Carte graphique
Un article de Wikipédia, l'encyclopédie libre.
| Carte graphique | |
| Se connecte à Carte mère via : | |
| ISA | PCI |
| AGP | PCI Express |
| USB | |
| Classement des utilisations | |
| Ordinateur fixe | Ordinateur portable |
| Fabricant courants : | |
| NVIDIA | ATI |
| Intel | |
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 affichable sur un moniteur d'ordinateur. La carte graphique convertit les données numériques internes à l'ordinateur en un signal électrique numérique ou analogique compatible avec le moniteur.
Sommaire |
[modifier] Historique
[modifier] Carte vidéo 2D-3D
Les premières cartes vidéos ne pouvaient effectuer des calculs qu'en 2D et se connectaient sur un port ISA. Par la suite, on utilisa le port PCI pour augmenter le vitesse de transfert entre le CPU et la carte graphique. Lorsqu'elles sont apparues, les cartes vidéos 2D-3D avaient l'avantage de n'occuper qu'un seul connecteur AGP ou PCI au lieu de deux (pour les configurations courantes de l'époque, c'est-à-dire avant 1998). En effet, jusqu'alors, les cartes 2D étaient proposées séparément des cartes dites accélératrice 3D (comme les premières 3dfx), chacune ayant un processeur graphique spécifique.
Aujourd'hui, toutes les cartes graphiques sont 2D-3D.
[modifier] Composants
[modifier] Le processeur graphique
Le processeur graphique (Graphical Processing Unit ou GPU en anglais, voire même Visual Processing Unit ou VPU) sert à libérer le micro-processeur de la carte mère en prenant en charge les calculs spécifiques à l’affichage et la coordination de graphismes 3D ou la conversion YCbCr vers RGB.
Cette division des tâches entre les deux processeurs libère le processeur central de l’ordinateur et en augmente d’autant la puissance.
Le processeur graphique est très souvent muni de son propre radiateur ou ventilateur pour évacuer la chaleur qu’il produit.
Ces 15 dernières années, les cartes graphiques ont fortement évolué. Autrefois, la fonction essentielle d'une carte graphique était de transmettre les images produites par l'ordinateur à l'écran. C'est encore sa fonction principale sur beaucoup de machines à vocation bureautique où l'affichage d'images en 3D n'offre que peu d'intérêt. Toutefois aujourd'hui même les cartes graphiques les plus simples gèrent aussi le rendu d'images en 3D temps réel avec plus ou moins de succès. C'est une activité très coûteuse en termes de calculs et en termes de bande passante mémoire. Le GPU est donc devenu un composant très complexe, très spécialisé et presque imbattable dans sa catégorie (rendu d'images en 3 dimensions). Hormis pour les jeux vidéo ou quelques usages en infographie, les possibilités des cartes graphiques ne sont que très peu exploitées en pratique. Ainsi ce sont essentiellement les joueurs qui achètent et utilisent des GPU de plus en plus puissants.
Depuis quelques années, la puissance de calcul des cartes graphiques est devenue tellement importante pour un coût finalement très réduit (100 à 700€ pour les modèles grand public) que les scientifiques sont de plus en plus nombreux à vouloir en exploiter le potentiel dans d'autres domaines. Il peut s'agir de faire tourner des simulation de modèles météo, financiers ou toute opération parallélisable et nécessitant une très grande quantité de calcul. NVIDIA et ATI (racheté depuis par AMD), les 2 principaux fabricants de cartes graphiques haute performance grand public proposent chacun des solutions propriétaires afin de pouvoir utiliser leur produit pour du calcul scientifique; pour NVIDIA, on pourra se référer au projet CUDA [réf. nécessaire]. On parle à ce titre de General-purpose computing on graphics processing units (ou GPGPU)
[modifier] La mémoire vidéo
La mémoire vidéo conserve les données numériques qui doivent être converties en images par le processeur graphique et les images traitées par le processeur graphique avant leur affichage.
Toutes les cartes graphiques supportent deux méthodes d'accès à leur mémoire. L'une est utilisée pour recevoir des informations en provenance du reste du système, l'autre est sollicitée pour l'affichage à l'écran. La première méthode est un accès direct conventionnel (RAM) comme pour les mémoires centrales, la deuxième méthode est généralement un accès séquentiel à la zone de mémoire contenant l’information à afficher à l'écran.
Voir l'article principal : Mémoire vidéo.
[modifier] Le RAMDAC
Le RAMDAC (Random Access Memory Digital-to-Analog Converter) convertit les images stockées dans la mémoire vidéo en signaux analogiques à envoyer à l’écran de l’ordinateur. Il est devenu inutile avec les sorties DVI (numériques).
