Worldlex Wiki Une carte graphique , également appelée carte vidéo , carte d'affichage , accélérateur graphique , adaptateur graphique , carte VGA ou GPU , est une carte d'extension d' ordinateur qui génère un flux de sortie graphique vers un périphérique d'affichage tel qu'un moniteur . Les cartes graphiques sont parfois qualifiées de discrètes ou dédiées pour souligner leur différence avec un processeur graphique intégré à la carte mère ou au processeur central (CPU). Le processeur graphique (GPU), qui effectue les calculs nécessaires, est le composant principal d'une carte graphique, mais l' acronyme « GPU » est parfois utilisé à tort pour désigner la carte graphique dans son ensemble.
La plupart des cartes graphiques ne se limitent pas à un simple affichage. Leur unité de traitement graphique (GPU) peut être utilisée pour des traitements supplémentaires, ce qui réduit la charge du processeur central (CPU). De plus, des plateformes de calcul telles qu'OpenCL et CUDA permettent d'utiliser les cartes graphiques pour des calculs à usage général . Parmi les applications de calcul à usage général sur cartes graphiques, on peut citer l'entraînement de l'IA , le minage de cryptomonnaies et la simulation moléculaire .
Généralement, une carte graphique se présente sous la forme d'un circuit imprimé (carte d'extension) à insérer dans un port d'extension. D'autres modèles disposent d'un boîtier dédié et se connectent à l'ordinateur via une station d'accueil ou un câble. On les appelle alors des GPU externes (eGPU).
On préfère souvent les cartes graphiques dédiées aux cartes graphiques intégrées pour obtenir de meilleures performances. Une carte graphique plus puissante sera capable d'afficher davantage d'images par seconde .
les normes d'affichage informatique afin de s'adapter aux progrès technologiques et aux besoins des utilisateurs. Dans le domaine des compatibles IBM PC, les premières normes comprenaient le Monochrome Display Adapter (MDA) , le Color Graphics Adapter (CGA) , la carte graphique Hercules , l'Enhanced Graphics Adapter (EGA) et le Video Graphics Array (VGA) . Chacune de ces normes a représenté un progrès significatif dans la capacité des ordinateurs à afficher davantage de couleurs, des résolutions plus élevées et des interfaces graphiques plus riches, jetant ainsi les bases du développement des capacités graphiques modernes.À la fin des années 1980, les progrès de l'informatique personnelle ont incité des entreprises comme Radius à développer des cartes graphiques spécialisées pour l' Apple Macintosh II . Ces cartes étaient uniques en ce qu'elles intégraient des capacités QuickDraw 2D dédiées , améliorant ainsi le rendu graphique des ordinateurs Macintosh grâce à une accélération du rendu 2D. QuickDraw, composant essentiel de l'interface utilisateur graphique du Macintosh, permettait un rendu rapide des images bitmap, des polices et des formes. L'introduction de telles améliorations matérielles a marqué le début d'une ère de traitement graphique spécialisé pour les ordinateurs grand public.
L'évolution du traitement graphique a connu une avancée majeure au milieu des années 1990 avec le lancement par 3dfx Interactive de la série Voodoo , l'un des premiers GPU grand public prenant en charge l'accélération 3D. L'architecture du Voodoo a marqué un tournant décisif dans le calcul graphique en déchargeant le rendu 3D, tâche exigeante, du CPU vers le GPU, améliorant ainsi considérablement les performances et le réalisme graphique des jeux.
Le développement de GPU entièrement intégrés, capables de gérer le rendu 2D et 3D, a débuté avec l'introduction du NVIDIA RIVA 128. Sorti en 1997, le RIVA 128 fut l'un des premiers GPU grand public à intégrer des unités de traitement 2D et 3D sur une seule puce. Cette innovation a simplifié les besoins matériels des utilisateurs finaux, qui n'avaient plus besoin de cartes distinctes pour le rendu 2D et 3D, ouvrant ainsi la voie à l'adoption généralisée de GPU plus puissants et polyvalents dans les ordinateurs personnels.AMD , Intel et Nvidia . Ces cartes graphiques modernes sont multifonctionnelles et prennent en charge diverses tâches, au-delà du simple rendu d'images 3D pour les jeux. Elles assurent également le traitement graphique 2D, le décodage vidéo , la sortie TV et la gestion de plusieurs écrans . De plus, nombre d'entre elles intègrent désormais des fonctionnalités audio, leur permettant de transmettre simultanément le son et la vidéo aux téléviseurs ou moniteurs connectés dotés de haut-parleurs intégrés, pour une expérience multimédia encore plus immersive.expériences visuelles et multimédias de haute qualité .
