Qu’est-ce que l’hy­per­threa­ding ?

L’idée de base de l’hy­per­threa­ding est de permettre à un mi­cro­pro­ces­seur de traiter plusieurs tâches si­mul­ta­né­ment. Alors qu’au­pa­ra­vant, une seule tâche pouvait être gérée par pro­ces­seur, l’hy­per­threa­ding d’Intel permet désormais de diviser un pro­ces­seur en deux cœurs logiques et virtuels traitant les hy­per­threads de façon si­mul­ta­née. Nous vous ex­pli­quons ici comment l’hy­per­threa­ding améliore la per­for­mance de votre pro­ces­seur.

Le terme d’hy­per­threa­ding, qui semble tout droit tiré de la science-fiction, ne recouvre en réalité que le principe qui veut que deux mains valent mieux qu’une. L’hy­per­threa­ding d’Intel trouve son origine dans le domaine des serveurs, où plusieurs pro­ces­seurs physiques sont gé­né­ra­le­ment utilisés si­mul­ta­né­ment pour augmenter la puissance de calcul. L’hy­per­threa­ding, en revanche, ne fait in­ter­ve­nir qu'un seul pro­ces­seur physique, mais celui-ci se comporte comme s’il en existait deux. Ceci est rendu possible car le pro­ces­seur se divise en deux cœurs virtuels, également appelés noyaux, qui traitent les tâches en parallèle. Cela permet de traiter si­mul­ta­né­ment plusieurs files de commandes en tant qu’hy­per­thread, de répartir les processus entre les cœurs virtuels et d’améliorer l’uti­li­sa­tion du pro­ces­seur.

La tech­no­lo­gie hy­per­thread (HT) vient du fabricant de pro­ces­seurs et de CPU Intel. L’HT était déjà utilisé dans le domaine du dé­ve­lop­pe­ment, mais depuis le 14 novembre 2002, les uti­li­sa­teurs d'or­di­na­teurs do­mes­tiques peuvent également profiter de la tech­no­lo­gie d’hy­per­threa­ding d’Intel. Avec le Pentium-4 incluant le cœur Northwood-B, Intel a fi­na­le­ment introduit of­fi­ciel­le­ment la tech­no­lo­gie d’hy­per­threa­ding sur le marché. Dès les modèles suivants, le Pentium D et le Core-2-Duo, Intel a retiré l’hy­per­threa­ding en rem­pla­çant cette tech­no­lo­gie par des pro­ces­seurs prin­ci­paux à double cœur.

Cependant, ce qui est plus fonc­tion­nel l’emporte toujours à long terme, et c’est ainsi que l’hy­per­threa­ding a trouvé sa place dans les mi­cro­pro­ces­seurs Atom d’Intel ainsi que dans la série Core-i. Sous cette forme, l’hy­per­threa­ding est une tech­no­lo­gie utilisée ex­clu­si­ve­ment dans les pro­ces­seurs Intel.

Si vous entendez parler de l’hy­per­threa­ding pour la première fois, vous devez penser, à juste titre, que tous les pro­ces­seurs devraient être équipés de cette tech­no­lo­gie. Par chance, l’hy­per­threa­ding est actif par défaut dans les cœurs de CPU, à condition qu’ils sup­por­tent la tech­no­lo­gie d’hy­per­threa­ding. Néanmoins, l’hy­per­threa­ding peut être activé et désactivé dans le BIOS sous « Hyper-Threading Tech­no­logy » via « Enable » et « Disable ». Dans le cas de pro­ces­seurs ne prenant pas en charge l’hy­per­threa­ding, chaque cœur physique traite uni­que­ment les dif­fé­rents processus logiques de manière sé­quen­tielle, c'est-à-dire les uns après les autres. Vous pouvez vérifier si l’hy­per­threa­ding est actif ou supporté dans le ges­tion­naire de pé­ri­phé­riques. Par exemple, si vous avez un or­di­na­teur avec deux cœurs de pro­ces­seur mais que vous voyez quatre pro­ces­seurs sous « Pro­ces­seurs », l’hy­per­threa­ding est actif.

Le plus grand avantage de l’hy­per­threa­ding est pro­ba­ble­ment le fait que la mise en œuvre de la tech­no­lo­gie d’hy­per­threa­ding dans les mi­cro­pro­ces­seurs est moins chère que celle qui consiste à intégrer deux mi­cro­pro­ces­seurs physiques. Toutefois, étant donné que la plupart des or­di­na­teurs actuels sont déjà équipés de pro­ces­seurs multi-cœurs, cet avantage ne peut être exploité que si les pro­ces­seurs avec hy­per­threa­ding ont le même nombre de pro­ces­seurs physiques que les machines qui ne sup­por­tent pas l’hy­per­threa­ding.

