Pour info

Les premiers processeurs nécessitaient un espace important, puisqu'ils étaient construits à base de tubes électroniques ou de relais électromécaniques.

Leur création a pour origine les travaux de John von Neumann, qui répondaient aux difficultés liées à la reprogrammation de calculateurs comme l'ENIAC où il était nécessaire de recâbler le système pour faire fonctionner un nouveau programme.

Dans cette architecture, une unité de contrôle se charge de coordonner un processeur (ayant accès aux entrées/sorties) et la mémoire.

Tout cela a été décrit par un document intitulé

« première ébauche d'un rapport sur l'EDVAC »

ENIAC

Tube électronique	Relais	John von Neumann

L'ENIAC est remarquablement volumineux : il contient 17 468 tubes à vide, 7 200 diodes à cristal, 1 500 relais, 70 000 résistances, 10 000 condensateurs, 300 voyants lumineux pour l'affichage continu de l'état des registres, et environ 5 millions de soudures faites à la main. Deux ventilateurs massifs de 20 ch chacun permettent l'extraction de la chaleur générée par l'ensemble. Son poids est de 30 t pour des dimensions de 2,4 × 0,9 × 30,5 m occupant une surface de 139 m2 (1 500 pieds carrés). Sa consommation est de 150 kW.

Certains experts en électronique prédirent que les tubes tomberaient en panne si fréquemment que la machine en serait inutilisable. La prédiction n'était que partiellement correcte, de nombreux tubes brûlaient chaque jour laissant l'ENIAC inopérant la moitié du temps. Des lampes plus fiables ne furent disponibles qu'à partir de 1948, Eckert et Mauchly durent donc utiliser des tubes de qualité standard. La plupart des problèmes liés aux tubes se produit au démarrage ou à l'arrêt de la machine car ils sont soumis à un important stress thermique. Le simple fait de ne jamais couper la machine, permet aux ingénieurs de réduire le nombre de pannes à un ou deux tubes par jour. La plus longue période de calcul sans panne est atteinte en 1954 avec 116 heures, ce qui est une prouesse compte tenu de la technologie de l'époque.

Une cause fréquente de panne était la combustion d'un insecte sur un tube chaud, provoquant un stress thermique local et la rupture de l'ampoule de verre. Le terme anglais désignant un insecte est bug. Ce terme, par extension, serait devenu synonyme de dysfonctionnement informatique.

L'invention du transistor, en 1947, ouvrit la voie à la miniaturisation des composants électroniques. Car, auparavant, les ordinateurs prenaient la taille d'une pièce entière du fait de l'utilisation de tubes à vide volumineux, gros consommateurs d'énergie et générant beaucoup de chaleur : chaque transistor était un tube cathodique.

Jusqu'au début des années 1970, les différents composants électroniques nécessaires au fonctionnement d'un processeur ne pouvaient pas tenir sur un seul circuit intégré, ce qui nécessitait d'interconnecter de nombreux composants dont plusieurs circuits intégrés. En 1971, la société américaine Intel réussit, pour la première fois, à placer tous les composants qui constituent un processeur sur un seul circuit intégré, donnant ainsi naissance au microprocesseur.

Microprocesseur

Le premier microprocesseur commercialisé, le 15 novembre 1971, est l' Intel 4004 4 bits, suivi par l'Intel 8008 à 8 bits et qui servit initialement à fabriquer des contrôleurs graphiques en mode texte. Jugé trop lent par le client qui en avait demandé la conception, il devint un processeur d'usage général.

Les dimensions du circuit intégré sont de 3,81 mm de long sur 2,79 mm de large, soit environ 10,63 mm2. Il offre ainsi des performances équivalentes aux 66 m3 de l'ENIAC concentrées sur seulement 10 mm2.

Il comporte 2 300 transistors pMOS (Metal-Oxide Semiconductor à canal P) en technologie 10 µm, alimentés en −15 V.

En raison du petit nombre de broches, le bus de données et le bus d'adresse ne sont pas séparés mais sont multiplexés sur un unique bus externe à 4 bits.

