Processeur graphique

Cet article concerne les processeurs graphiques. Pour les autres significations de GPU, voir GPU.

Un processeur graphique GeForce 6600GT de Nvidia.

Un processeur graphique, ou GPU (de l'anglais Graphics Processing Unit), est un circuit intégré la plupart du temps présent sur une carte graphique (mais pouvant aussi être intégrée sur une carte-mère ou dans un CPU) et assurant les fonctions de calcul de l'affichage. Un processeur graphique a généralement une structure hautement parallèle (voir accélération matérielle) qui le rend efficace pour une large palette de tâches graphiques comme le rendu 3D, en Direct3D, en OpenGL, la gestion de la mémoire vidéo, le traitement du signal vidéo, la décompression Mpeg, etc.

Peu d’entreprises conçoivent de tels processeurs : les plus connues sont NVIDIA, AMD (anciennement ATI) et Intel. Il y a aussi d'autres moins connues telles que Qualcomm, S3 Graphics, Matrox, 3DLabs (en), et XGI (en). Ces entreprises sont dites « Fabless », c'est-à-dire qu'elles conçoivent les circuits graphiques, mais ne les fabriquent pas en série. D'autres entreprises (Asus, MSI, PNY…) se chargent ensuite de proposer des cartes graphiques intégrant ces processeurs. Ce sont les entreprises constructrices. Celles-ci prennent en général une certaine liberté de modification des fréquences de fonctionnement des GPU par rapport aux fréquences de base préconisées par les concepteurs. C'est le principe de l'overclocking. Bien entendu, ces modifications nécessitent un choix rigoureux dans le système de refroidissement, car bien souvent, les fréquences en hausse provoquent également en contrepartie une hausse de température, à l'image des CPU. Ces fréquences varient entre les constructeurs et selon les modèles et les systèmes de refroidissement proposés par ces entreprises. L'écart de performance entre les modèles de référence (fournis par les concepteurs) et les constructeurs varie et certains GPU « customisés » peuvent même présenter un gain non négligeable par rapport au GPU de référence.

Fonctionnement

Les sommets de polyèdres (anglais vertex) constituent les données élémentaires de la géométrie en trois dimensions et par là des processeurs graphiques. Ce sont les points entre lesquels seront tracées les arêtes d’un objet et par lesquels le processeur 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 d’affichage.

Pour accélérer le calcul, le processeur calcule les sommets invisibles (cachés par d’autres sommets, par les faces d’un objet ou autrement) 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 grâce au logiduc graphique (Pixel Pipeline). Le moteur 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 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 de l’ordinateur par un port PCI Express 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.

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 (512 Mo en PCI express, 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 ou directement au processeur central (à partir de la famille de processeurs Westmere chez Intel), et utilisent sa mémoire vive ou plus rarement une faible quantité de mémoire dédiée. Ces processeurs graphiques sont moins performants que ceux des cartes graphiques dédiées, mais ils sont moins coûteux, plus faciles à intégrer et moins consommateurs en énergie. Les ordinateurs portables anciens et/ou d'entrée de gamme utilisent cette méthode afin de réduire les coûts.

Les IGP suffisent si le matériel n'est pas sollicité par les jeux modernes ou des programmes utilisant de grandes quantités de ressources graphiques. Les cartes mères anciennes ont souvent un processeur graphique intégré et un (ou plusieurs) port permettant d’ajouter une carte graphique dédiée. Ce type d'IGP tend cependant à disparaître au profit des processeurs graphiques intégrés directement dans les CPU plus récents. Le défaut majeur de ces derniers est que l'ensemble CPU/GPU est limité par la puissance maximale pouvant être reçu par le biais du socket. CPU et GPU ne peuvent donc fonctionner ensemble au maximum de leur fréquence respective si la somme des puissances nécessaires dépasse la puissance maximale réelle pouvant être admise. Cela nécessite donc un bridage de l'un pour obtenir de meilleurs résultats avec l'autre. En d'autre terme, quand l'un est au maximum, l'autre doit passer en économie. Les jeux les plus récents deviendront injouables et les logiciels utilisant essentiellement beaucoup de graphismes seront limités si le CPU est sollicité au détriment du GPU. Et vice versa, des logiciels de compressions de données ou ayant besoin essentiellement du CPU seront plus lents si celui-ci est bridé au profit du GPU. Par contre, il est possible de jouer sans problème à des jeux plus anciens qui ne demandent pas beaucoup de ressources en termes de couple CPU/GPU ou en désactivant bonne quantité d'options graphiques.