Le véritable avantage de l’hy­per­threa­ding est l’uti­li­sa­tion efficace des res­sources. Deux cœurs virtuels dans un cœur physique ne sig­ni­fient pas que les tâches s’exécutent deux fois plus vite. Toutefois, la puissance de calcul né­ces­saire pour plusieurs processus peut être répartie non seulement de manière sé­quen­tielle, mais aussi si­mul­ta­né­ment entre les cœurs virtuels. Cela permet d’éviter les temps morts inutiles et d’exécuter les processus sans in­ter­rup­tion. Les threads n’ont donc pas besoin d’attendre qu’un thread né­ces­si­tant une forte puissance de calcul ait été traité et s’exécutent sim­ple­ment sur le deuxième cœur.

Dans tous les cas, l’avantage des pro­ces­seurs multi-cœurs est qu’un cœur physique n’a pas à partager ses res­sources. Les pro­ces­seurs disposant, par exemple, de dix cœurs physiques auraient en principe un avantage sur cinq cœurs physiques fonc­tion­nant avec la tech­no­lo­gie d’hy­per­threa­ding, car chaque cœur peut utiliser toutes les res­sources dis­po­nibles pour traiter les processus. Les cœurs virtuels utilisent quant à eux la même puissance de calcul que les cœurs physiques pour gérer des ensembles de registres pa­ral­lèles. Aujourd’hui, il est dans tous les cas pertinent de tra­vail­ler avec des pro­ces­seurs com­por­tant au moins deux cœurs physiques ou plus.

De prime abord, le mul­ti­threa­ding et l’hy­per­threa­ding semblent très si­mi­laires : ces deux tech­no­lo­gies ont pour but de répartir et de traiter ef­fi­ca­ce­ment les threads entre les cœurs de pro­ces­seur. L’hy­per­threa­ding constitue toutefois une sous-catégorie du procédé de mul­ti­threa­ding et est également nommé mul­ti­threa­ding simultané (SMT). Pour bien com­prendre le mul­ti­threa­ding, il essentiel de savoir que les threads sont des files de commandes qui sont traitées de façon dif­fé­rente en fonction du matériel et du logiciel.

Le mul­ti­threa­ding implique que plusieurs files de commandes sont traitées en même temps. Alors qu’on parle de pseudo-si­mul­ta­néité pour les méthodes de mul­ti­threa­ding telles que le Switch-on-Event-Mul­ti­threa­ding et le Time-Slice-Mul­ti­threa­ding – puisque les threads ne s'exé­cu­tent pas si­mul­ta­né­ment –, le mul­ti­threa­ding simultané, c’est-à-dire l’hy­per­threa­ding, offre une véritable si­mul­ta­néité dans le trai­te­ment. En outre, l’hy­per­threa­ding est une tech­no­lo­gie SMT supportée par le matériel tandis que le mul­ti­threa­ding peut ex­clu­si­ve­ment être supporté par des pro­grammes et des logiciels.

Lorsqu’on s’intéresse à l’hy­per­threa­ding, la question se pose souvent de savoir si cette fonction apporte réel­le­ment des avantages par rapport aux pro­ces­seurs multi-cœurs sans hy­per­threa­ding. La réponse est simple : ça dépend. Le matériel utilisé et sa des­ti­na­tion sont ici des éléments décisifs. Le fait que l’hy­per­threa­ding puisse optimiser le trai­te­ment des threads grâce à des pipelines séparés et des ensembles de registres pa­ral­lèles ne fait aucun doute. Par exemple, le su­pe­ror­di­na­teur Cray MTA est capable de gérer un nombre im­pres­sion­nant de 128 threads avec un seul noyau de pro­ces­seur.

Dans la pratique, on cite souvent le gaming en relation avec le SMT ou l’hy­per­threa­ding. Les joueurs, en par­ti­cu­lier, ont besoin d’une grande puissance de calcul pour faire tourner en parallèle des jeux, de la musique et peut-être même l’en­re­gis­tre­ment d’un stream Twitch. La question de savoir si l’hy­per­threa­ding améliore réel­le­ment les per­for­mances de jeu est dis­cu­table. Certains joueurs affirment que, dans les faits, l’hy­per­threa­ding ralentit les per­for­mances du pro­ces­seur, tandis que d’autres pré­ten­dent que l’hy­per­threa­ding peut être très utile lorsque les jeux prennent en charge quatre cœurs ou plus.