[modifier] Le BIOS vidéo
Le BIOS vidéo est à la carte graphique ce que le BIOS est à la carte mère. C’est un petit programme enregistré dans une mémoire morte (ROM) qui contient certaines informations sur la carte graphique (par exemple, les modes graphiques supportés par la carte) et qui sert au démarrage de la carte graphique.
[modifier] La connexion entre la carte graphique et la carte mère
La connexion à la carte mère se fait à l'aide d'un port relié à un bus.
Au cours des années, plusieurs technologies se sont succédé pour satisfaire les besoins de vitesse de transfert sans cesse croissants des cartes graphiques :
- la première technologie utilisée fut la technologie ISA, utilisée à partir de 1984 pour adjoindre des cartes disposant de plus de mémoire vidéo que les cartes standards fournies par les manufacturiers d’ordinateurs ou des cartes utilisant des jeux d'instructions destinés à accélérer l'affichage des fenêtres ;
- certaines machines (de marque IBM pour la plupart) ont utilisé le bus VLB (Vesa Local Bus), mais ce type de bus fut rapidement abandonné en raison de sa trop grande spécificité.
- avec l'arrivée des premiers processeurs Pentium en 1994, on utilise ensuite l'interface PCI ;
- le bus AGP (Accelerated Graphics Port) est apparu en mai 1997 ;
- le bus AGP est actuellement supplanté par le bus PCI-Express, apparu en 2004.
- Le PCI express 2.0 qui permet un doublement du débit de données bi-directionnel (250 Mo/s pour le PCI-express 1.1, contre 500 Mo/s pour le 2.0 ) devrait remplacer à terme le PCI-express 1.1 en 2007.
- Le bus USB, de nouvelles cartes graphiques externes commencent à être commercialisées, qui profitent du haut débit qu'offre le bus USB dans sa version 2.
D'autres types de connexions existent dans d'autres architectures d'ordinateurs, on pourra citer par exemples le bus VME; mais ce sont des technologies peu répandues et réservées au monde de l'informatique professionnelle ou à celui de l'industrie.
[modifier] La connectique
On peut retrouver les connexions suivantes selon les cartes graphiques :
Les interfaces analogiques :
- L'interface VGA standard : les cartes graphiques sont la plupart du temps équipées d'un connecteur VGA 15 broches (Mini Sub-D, composé de 3 séries de 5 broches), généralement de couleur bleue, permettant notamment la connexion d'un écran CRT. Ce type d'interface permet d'envoyer à l'écran 3 signaux analogiques correspondant aux composantes rouges, bleues et vertes de l'image.
- L'interface Vidéo composite : Pour la sortie sur un simple téléviseur ou un magnétoscope.
- L'interface S-Vidéo : De plus en plus de cartes sont équipée d'une prise S-Video permettant d'afficher ce signal sur une télévision ou un vidéo projecteur qui le permet.
Cette sortie analogique est souvent livrée avec un adaptateur S-Video ⇒ Vidéo composite; c'est la raison pour laquelle elle est souvent appelée prise télé (notée aussi « TV-out »).
Les interfaces numériques :
- L'interface DVI (Digital Video Interface), présente sur certaines cartes graphiques, permet d'envoyer, aux écrans le supportant, des données numériques. Ceci permet d'éviter des conversions numérique-analogique, puis analogique numériques, inutiles.
- Une interface HDMI permettant de relier la carte à un écran haute définition en transmettant également la partie audio (polyvalent, ce format est le remplaçant de la péritel). Le signal est un signal purement numérique.
- Une interface DisplayPort, une interconnexion digitale audio/vidéo de nouvelle génération, sans droit et licence.
Note : le DVI et le HDMI peuvent supporter les DRM.
Les modèles actuels associent généralement deux types d'interface: une interface pour la télévision (S-Vidéo ou HDMI) avec une interface pour écran d'ordinateur (VGA ou DVI).
[modifier] Détermination de la quantité de mémoire vidéo
La quantité de mémoire vidéo nécessaire pour stocker l’image qui va être affichée dépend de la définition affichée.
Le nombre de couleurs est fonction du nombre de bits utilisé pour le codage.
