Processeur graphique
Processeur graphique
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Introduction

Un processeur graphique GeForce 6600GT de nVidia

Un processeur graphique (en anglais GPU pour Graphics Processing Unit) est un microprocesseur présent sur les cartes graphiques au sein d’un ordinateur (Un ordinateur est une machine dotée d'une unité de traitement lui permettant d'exécuter des programmes enregistrés. C'est un ensemble de circuits électroniques permettant de manipuler des données...) ou d’une console de jeux vidéo (La vidéo regroupe l'ensemble des techniques, technologie, permettant l'enregistrement ainsi que la restitution d'images animées, accompagnées ou non de son, sur un support adapté à l'électronique et non de type...). Le processeur graphique (Un processeur graphique (en anglais GPU pour Graphics Processing Unit) est un microprocesseur présent sur les cartes graphiques au sein d’un ordinateur ou d’une console de jeux...) se charge (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement transporté par un moyen de transport donné, et qui donne lieu à un paiement ou un bénéfice non pécuniaire pour être transporté.) des opérations d’affichage et de manipulation de données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) graphiques. Les processeurs des cartes graphiques modernes (en 2009) ont une structure hautement parallèle (voir accélération (L'accélération désigne couramment une augmentation de la vitesse ; en physique, plus précisément en cinématique, l'accélération est une...) matérielle) qui les rend efficaces pour une large palette de tâches graphiques comme le rendu (Le rendu est un processus informatique calculant l'image 2D (équivalent d'une photographie) d'une scène créée dans un logiciel de modélisation 3D comportant à la fois des objets et des sources de...) 3D, en Direct3D (Direct3D est un composant de l'API Microsoft DirectX. Direct3D est utilisé uniquement dans les multiples systèmes d'exploitations Windows de Microsoft (Windows 95 et au-delà),...), en OpenGL (OpenGL (Open Graphics Library) est une spécification qui définit une API multiplate-forme pour la conception d'applications générant des images 3D (mais également 2D)....), la gestion de la mémoire (D'une manière générale, la mémoire est le stockage de l'information. C'est aussi le souvenir d'une information.) vidéo (La vidéo regroupe l'ensemble des techniques, technologie, permettant l'enregistrement ainsi que la restitution d'images animées, accompagnées ou non de son, sur un...), traitement du signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe sous forme d'objets ayant des formes particulières. Les...) vidéo, décompression Mpeg, etc.

Peu d’entreprises travaillent sur la conception de tels processeurs : NVIDIA (Nvidia Corporation est l'un des plus grands fournisseurs de processeurs graphiques, de cartes graphiques et de chipsets pour PC et consoles de jeux (Saturn, Xbox, PlayStation 3). Il s'agit d'une société dite fabless (qui conçoit,...), ATI/AMD, Intel Corporation (Intel Corporation (mot-valise issu de la contraction de Integrated Electronics) (NASDAQ : INTC) est un centre de recherche et un industriel américain fabriquant de circuits intégrés co-fondé en 1968 par Gordon...), le principal fabricant de processeurs graphiques en 2009, et S3 Graphics (de VIA Technologies) se partagent plus de 90 % de ce marché fortement disputé. Citons aussi Matrox (Matrox est une entreprise de cartes graphiques dont le siège social est à Dorval, sur l'île de Montréal.), 3DLabs, et XGI. Des fabricants (Asus, MSI, PNY …) se chargent ensuite de proposer des cartes graphiques intégrant ces processeurs.