Intel 4004

La version céramique C4004

Brochage

Architecture

Deux Intel 4004 dont un ouvert.

L’Intel 8008 était l'un des premiers microprocesseurs conçus et construits par Intel et présenté en avril 1972.

La puce, limitée par son boîtier DIP à 18 broches, avait un seul bus 8 bits et exigeait une grande quantité de logique externe pour le soutenir. Par exemple, le bus d'adresses de 14 bits donnant accès à 16 Ko de mémoire devait utiliser une partie de cette logique dans un registre de mémoire d'adresse externe (MAR). Il pouvait accéder à 8 ports d'entrée et à 24 ports de sortie.

L’Intel 8080 est l'un des premiers microprocesseurs conçus et fabriqués par Intel. Présenté en avril 1974, ce processeur 8 bits qui fonctionnait à 2 MHz, est généralement considéré comme le premier microprocesseur véritablement utilisable dans une unité centrale.

Architecture interne du 8080

L'Intel 8080 est le successeur de l'Intel 8008, dont il corrige plusieurs limitations.

Le 8080 était vendu dans un pack DIP à 40 broches, ce qui lui permettait d'utiliser un bus d'adresses sur 16 bits et un bus de données sur 8 bits, donnant un accès facile à 64 Ko de mémoire.

Il a sept registres de 8 bits (dont six peuvent être combinés dans trois registres de 16 bits), un pointeur de pile sur 16 bits (remplaçant la pile interne des 8008), et un compteur de programme sur 16 bits.

Le 8080 possède 256 ports d'entrées/sorties accessibles par des instructions dédiées. Contrairement à certains processeurs pour lesquels les unités d'entrée/sortie sont accessibles dans l'espace d'adressage mémoire, cette configuration permet d'économiser l'espace d'adressage restreint du 8080.

Peu de temps après le lancement du 8080 en 1974, apparu le concurrent Motorola 6800, puis, en 1975, le MOS Technology 6502, qui dérive indirectement de ce dernier.

Plus tard, le premier processeur 16 bits 8086 (registres internes et bus externe de données sur 16 bits) fut suivi d'une version 8/16 bits 8088 (registres internes sur 16 bits et bus externe de données sur 8 bits). Ce dernier processeur fut choisi pour des raisons économiques par IBM pour équiper son nouveau PC, ordinateur grand public lancé en 1981.

L'Intel 8086 (également appelé iAPX 86) est un microprocesseur CISC 16 bits fabriqué par Intel à partir de 1978. C'est le premier processeur de la famille x86, qui est devenue l'architecture de processeur la plus répandue dans le monde des ordinateurs personnels, stations de travail et serveurs informatiques en raison du choix d'IBM de l'utiliser comme base de l'IBM PC sorti quelques années après. Son principal concurrent était le Motorola 68000 sorti en 1979 et notamment utilisé dans les Apple Macintosh.

Il fut lancé en mai 1978 au prix de 360 dollars.

Intel 8086

Une version en boîtier céramique C8086.

Successeur du 8080, un processeur 8 bits, il adopte une architecture totalement 16 bits : les registres, le bus de données et les calculs sont réalisés en 16 bits. Son bus d'adresse est quant à lui de 20 bits, ce qui lui permet d'adresser 1 Mo d'espace mémoire.

Par comparaison, le 68000 sera un an plus tard une solution hybride 16/32 bits, utilisant des registres en 32 bits, un bus d'adresse de 24 bits, et une ALU et bus de données de 16 bits.

Il contient 29 000 transistors gravés en 3 µm. Sa puissance de calcul varie de 0,33 MIPS (lorsqu'il est cadencé à 4,77 MHz comme dans l'IBM PC) jusqu'à 0,75 MIPS pour la version 10 MHz.

Capable de réaliser les 4 opérations fondamentales sur les nombres entiers (ADD, SUB, MUL, DIV), il peut aussi être étendu par l'interconnexion avec un coprocesseur Intel 8087 qui lui ajoute des capacités de traitement des nombres en virgule flottante.

