Qu'est-ce que le microprocesseur (CPU)?

Dernière mise à jour le 21 Janvier 2022

Le microprocesseur ou CPU (acronyme anglais pour Central Processing Unit c’est à dire unité centrale de traitement) est le cœur de l’ordinateur. C’est lui qui exécute les instructions des programmes et du système d’exploitation. Il est constitué de plusieurs milliards de transistors qui traitent les informations sous forme de bits (qui ont une valeur 0 ou 1).

Quelles sont les caractéristiques principales des microprocesseurs?

• Le nombre de cœurs et de fils d’exécution (threads): plus ce nombre est important et plus le microprocesseur sera capable d’exécuter des tâches en parallèle, ce qui est une façon simple d’améliorer les performances d’un ordinateur. Un cœur contient en effet les transistors qui exécutent les instructions d’un programme. En plus des cœurs, certains CPU disposent aussi de deux fils d’exécution (threads) par cœur, ce qui leur permet d’exécuter certaines instructions en parallèle sur un même cœur et d’améliorer ainsi encore un plus les performances. En 2021 les CPU grand public des ordinateurs de bureau ont entre 2 et 16 cœurs et ceux des ordinateurs portables entre 2 et 8 cœurs.
• La fréquence en GHz: plus elle est élevée et plus le microprocesseur sera rapide. La fréquence d’un CPU n’est généralement pas constante, les CPU modernes peuvent l’augmenter temporairement pour exécuter des tâches lourdes ou l’abaisser lorsqu’ils sont peu sollicités afin de réduire la consommation électrique et la chaleur dégagée. En 2021, la fréquence de base est généralement entre 2 à 4 GHz pour les CPU des ordinateurs de bureau et entre de 1 et 3 GHz pour ceux des ordinateurs portables.
• La finesse de gravure en nanomètres (ou nm): plus le processus de gravure est fin et plus il peut y avoir de transistors sur une même superficie. Cela influe donc sur le coût de production (le coût diminue si plus de microprocesseurs peuvent être gravés sur une même galette de silicium) et sur la complexité du CPU (plus de transistors peuvent être inclus pour une même superficie). Elle est de 7 à 14 nm en 2021 pour les CPU d’AMD et d’Intel.
• L’enveloppe thermique en watts (ou TDP): elle correspond à l’énergie que le système de refroidissement du microprocesseur doit pouvoir évacuer afin que celui-ci fonctionne correctement. Elle est liée à sa consommation électrique mais attention, celle-ci est généralement bien plus importante comme vous pouvez le voir dans cette page. Plus l’enveloppe thermique est élevée et plus il faudra un système de refroidissement important afin de dissiper la chaleur. En 2021 elle est de l’ordre de 5 à 65 W pour les CPU des ordinateurs portables et de 35 à 165 W pour ceux des ordinateurs du bureau.
• Le socket du microprocesseur: il dépend du fabricant, ainsi en 2021, les microprocesseurs Intel utilisent soit le socket FCLGA1700 pour les CPUs Alder Lake, soit le socket FCLGA1200 pour les microprocesseurs des familles Comet Lake et Rocket Lake. Le socket FCLGA1151 était lui utilisé par les CPUs Intel des générations précédentes. Les microprocesseurs AMD utilisent de leur côté le socket AM4.
• Caches L1, L2 et L3: La mémoire RAM est rapide mais les microprocesseurs le sont encore plus. Les CPUs disposent donc de différents niveaux de petites mémoires ultra-rapides appelées caches où sont copiées les instructions et les données des programmes afin d’améliorer leurs performances. Les microprocesseurs modernes disposent généralement de trois niveaux de caches. Le cache de niveau 1 (Level 1 ou L1) est très petit (quelques dizaines de kilobytes par cœur) mais c’est le plus rapide avec des débits qui peuvent atteindre plusieurs terabytes par secondes. Le cache de niveau 2 (L2) est plus grand (quelques centaines de kilobytes par cœur) mais un peu plus lent, enfin le cache de niveau 3 (L3) peut avoir plusieurs megabytes mais est aussi le plus lent (avec un débit de plusieurs centaines de gigabytes par seconde). Les caches de niveau 1 et 2  sont généralement propres à chaque cœur alors que le cache de niveau 3 est partagé entre les cœurs du CPU. En règle général, une quantité de cache plus importante permet d’améliorer les performances du microprocesseur.

Prix et choix du microprocesseur:

En 2021, les deux principaux fabricants (Intel et AMD) proposent de nombreux CPU selon l’usage et la gamme de prix. Leurs prix varient de quelques dizaines d’euros our dollars pour le bas de gamme à plus de mille euros ou dollars pour le très haut de gamme. Certains fabricants utilisent d’autres microprocesseurs basés sur une architecture ARM pour des ordinateurs portables de type ChromeBook ou pour certains ordinateurs Apple introduits fin 2020.

Le choix du microprocesseur dépendra de l’usage que l’on ferra de l’ordinateur. Pour un usage bureautique (traitement de texte, tableur, navigation internet, réseaux sociaux) les CPU bas de gamme seront suffisants. Pour un usage plus intensif (jeux vidéos, montage vidéo, calcul scientifique par exemple) il faudra plutôt choisir un CPU moyen ou haut de gamme.

Les microprocesseurs Intel d’entrée de gamme sont les Celeron, Pentium et Core i3, les moyens de gamme sont les Core i5 et les hauts de gamme sont les Core i7 et Core i9. Du côté d’AMD, l’entrée de gamme est constituée des microprocesseurs Athlon y Ryzen 3, le milieu de gamme des CPU Ryzen 5 et le haut de gamme des Ryzen 7 et Ryzen 9.

Ces deux fabricants proposent une nouvelle génération de microprocesseurs à peu près chaque année afin d’en améliorer les performances et les fonctionnalités. Intel a ainsi introduit les 11-ième (Rocket Lake) et 12-ième (Alder Lake) générations de microprocesseurs Core en 2021 alors que AMD a introduit la série de microprocesseurs Ryzen 5000 ou Zen 3 l’année précédente.

Certains microprocesseurs disposent d’une solution graphique intégrée qui prend en charge la gestion des graphiques 2D ou 3D et de la vidéo de l’ordinateur. Elle est généralement suffisante pour un usage bureautique ou pour des jeux videos simples ou anciens et permet de diminuer le coût de l’ordinateur. Mais il faudra néanmoins utiliser une carte graphique dédiée pour jouer dans de bonnes conditions aux jeux videos plus modernes en haute résolution. Vous pouvez consulter la page sur les cartes graphiques pour avoir plus d’informations.