Exemple : 28 = 256
| nombre de bits | nombre de couleurs |
|---|---|
| 1 | 2 |
| 4 | 16 |
| 8 | 256 |
| 15 | 32 768 |
| 16 | 65 536 |
| 24 | 16 777 216 |
| 32 | 4 294 967 296 |
La quantité de mémoire est simplement le nombre de pixels utiles multiplié par le nombre de bits par pixel. On divise le tout par 8 pour passer en octets (1 octet = 8 bits)
Exemple : en 640 × 480, 16 couleurs il faut 
octets
1 Kio = 1 024 octets donc 153 600 octets = 150 Kio
| Définition en pixels | 16 couleurs | 256 couleurs | 32 768 couleurs | 65 536 couleurs | 16 777 216 couleurs | 4 294 967 296 couleurs |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 640 × 480 | 150 Kio | 300 Kio | 563 Kio | 600 Kio | 900 Kio | 1 200 Kio |
| 800 × 600 | 235 Kio | 469 Kio | 879 Kio | 938 Kio | 1 407 Kio | 1 875 Kio |
| 1 024 × 768 | 384 Kio | 768 Kio | 1 440 Kio | 1 536 Kio | 2 304 Kio | 3 072 Kio |
| 1 280 × 1 024 | 640 Kio | 1 280 Kio | 2 400 Kio | 2 560 Kio | 3 840 Kio | 5 120 Kio |
| 1 600 × 1 200 | 938 Kio | 1 875 Kio | 3 516 Kio | 3 750 Kio | 5 625 Kio | 7 500 Kio |
Cette indication est maintenant de peu d’intérêt car la mémoire vidéo d’une carte graphique est utilisée à de nombreuses fins. Elle permet entre autres de fluidifier l’affichage des vidéos ou encore de stocker les informations nécessaires à la synthèse d’images en 3D. Les systèmes d’exploitation modernes comme Windows Vista, Mac OS ou GNU/Linux requièrent tous deux une grande quantité de mémoire vidéo pour optimiser leur affichage. Quant aux jeux vidéo les plus récents, ils fonctionnent d’autant mieux que la quantité de mémoire vidéo est importante. En 2007, on trouve couramment des cartes graphiques équipées de 256 ou 512 Mio de mémoire.
[modifier] Histoire et comparaison des cartes graphiques non intégrées pour compatibles PC
| Année | ATI | NVidia | Matrox | Videologic et ou STMicroelectronics |
|---|---|---|---|---|
| 1995 | ? | STG2000 | Millenium | ? |
| 1996 | All-In-Wonder, Rage3D, Rage/Pro | ? | Mystique | PowerVR ou PCX1 |
| 1997 | 3D Rage Pro | Riva 128 | élément | ? |
| 1998 | ? | TNT | G200 | ? |
| 1999 | Rage 128, Rage 128 Pro | Vanta, TNT2, GeForce | G400 | Kyro |
| 2000 | Rage Fury Maxx, Radeon | GeForce 2 | G450 | Kyro 2 |
| 2001 | FireGL, Radeon 7000, 7200, 7500, 8500 | GeForce 3 | G550 | \ |
| 2002 | Imageon, Radeon 9000, 9100, 9500, 9700 | GeForce 4Ti | Parhelia | |
| 2003 | Radeon 9200, 9600, 9800 | GeForce 5200, 5600, 5700, 5800, 5900 | \ | \ |
| 2004 | Radeon 9250, 9550, X300, X500, X600, X700, X800, X850 | GeForce 4300, 5500, 5750, 5950, 6200, 6500, 6600, 6800 | \ | \ |
| 2005 | Radeon X1300, X1600, X1800 | GeForce 7800 | \ | \ |
| 2006 | Radeon X1600, X1650, X1900, X1950 | GeForce 7100, 7300, 7500, 7600, 7700, 7900, 7950, 7950GX2, 8800 | \ | \ |
| 2007 | Radeon HD 2400, HD 2600, HD 2900, HD 3800 | GeForce 8800, 8600, 8500, 8400, 8300 | \ | \ |
| 2008 | Radeon HD3870X2, HD4550, HD4650 HD4670, HD4850, HD4870, HD4850X2, HD4870X2 | GeForce 9300, 9400, 9500, 9600, 9800, GTX260, GTX280, 9800GX2, 9800 GTX | \ | \ |
| 2009 | Radeon HD4890, HD 4770 | GTX295, GTX 285, GTX260+,GTX275 | \ | \ |
L'histoire des cartes graphiques ne se limite pas au seul duel ATI vs NVIDIA. D'autres acteurs ont connus leur jours de gloire ; parmi eux on peux citer : S3 Graphics, Tridend, Cirrus Logic et 3dfx pour leur série Voodoo 3000 et 4000. Sans oublier Intel qui livre encore aujourd'hui la majorité des solutions graphiques pour PC dans le monde sous la forme de chipset avec contrôleur graphique intégré.
[modifier] Voir aussi
Liste des constructeurs de cartes graphiques