Années 1970

Dans les années 1970 les microprocesseurs traitent des mots de 8 bits et sont surtout fabriqués en technologie NMOS.

Date	Nom	Manufacturier	Horloge	Géométrie	Nombre de transistors	Loi de Moore
1971	4004	Intel	740 kHz	10 µm	2 250	2 250
1972	8008	Intel	500 kHz	10 µm	3 500	3 400
1974	6800	Motorola	2 MHz	-	4 100	6 750
1974	8080	Intel	2 MHz	6 µm	6 000	6 750
1974	1802	RCA	3,2 MHz	5 µm	5 000	6 750
1974	TMS-1000	Texas Inst.	400 kHz	8 µm	8 000	6 750
1975	6502	MOS Techno.	1 MHz	-	4 000	9 000
1976	Z80	Zilog	2 MHz	4 µm	8 500	13 500
1976	8085	Intel	5 MHz	3 µm	6 500	13 500
1976	TMS-9900	Texas Inst.	3,3 MHz	-	8 000	13 500
1977	6100	Intersil	4 MHz	-	20 000	18 000
1978	8086	Intel	5 MHz	3 µm	29 000	27 000
1978	6801	Motorola	-	5 µm	35 000	27 000
1979	Z8000	Zilog	-	-	17 500	36 000
1979	8088	Intel	5 MHz	3 µm	29 000	36 000
1979	6809	Motorola	1 MHz	5 µm	40 000	36 000
1979	68000	Motorola	8 MHz	4 µm	68 000	36 000

Années 1980

Dans les années 1980 les microprocesseurs traitent des mots de 16 et même 32 bits et sont surtout fabriqués en technologie CMOS.

Date	Nom	Manufacturier	Horloge	Géométrie	Nombre de transistors	Loi de Moore
1980	16032	National	-	-	60 000	54 000
1981	6120	Harris	10 MHz	-	20 000	72 000
1981	T-11	DEC	2,5 MHz	5 µm	17 000	72 000
1982	RISC-I	Berkely	1 MHz	5 µm	44 500	108 000
1982	80186	Intel	6 MHz	-	55 000	108 000
1982	80286	Intel	6 MHz	1,5 µm	134 000	108 000
1983	RISC-II	Berkely	3 MHz	3 µm	41 000	144 000
1984	68020	Motorola	16 MHz	2 µm	190 000	216 000
1984	32032	National	-	-	70 000	216 000
1985	386	Intel	16 MHz	1,5 µm	275 000	288 000
1985	Micro-VAX	DEC	-	-	125 000	288 000
1985	R2000	MIPS	8 MHz	2 µm	115 000	288 000
1985	R3000	MIPS	12 MHz	1,2 µm	120 000	288 000
1986	Z80000	Zilog	-	-	91 000	432 000
1986	SPARC	Sun	40 MHz	0,8 µm	800 000	432 000
1987	68030	Motorola	16 MHz	1,3 µm	273 000	576 000
1988	386 SX	Intel	16 MHz	1 µm	275 000	864 000
1989	486	Intel	25 MHz	1 µm	1 180 000	1 152 000

Années 1990

Dans les années 1990 les microprocesseurs traitent des mots de 32 bits. La fréquence du bus ne peut plus suivre celle du microprocesseur. Apparaissent donc deux horloges : une externe et une interne, plus rapide.