Mais bien que ce type de configuration se démocratise de plus en plus, une configuration plus classique CPU et Carte graphique supplémentaire reste plus efficace, car la bande passante utilisée par la carte graphique permet de soulager le CPU, laissant ainsi à ce dernier la totalité de la puissance du socket. Une carte graphique, même bas de gamme, obtiendra de meilleurs résultats qu'un IGP contenu dans le CPU, car non bridée par un partage de circuit commun avec le CPU. Ainsi, pour un joueur occasionnel ou quelqu'un évoluant dans le domaine du multimédia, une carte bas de gamme se révélera utile, voire quasi-indispensable, afin de profiter de meilleurs rendus sans pour autant dépenser beaucoup d'argent. Cependant cet investissement supplémentaire n'est pas intéressant pour un utilisateur limitant l'utilisation de sa machine à de la bureautique ou de la recherche sur internet, car demandant peu de ressources. Il lui sera alors plus avantageux de se contenter d'un CPU intégrant un GPU. De plus, les améliorations à chaque nouvelle génération de processeurs intégrant une partie graphique permet parfois de rattraper cet écart de puissance avec les cartes graphiques bas de gamme voire les dépasser.

Il est aussi possible pour un possesseur possédant l'ensemble CPU/IGP/Carte graphique d'activer le GPU intégré au processeur principal, permettant donc, par l'intermédiaire de programmes fournis ou présents sur les sites des fabricants de ces composants, de faire la transition entre le GPU du processeur et la carte graphique adjointe au système et donc de gérer la consommation électrique. Mais cela ne représente un réel intérêt que si les deux composants sont utilisés à des fins différentes. Par exemple, une carte graphique performante destinée aux jeux et consommant beaucoup en puissance peut être désactivé par le réglage du programme fourni avec les pilotes des GPU présents dans la machine permettant d'attribuer à chaque programme installé un GPU spécifique.

Précautions à prendre

Un processeur graphique a pour fonction principale de traiter les calculs complexes graphiques afin de soulager le CPU de telles tâches. Pour autant, ça ne signifie pas que ces deux composants soient totalement indépendants l'un de l'autre. Le choix d'un processeur graphique ne peut être fait sans réflexion. En effet, il existe plusieurs problèmes pouvant subsister si un mauvais équilibre entre le processeur central et le processeur graphique est présent.

Ainsi, il ne sert à rien d'opter pour une carte graphique très performante si elle est bridée par les performances du CPU. On utilise alors le terme de « CPU limited » (littéralement « limité par le CPU »).

À l'inverse, si l'utilisateur se procure un processeur très performant (ex : core i5/i7, FX-8XXX) mais choisit une carte graphique ayant peu de performances ou se contentant du GPU intégré au processeur ou la carte mère, il ne pourra pas obtenir de bons rendus graphiques si ceux-ci nécessitent de gros calculs graphiques et donc d'une carte plus performante.

Il faut donc pouvoir équilibrer le plus possible les performances afin d'en tirer le meilleur. Par exemple, pour les jeux, un couple Intel Core i5 4670k + NVidia GTX 760 sera bien plus performant qu'un couple Intel Core i7 4960X + AMD HD R7 265. Aussi puissant soit-il, le CPU dans le deuxième cas, ne sera pas suffisamment soulagé par le GPU qui est peu adapté à une utilisation en jeu intensive et avec les détails graphiques maximales, alors que pour le premier cas, le GPU, plus puissant, sera ainsi plus adapté pour les graphismes des jeux en général et soutenu aussi par un CPU certes moins puissant que le i7 4960X, mais suffisant pour traiter les autres données ne sollicitant par le GPU et avec une vitesse également convenable.

Résumé

Pour une personne travaillant sur de la bureautique ou ne faisant que des recherches sur internet, un Processeur embarquant un IGP suffit.

Pour un joueur occasionnel ou quelqu'un faisant du montage photo/vidéo amateur, le couple CPU/Carte graphique bas de gamme sera plus adapté, voire indispensable pour profiter d'un niveau de graphisme plus adapté et avec une fluidité plus conséquente.

Pour une personne polyvalente, un ensemble réunissant un processeur intégrant une solution graphique et une carte graphique supplémentaire se révèle plus utile.

Enfin, pour un utilisateur exigeant, une carte graphique de milieu voire haut de gamme est clairement indispensable pour avoir de très bons rendus graphiques avec un maximum d'options graphiques activées et une fluidité acceptable en toute situation. C'est le cas des « hardcore gamers » ou des professionnels en montage photo/vidéo à haut niveau.

Voir aussi

Articles connexes

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