En alternative à l'utilisation d'une carte graphique dédiée, le matériel vidéo peut être intégré à la carte mère , au processeur ou à un système sur puce (SoC) sous forme de circuit graphique intégré. Les implémentations sur carte mère sont parfois appelées « graphiques embarqués ». Certaines cartes mères prennent en charge l'utilisation simultanée d'un circuit graphique intégré et d'une carte graphique dédiée pour alimenter plusieurs écrans. Les principaux avantages du circuit graphique intégré sont : son faible coût, sa compacité, sa simplicité et sa faible consommation d'énergie. Les performances d'un circuit graphique intégré sont souvent inférieures à celles d'une carte graphique dédiée, car son unité de traitement graphique doit partager les ressources système avec le processeur. En revanche, une carte graphique possède sa propre mémoire vive (RAM), son propre système de refroidissement et des régulateurs d'alimentation dédiés. Une carte graphique peut décharger le processeur et la RAM système de certaines tâches et réduire la contention du bus mémoire , ce qui peut améliorer les performances globales de l'ordinateur, en plus des performances accrues du traitement graphique. Ces gains de performances sont perceptibles dans les jeux vidéo , l'animation 3D et le montage vidéo .
AMD et Intel ont tous deux lancé des processeurs et des chipsets de carte mère prenant en charge l'intégration d'un GPU sur la même puce que le processeur. AMD commercialise ses processeurs avec carte graphique intégrée sous la marque Accelerated Processing Unit (APU), tandis qu'Intel commercialise une technologie similaire sous le nom d'« Intel Graphics Technology ».
Demande en énergie
Avec l'augmentation de la puissance de traitement des cartes graphiques, leur consommation électrique a également explosé. Les cartes graphiques hautes performances actuelles sont généralement très énergivores. Par exemple, l'enveloppe thermique (TDP) de la GeForce Titan RTX est de 280 watts . Lors de tests avec des jeux vidéo, la GeForce RTX 2080 Ti Founder's Edition a consommé en moyenne 300 watts . Bien que les fabricants de processeurs et d'alimentations aient récemment cherché à améliorer l'efficacité énergétique, la consommation des cartes graphiques a continué de croître, représentant la plus grande part de la consommation d'énergie de tous les composants d'un ordinateur . Malgré l'augmentation de la puissance des alimentations, le goulot d'étranglement se situe au niveau de la connexion PCI-Express , limitée à 75 watts
Les cartes graphiques modernes consommant plus de 75 watts sont généralement équipées de connecteurs à six broches (75 W) ou à huit broches (150 W) qui se branchent directement sur l'alimentation. Assurer un refroidissement adéquat représente un véritable défi pour ces ordinateurs. Les ordinateurs dotés de plusieurs cartes graphiques peuvent nécessiter une alimentation de plus de 750 watts. L'évacuation de la chaleur devient alors un critère de conception essentiel pour les ordinateurs équipés de deux cartes graphiques haut de gamme ou plus.Nvidia GeForce RTX 30, basée sur l'architecture Ampere , une RTX 3090 personnalisée, baptisée « Hall of Fame », a été enregistrée avec une consommation électrique maximale de 630 watts. Une RTX 3090 standard peut atteindre 450 watts. La RTX 3080 peut atteindre 350 watts, tandis qu'une 3070 peut atteindre une consommation électrique maximale similaire, voire légèrement inférieure. Les cartes Ampere de la gamme Founders Edition sont dotées d'un système de refroidissement à double flux axial , avec des ventilateurs placés au-dessus et en dessous de la carte afin de dissiper un maximum de chaleur vers l'arrière du boîtier. Un système similaire a été utilisé par la carte graphique Sapphire Radeon RX Vega 56 Pulse.