Date	Nom	Manufacturier	Horloge	Géométrie	Nombre de transistors (millions)	Loi de Moore (millions)
1990	386 SL	Intel	20 MHz	1 µm	0,85	1,73
1990	68040	Motorola	40 MHz	-	1,2	1,73
1990	POWER1	IBM	20-30 MHz	-	6,9	1,73
1991	486 SL	Intel	33 MHz	0,7 µm	1,4	2,3
1991	R-4000	MIPS	100 MHz	0,8 µm	1,35	2,3
1992	Alpha 21064	DEC	150 MHz	0,7 µm	1,68	3,45
1992	microSPARC I	Sun	40-50 MHz	0,8 µm	0,8	3,45
1993	PowerPC 601	IBM-Motorola	50 MHz	0,6 µm	2,8	4,6
1993	Pentium	Intel	60 MHz	0,8 µm	3,1	4,6
1993	POWER2	IBM	55-71 MHz	0,72 µm	23	4,6
1994	68060	Motorola	50 MHz	0,6 µm	2,5	6,9
1994	PowerPC 603	IBM-Motorola	60-120 MHz	0,5 µm	1,6	6,9
1994	PowerPC 604	IBM-Motorola	100-180 MHz	0,5 µm	3,6	6,9
1995	Pentium Pro	Intel	200 MHz	0,35 µm	5,5	9,2
1995	UltraSPARC	Sun	143-167 MHz	0,47 µm	5,2	9,2
1996	K5	AMD	75 MHz	0,5 µm	4,3	13,8
1996	Alpha 21164	DEC	500 MHz	0,35 µm	9,6	13,8
1997	Pentium II	Intel	233 MHz	0,35 µm	7,5	18,4
1997	PowerPC 620	IBM-Motorola	120-150 MHz	0,35 µm	6,9	18,4
1997	K6	AMD	166 MHz	0,35 µm	8,8	18,4
1997	UltraSPARC II	Sun	250-400 MHz	0,35 µm	5,4	18,4
1997	PowerPC-750 (G3)	IBM-Motorola	233-366 MHz	0,26 µm	6,35	18,4
1998	POWER3	IBM	200 MHz	0,25 µm	15	36,8
1999	Pentium III	Intel	450 MHz	0,25 µm	9,5	36,8
1999	PowerPC 7400 (G4)	Motorola	350-500 MHz	0,2 µm	10,5	36,8
1999	Athlon	AMD	1 GHz	0,18 µm	22	36,8

Années 2000

Dans les années 2000, la progression de la fréquence ralentit sensiblement à cause de l'augmentation rapide de la dissipation thermique, et ce malgré les diminutions successives de la finesse de gravure. Des processeurs multi-cœur font peu à peu leur apparition.

Date	Nom	Manufacturier	Horloge	Géométrie	Nombre de transistors (millions)	Loi de Moore (millions)
2000	Athlon XP	AMD	1,3 GHz	180 nm	37,5	55,2
2000	Pentium 4	Intel	1,4 GHz	180 nm	42	55,2
2000	20K	MIPS	-	-	7,2	55,2
2000	UltraSPARC II	Sun	-	-	29	55,2
2001	Itanium	Intel	722 MHz	-	25	73,7
2001	POWER4	IBM	1,1-1,4 GHz	90 nm	174	73,7
2001	UltraSPARC III	Sun	750-1200 MHz	130 nm	29	73,7
2001	PowerPC 7450 (G4)	Motorola	733-800 MHz	180 nm	33	73,7
2002	Itanium II	Intel	900 MHz	-	410	110,6
2003	Pentium M	Intel	900 MHz	130 nm	77	147,5
2003	Pentium 4 Extreme (EE)	Intel	3,8 GHz	130 nm	175	147,5
2003	PowerPC 970 (G5)	IBM	1,6-2,0 GHz	130 nm	52	147,5
2004	POWER5	IBM	1,65-1,9 GHz	130 nm	276	221,25
2005	Pentium D	Intel	3,0 GHz	90 nm	230	295
2005	UltraSPARC IV	Sun	1-1,35 GHz	130 nm	66	295
2005	Athlon 64 / Athlon 64 X2	AMD	3,2 GHz (2007)	90 nm / 65 nm	122 / 221 (X2)	295
2006	Core 2	Intel	3 GHz	65 nm	291 (Duo) / 2x291 (Quad)	442,5
2006	Cell	IBM-Sony-Toshiba	3,2-4,6 GHz	90 nm	241	442,5
2006	Itanium 2 Duo	Intel	1,6 GHz	90 nm	1 700	442,5
2007	Phenom	AMD	2,6 GHz	65 nm	463	590
2007	POWER6	IBM	3,5-4,7 GHz	65 nm	790	590
2008	Core 2	Intel	3,2 GHz	45 nm	410 (Duo) / 2x410 (Quad)	885
2008	z10	IBM	4,4 GHz	65 nm	993	885
2008	Atom	Intel	0,8-1,6 GHz	45 nm	47	885
2008	Core i7	Intel	3,2 GHz	45 nm	730	885
2009	Phenom II	AMD	3 GHz	45 nm	758	1 180