Fonctionnement

Il faut d’abord savoir ce que sont les vertex, c’est-à-dire les données élémentaires de la géométrie (La géométrie est la partie des mathématiques qui étudie les figures de l'espace de dimension 3 (géométrie euclidienne) et, depuis le XVIIIe siècle, les figures...) en trois dimensions (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce sont sa longueur, sa largeur et sa profondeur/son épaisseur, ou bien son diamètre si c'est une...), points entre lesquels seront tracées les arêtes d’un objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction précise, et qui peut être désigné par une étiquette verbale. Il est défini par...) (les vertex sont les sommets des objets en trois dimensions). Le processeur (Le processeur, ou CPU (de l'anglais Central Processing Unit, « Unité centrale de traitement »), est le composant de l'ordinateur qui exécute les...) construit les objets multidimensionnels. Si les objets sont en deux dimensions, ou qu’il s’agit de vidéos, les données sont directement envoyées à la fenêtre (En architecture et construction, une fenêtre est une baie, une ouverture dans un mur ou un pan incliné de toiture, avec ou sans vitres.) d’affichage.

Pour accélérer le calcul, le processeur calcule les vertex invisibles (cachés par d’autres vertex, par les faces d’un objet ou autre) et les supprime pour ne pas avoir à les gérer.

Le processeur graphique applique ensuite aux faces des objets les textures puisées sur le disque dur (Un disque dur est une mémoire de masse magnétique utilisée principalement dans les ordinateurs, mais également dans des baladeurs numériques, des caméscopes, des...) grâce au Pixel Pipeline. Le moteur (Un moteur (du latin mōtor : « celui qui remue ») est un dispositif qui déplace de la matière en apportant de la puissance. Il effectue ce travail à partir d'une énergie...) graphique envoie ensuite au processeur des données sur l’éclairage des polygones, que celui-ci se charge de mettre en œuvre pour éclairer la scène. Ensuite, la puce graphique applique à l’image les divers filtres (anticrénelage ou filtrage anisotrope), et envoie le résultat à la fenêtre d’affichage, qui « aplatit » l’image pour l’afficher à l’écran.

Types

Il existe différents types de processeurs graphiques :

Carte graphique (Une carte graphique ou carte vidéo (anciennement par abus de langage une carte VGA), ou encore un adaptateur graphique, est une carte d’extension d’ordinateur dont le rôle est de produire une image...) dédiée

Il s’agit du type de processeur graphique le plus puissant. Le processeur est généralement situé sur une carte interfacée avec la carte mère (La carte mère est un matériel informatique (composé de circuits imprimés et de ports de connexion) servant à interconnecter toutes les composantes d’un...) de l’ordinateur par un port PCI Express (Express est un langage informatique servant à spécificier formellement des données. Il a fait l'objet d'une normalisation (ISO 10303-11).) pour les machines récentes AGP ou PCI pour les machines plus anciennes ; quant aux ordinateurs portables, certains disposent d’une déclinaison spécifique du port PCI Express, le MXM ou Mobile PCI-Express Module). Ces cartes disposent de leur propre mémoire vive (La mémoire vive, mémoire système ou mémoire volatile, aussi appelée RAM de l'anglais Random Access Memory (que l'on traduit en français par 'mémoire...).

Il existe aussi le format PCI express 16x qui permet maintenant de dépasser les fréquences et les quantités de mémoire qui étaient limitées par le PCI express (512Mo en PCI express, 2Go pour le PCI express 16x). La limite du PCI express 16x n'a pas encore été atteinte.

Processeur graphique intégré (IGP)

Ces processeurs graphiques sont intégrés dans le northbridge sur la carte mère de l’ordinateur et utilisent sa mémoire vive ou plus rarement une faible quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre manière de dénommer la valeur d’une collection ou un groupe de choses.) de mémoire dédiée. Ces processeurs graphiques sont moins performants que ceux des cartes graphiques dédiées, mais ils sont moins couteux, plus facile a intégrer et moins consommateurs en énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.). Les ordinateurs portables anciens et/ou bas de gamme utilisent cette méthode afin de réduire les coûts.

Les IGP suffisent si le matériel n'est pas sollicité par les jeux modernes. Les cartes mères actuelles ont souvent un processeur graphique intégré et un (ou plusieurs) port permettant d’ajouter une carte graphique dédiée.

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