vous correspond dans le cadre d’un jeu en ligne
• L’IA des PNJ : le processeur gère l’intelligence artificielle des personnages non-joueurs et bots qui habitent le jeu, selon les instructions du moteur du jeu évidemment.

Mais au-delà de tout ce qui concerne la logique du jeu, la puissance du processeur a un impact dans deux catégories que nous avons voulu mettre en avant : la consistance de votre fréquence d’images par seconde et le ray tracing.

Un framerate plus constant

Si un processeur n’a pas d’incidence directe sur la fréquence d’images par seconde à laquelle un jeu vidéo tourne (sauf quand vous êtes CPU Limited bien sûr), il est cependant garant d’une certaine constance dans ce framerate.

Un processeur trop peu puissant pour une carte graphique peut entrainer des saccades qui ne se répercutent pas forcément dans votre fréquence moyenne d’images par seconde, tout simplement parce qu’elles sont trop infimes.

C’est pour cela que de nombreux benchmarks de jeux vidéo (dont ceux de Frandroid) incluent des valeurs minimums de 1 % et même 0,1 %, donnant ainsi des indications sur l’absolu plancher de vos performances, dans 1 et 0,1 % des cas.

Un processeur bien choisi pourra vous permettre de garder une fréquence d’images par seconde consistante, puisque le CPU et le GPU travaillent relativement au même niveau. Vous avez alors le choix de limiter vos FPS pour atténuer ce phénomène ou baisser certains paramètres graphiques.

Les effets de ray tracing

Si la technologie de ray tracing, et par extension de path tracing, sont généralement très gourmands envers votre carte graphique, son utilisation augmentera systématiquement l’utilisation de votre processeur.

Cela est notamment dû au fait que, traditionnellement, le CPU est à la charge de l’algorithme BVH (Bounding Volume Hierarchies) qui, très schématiquement, gère la collision entre les différents rayons d’une scène et les volumes 3D qu’elle contient.

Si depuis l’arrivée des GeForce RTX, ce procédé est accéléré par les cœurs RT, il peut encore exploiter les ressources de votre processeur.

C’est le cas de certains jeux en mode ouvert proposant des options de ray tracing, comme Spider-Man Remastered ou Cyberpunk 2077. Mais d’autres jeux, au socle technique radicalement différent, déporteront toute la charge sur le GPU, à l’instar d’Alan Wake 2 qui n’utilise que très peu votre processeur.

Dans quel type de jeu un CPU puissant est utile ?

Maintenant que nous avons vu le rôle de votre processeur lors de vos sessions de jeux, intéressons-nous à ces jeux qui sont le plus gourmands en ressources CPU.

Ces jeux, par leur fonctionnement, leur logique et leur proposition graphique, exploitent davantage votre processeur que d’autres.

Les jeux de gestion et de simulation

Les jeux de gestion sont par nature très demandeurs au niveau du CPU. En simulant des systèmes entiers, de nombreux PNJ (personnages non-joueurs) ainsi que leurs intelligences artificielles et tous les systèmes économiques, un jeu de gestion ou de création de villes va utiliser des jeux d’instruction associés à votre processeur et généralement la plupart de vos cœurs / threads.

La juxtaposition de tous ces systèmes et les actions du joueur qui influent sur ces systèmes suffisent généralement à alourdir la charge de votre processeur.

Exemples de jeux : Star Citizen, Total War Warhammer 2, Cities Skylines, Civilization, Stellaris, Endless Space

Les jeux open world

Les jeux en monde ouvert proposent de vastes environnements qui sont habituellement peuplés de vie et de systèmes (météo, routines des PNJ, interactions, etc.). Pour que ces mondes soient crédibles, c’est au processeur de calculer toute la logique des éléments qui le peuplent (météo, physique, routines de PNJ, etc.).

Et avec la course au photoréalisme de ces dernières années, ces jeux sont souvent très complexes graphiquement, et donc tout aussi gourmands pour le GPU. De plus, certains de ces jeux utilisent des technologies de génération procédurale pour des environnements uniques à chaque partie, mais aussi des effets de ray tracing, qui peuvent aussi demander des ressources à votre processeur.  Nous incluons dans cette catégorie les jeux multijoueurs dont les parties se tiennent dans de larges environnements.

Exemples de jeux : Arma 3, Assassin’s Creed Odyssey, No Man’s Sky, Battlefield 2042, Cyberpunk 2077, Spider-Man Remastered…

Les FPS compétitifs

Ah bon ? Les FPS compétitifs sont gourmands en ressources CPU ? Pas tout à fait. Ces jeux tournent sur des moteurs privilégiant la performance brute à la fidélité graphique, pour proposer une expérience exempte de toute latence pour les joueurs.

De par leur proposition graphique, ils ne sont pas très demandeurs pour votre carte graphique. Pour maximiser vos FPS dans ce type de jeux, vous aurez ainsi tendance à baisser tous les réglages graphiques, mais aussi votre définition.

Votre carte graphique n’ayant aucun mal à générer un très grand nombre d’images à ce niveau de rendu, la tâche reviendra à votre processeur de lui envoyer suffisamment de draw calls pour atteindre le niveau de performance espéré.

C’est d’ailleurs pour cela que le test d’un processeur s’effectue à basse définition, car c’est dans ce cas de figure qu’il aura plus de travail que votre carte graphique et qu’il sera possible de juger de son impact réel sur votre fréquence d’images par seconde.

Exemples de jeux : Valorant, Counter-Strike 2, Apex Legends, Overwatch 2…