Années 2010

Dans les années 2010, la fréquence de l'horloge est stable. Le nombre de cœurs augmente peu à peu. Vers la fin de la décennie le processeur contient 2, 4 ou 8 cœurs. Une nouvelle tendance apparaît, le module multi-puces (MCM) fait de plusieurs puces séparées ou chiplets (en).

Date	Nom	Fabricant	Horloge (GHz)	Géométrie	Nombre de transistors (millions)	Loi de Moore (millions)	Nombre de cœurs
2010	POWER7	IBM	3-4,25	45 nm	1 200	1 770	4-8
2011	Sandy Bridge	Intel	1,6-3,4	32 nm	995		1-4 (4-6 Extreme) et (6-8 pour les Xeon)
2013	Haswell	Intel	1,9-4,4	22 nm	1 400		2-4 (6-8 Extreme) et (2-18 pour les Xeon)
2014	Broadwell	Intel	1,8-4	14 nm	1900		2-4 (6-10 Extreme) et (4-24 pour les Xeon)
2016	Kaby Lake	Intel	1,9-4,5	14 nm	2 160		2-4
2017	Ryzen 1000	AMD	3,2-4,1	14 nm	4 800		4-16
2017	Coffee Lake	Intel	1,7-4	14 nm	3 000		2-6
2018	Ryzen 2000	AMD	2,8-4,4	12 nm	4 940		4-32
2018	Coffee Lake Refresh	Intel	1,8-5	14 nm	3 000		2-8
2019	Ryzen 3000	AMD	2,1-4,7	7 nm	3 800		4-64
2019	Comet Lake	Intel	1,1-5,3	14 nm			2-10

Années 2020

Dans les années 2020, la finesse de gravure est de plus en plus petite et tend vers le nm.

Date	Nom	Manufacturier	Horloge	Géométrie	Nombre de transistors (milliards)	Nombre de cœurs
2020	Ryzen 4000	AMD	1,7-4,4 GHz	7 nm	4,8	4-8
2020	Ryzen 5000	AMD	3,4-4,9 GHz	7 nm		6-16
2020	Apple M1	Apple/TSMC	2,1-3,2 GHz	5 nm	16	8
2021	Apple M1 Max	Apple/TSMC	2,1-3,2 GHz	5 nm	57	10
2022
2023	Ryzen 7000	AMD	3,8-4,7 GHz	5 nm	6,5	8-16
2024	Ryzen 9 9900X	AMD	4,4-5,6 GHz	4 nm	8,315	16-32
2025
2026

