Cœurs CUDA, processeurs de flux et unités de calcul

Sur un processeur, un cœur est une unité autonome, capable de suivre son propre programme. Sur un GPU, le mot désigne tout autre chose : une simple voie de calcul, qui exécute la même instruction que ses voisines sur des données différentes. Les constructeurs comptent ces voies parce que le chiffre est flatteur, mais chacun les organise et les nomme à sa façon.

01Ce qu’on appelle un cœur sur un GPU

Un GPU traite des milliers de pixels ou de sommets en parallèle. Il regroupe ses voies de calcul en unités vectorielles qui avancent au même pas, par paquets de fils d’exécution (les warps de 32 fils chez NVIDIA, les waves de 32 ou 64 fils chez AMD). L’opération de base de chaque voie est la multiplication-addition fusionnée en simple précision (FP32), a x b + c, une par cycle. C’est elle qui sert au calcul des TFLOPS.

Ce que l’on appellerait un « cœur » au sens d’un processeur ressemble plutôt au bloc qui regroupe ces voies : le SM chez NVIDIA, l’unité de calcul (CU) chez AMD, le cœur Xe chez Intel. C’est ce bloc qui possède ses ordonnanceurs, ses caches et ses unités spécialisées.

02Trois marques, trois vocabulaires

Chaque bloc contient aussi des unités qui ne figurent pas dans ce décompte : unités de ray tracing, unités d’IA (Tensor chez NVIDIA, accélérateurs d’IA chez AMD, XMX chez Intel), unités de texture. La RTX 5090 compte 680 cœurs Tensor, la RX 9070 XT 128 accélérateurs d’IA, l’Arc B580 160 unités XMX.

03Ampere et le grand doublement

Sur Turing, chaque SM associait 64 unités FP32 et 64 unités pour les calculs entiers (INT32), que NVIDIA ne comptait pas comme cœurs CUDA. Avec Ampere, la moitié des unités est restée dédiée au FP32, l’autre est devenue polyvalente, FP32 ou INT32. NVIDIA compte donc 128 cœurs CUDA par SM. Mais un jeu mêle toujours des calculs entiers (adresses, indices) aux calculs flottants, et la moitié polyvalente n’est pas toujours libre pour le FP32.

Résultat : la RTX 3070 affiche 5 888 cœurs CUDA contre 4 352 pour la RTX 2080 Ti, 35 % de plus, alors que les deux cartes jouent notoirement dans la même catégorie (voir le duel RTX 2080 Ti contre RTX 3070). Ada Lovelace a gardé cette organisation. Avec Blackwell, NVIDIA a entièrement unifié les unités INT32 et FP32 ; chacune traite l’un ou l’autre type de calcul à chaque cycle, et le décompte reste de 128 par SM.

04La double émission d’AMD

RDNA 3 a introduit la double émission : dans certaines conditions, un processeur de flux exécute deux instructions par cycle, à condition que le compilateur trouve deux opérations indépendantes à associer. AMD compte toujours 64 processeurs de flux par CU, mais double ses TFLOPS. La RX 7600 possède exactement les mêmes 2 048 processeurs de flux que la RX 6650 XT, avec deux fois plus de TFLOPS sur le papier, sans que l’écart réel approche ce rapport. RDNA 4 a conservé le mécanisme (voir architecture RDNA 3).

05Dans une même architecture : utile, mais pas linéaire

Entre deux cartes de la même famille, le nombre d’unités devient parlant. La RTX 5080 et la RTX 5070 Ti partagent la puce GB203 et un bus de 256 bits ; la première compte 10 752 cœurs CUDA, la seconde 8 960, soit 20 % de plus, avec une fréquence boost de 2 617 contre 2 452 MHz et 960 contre 896 Go/s. L’écart réel dépend de ce qui limite le GPU dans chaque jeu : unités, bande passante ou consommation (360 contre 300 W). Le duel RTX 5070 Ti contre RTX 5080 fait la part des choses.

06Entre marques : un chiffre qui ne se compare pas

La RTX 5070 Ti aligne 8 960 cœurs CUDA, la RX 9070 XT 4 096 processeurs de flux : plus du double, pour deux cartes qui se disputent pourtant la même catégorie (duel RTX 5070 Ti contre RX 9070 XT). De même, l’Arc B580 compte 2 560 unités contre 3 072 pour la RTX 4060 (duel RTX 4060 contre Arc B580). Fréquences, travail réalisé par cycle, double émission, caches et pilotes diffèrent trop pour que le décompte ait un sens d’une marque à l’autre.

Le conseil du labo. Pour comparer deux cartes de marques différentes, oubliez le nombre de cœurs : partez des duels et de notre comparateur, qui mettent en regard mémoire, bande passante, consommation et fonctions.

07Ce que les cœurs changent pour vos usages

En jeu, le nombre d’unités n’est qu’un facteur parmi d’autres. En rendu 3D, il pèse davantage : Blender Cycles exploite CUDA et OptiX sur GeForce, HIP sur Radeon, oneAPI sur Arc, et le temps de rendu suit assez bien la puissance de calcul au sein d’une même famille (voir carte graphique pour Blender). En IA, ce sont surtout les unités Tensor, la VRAM et l’écosystème logiciel qui comptent : CUDA, la plateforme de calcul de NVIDIA lancée en 2007, reste la cible prioritaire de la plupart des outils. Pour ces usages, une GeForce RTX 50 avec 16 Go, comme une RTX 5070 Ti, est souvent le choix le plus simple.