Caractéristiques des processeurs AMD

Ryzen Série 7000

Nom	Modèle de cœur graphique	Nombre de cœurs de CPU	Nombre de threads	Boost d'horloge maximal	Horloge de base	Solution de refroidissement (PIB)	Nombre de cœurs graphiques	TDP par défaut
AMD Ryzen™ 9 7950X3D	AMD Radeon™ Graphics	16	32	Jusqu'à 5.7 GHz	4.2 GHz	Non inclus	2	120W
AMD Ryzen™ 9 7950X	AMD Radeon™ Graphics	16	32	Jusqu'à 5.7 GHz	4.5 GHz	Non inclus	2	170W
AMD Ryzen™ 9 7900X3D	AMD Radeon™ Graphics	12	24	Jusqu'à 5.6 GHz	4.4 GHz	Non inclus	2	120W
AMD Ryzen™ 9 7900X	AMD Radeon™ Graphics	12	24	Jusqu'à 5.6 GHz	4.7 GHz	Non inclus	2	170W
AMD Ryzen™ 9 7900	AMD Radeon™ Graphics	12	24	Jusqu'à 5.4 GHz	3.7 GHz	AMD Wraith Prism	2	65W
AMD Ryzen™ 7 7800X3D	AMD Radeon™ Graphics	8	16	Jusqu'à 5 GHz	4.2 GHz	Non inclus	2	120W
AMD Ryzen™ 7 7700X	AMD Radeon™ Graphics	8	16	Jusqu'à 5.4 GHz	4.5 GHz	Non inclus	2	105W
AMD Ryzen™ 7 7700	AMD Radeon™ Graphics	8	16	Jusqu'à 5.3 GHz	3.8 GHz	AMD Wraith Prism	2	65W
AMD Ryzen™ 5 7600X3D	AMD Radeon™ Graphics	6	12	Jusqu'à 4.7 GHz	4.1 GHz	Non inclus	2	65W
AMD Ryzen™ 5 7600X	AMD Radeon™ Graphics	6	12	Jusqu'à 5.3 GHz	4.7 GHz	Non inclus	2	105W
AMD Ryzen™ 5 7600	AMD Radeon™ Graphics	6	12	Jusqu'à 5.1 GHz	3.8 GHz	AMD Wraith Stealth	2	65W
AMD Ryzen™ 5 7500X3D	AMD Radeon™ Graphics	6	12	Jusqu'à 4.5 GHz	4 GHz	Non inclus	2	65W
AMD Ryzen™ 5 7500F	Carte graphique dédiée requise	6	12	Jusqu'à 5 GHz	3.7 GHz	AMD Wraith Stealth		65W
AMD Ryzen™ 5 7400F	Carte graphique dédiée requise	6	12	Jusqu'à 4.7 GHz	3.7 GHz	AMD Wraith Stealth		65W
AMD Ryzen™ 5 7400	AMD Radeon™ Graphics	6	12	Jusqu'à 4.3 GHz	3.3 GHz	AMD Wraith Stealth	2	65W

Ryzen Série 9000

Nom	Modèle de cœur graphique	Nombre de cœurs de CPU	Nombre de threads	Boost d'horloge maximal	Horloge de base	Solution de refroidissement (PIB)	Nombre de cœurs graphiques	TDP par défaut
AMD Ryzen™ 9 9950X3D	AMD Radeon™ Graphics	16	32	Jusqu'à 5.7 GHz	4.3 GHz	Non inclus	2	170W
AMD Ryzen™ 9 9950X	AMD Radeon™ Graphics	16	32	Jusqu'à 5.7 GHz	4.3 GHz	Non inclus	2	170W
AMD Ryzen™ 9 9900X3D	AMD Radeon™ Graphics	12	24	Jusqu'à 5.5 GHz	4.4 GHz	Non inclus	2	120W
AMD Ryzen™ 9 9900X	AMD Radeon™ Graphics	12	24	Jusqu'à 5.6 GHz	4.4 GHz	Non inclus	2	120W
AMD Ryzen™ 7 9800X3D	AMD Radeon™ Graphics	8	16	Jusqu'à 5.2 GHz	4.7 GHz	Non inclus	2	120W
AMD Ryzen™ 7 9700X	AMD Radeon™ Graphics	8	16	Jusqu'à 5.5 GHz	3.8 GHz	Non inclus	2	65W
AMD Ryzen™ 7 9700F	Carte graphique dédiée requise	8	16	Jusqu'à 5.5 GHz	3.8 GHz	Non inclus		65W
AMD Ryzen™ 5 9600X	AMD Radeon™ Graphics	6	12	Jusqu'à 5.4 GHz	3.9 GHz	Non inclus	2	65W
AMD Ryzen™ 5 9600	AMD Radeon™ Graphics	6	12	Jusqu'à 5.2 GHz	3.8 GHz	AMD Wraith Stealth	2	65W
AMD Ryzen™ 5 9500F	Carte graphique dédiée requise	6	12	Jusqu'à 5 GHz	3.8 GHz	AMD Wraith Stealth		65W

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