Taille
Les cartes graphiques pour ordinateurs de bureau existent en différents profils, ce qui permet de les intégrer dans des ordinateurs plus compacts. Certaines cartes graphiques, de taille atypique, sont dites « à profil bas ». Le profil d'une carte graphique est uniquement basé sur sa hauteur : les cartes à profil bas occupent moins de hauteur qu'un emplacement PCIe. La longueur et l'épaisseur peuvent varier considérablement ; les cartes haut de gamme occupent généralement deux ou trois emplacements d'extension, et les cartes graphiques haut de gamme modernes, comme la RTX 4090, dépassent les 300 mm de longueur. Une carte à profil bas est préférable lorsqu'on souhaite installer plusieurs cartes ou si les cartes graphiques rencontrent des problèmes d'espace avec d'autres composants de la carte mère, tels que les emplacements DIMM ou PCIe. Ce problème peut être résolu avec un boîtier plus grand , comme un boîtier moyen tour ou grand tour. Les grands tours peuvent généralement accueillir des cartes mères plus grandes, aux formats ATX et micro ATX.CrossFireX pour AMD et SLI (depuis la génération Turing , remplacé par NVLink ) pour Nvidia. Les cartes de fabricants de chipsets ou d'architectures différents ne peuvent pas être utilisées ensemble pour la mise à l'échelle multi-cartes. Si les cartes graphiques possèdent des capacités mémoire différentes, la valeur la plus faible sera utilisée, les valeurs les plus élevées étant ignorées. Actuellement, la mise à l'échelle sur les cartes grand public est possible avec un maximum de quatre cartes. L'utilisation de quatre cartes nécessite une carte mère de grande capacité et une configuration adaptée. La carte graphique GeForce GTX 590 de Nvidia peut être configurée en système à quatre cartes. Comme indiqué précédemment, pour une utilisation optimale, il est conseillé d'utiliser des cartes aux performances similaires. Les cartes mères ASUS Maximus 3 Extreme et Gigabyte GA EX58 Extreme sont certifiées compatibles avec cette configuration. Une alimentation de forte puissance est nécessaire pour faire fonctionner les cartes en SLI ou CrossFireX. Il est impératif de connaître les besoins en énergie avant d'installer une alimentation adaptée. Pour une configuration à quatre cartes, une alimentation de plus de 1 000 watts est requise. Avec toute carte graphique relativement puissante, la gestion thermique est cruciale. Les cartes graphiques nécessitent un boîtier bien ventilé et un système de refroidissement performant. Un refroidissement par air ou par eau est généralement nécessaire, bien que les GPU d'entrée de gamme puissent utiliser un refroidissement passif. Les configurations plus importantes utilisent des systèmes de refroidissement liquide ou par immersion pour garantir des performances optimales sans limitation thermique.
Les technologies SLI et Crossfire sont devenues de plus en plus rares car la plupart des jeux n'exploitent pas pleinement plusieurs GPU, étant donné que la plupart des utilisateurs ne peuvent pas se les permettre. Plusieurs GPU sont encore utilisés sur les supercalculateurs (comme dans Summit ), sur les stations de travail pour accélérer le rendu vidéo et 3D, les effets visuels , pour les simulations, et pour l'entraînement de l'intelligence artificielle.
API graphiques 3D
- GeForce GTX
- GeForce RTX
- Nvidia Titan
- Radeon HD
- Radeon RX
- Intel Arc (Bureau)
Industrie
Marché
Les livraisons de cartes graphiques ont culminé à 114 millions d'unités en 1999. En revanche, elles se sont élevées à 14,5 millions d'unités au troisième trimestre 2013, soit une baisse de 17 % par rapport au troisième trimestre 2012. Les livraisons ont atteint un total annuel de 44 millions d'unités en 2015. Les ventes de cartes graphiques ont connu une tendance à la baisse en raison des progrès réalisés dans les technologies graphiques intégrées ; les cartes graphiques haut de gamme, intégrées au processeur, offrent des performances comparables à celles des cartes graphiques d'entrée de gamme. Parallèlement, les ventes de cartes graphiques ont progressé sur le segment haut de gamme, les fabricants ayant réorienté leurs efforts vers le marché des joueurs et des passionnés. l'informatique générale , notamment le traitement des données massives . L'essor des cryptomonnaies a engendré une forte demande en cartes graphiques haut de gamme, en particulier en grande quantité, en raison de leurs avantages dans le minage de cryptomonnaies. En janvier 2018, les prix des cartes graphiques de milieu et haut de gamme ont fortement augmenté, et de nombreux détaillants ont connu des ruptures de stock face à la forte demande sur ce marché. Les fabricants de cartes graphiques ont commercialisé des cartes spécifiquement conçues pour le minage, capables de fonctionner 24 h/24 et 7 j/7 , et dépourvues de ports de sortie vidéo. L'industrie des cartes graphiques a subi un revers en raison de la pénurie de puces 2020-2021 Une carte graphique moderne se compose d'un circuit imprimé sur lequel sont montés les composants. Ceux-ci comprennent :Unité de traitement graphique
Dissipateur de chaleur
Les systèmes de connexion les plus courants entre la carte graphique et l'écran de l'ordinateur sont :
Matrice graphique vidéo (VGA) (DE-15)
Interface visuelle numérique (DVI)
Entrée/sortie vidéo (VIVO) pour S-Vidéo, vidéo composite et vidéo composante
Interface multimédia haute définition (HDMI)
DisplayPort
USB-C
Autres types de systèmes de connexion
| Taper | Connecteur | Description |
|---|---|---|
| Vidéo composite |  | Pour l'affichage sur les systèmes analogiques à résolution SD ( PAL ou NTSC ) , la sortie RCA peut être utilisée. Ce connecteur à broche unique transmet toutes les informations de résolution, de luminosité et de couleur, ce qui en fait la connexion vidéo dédiée de plus basse qualité. Selon la carte, le système de couleur SECAM peut être pris en charge, ainsi que des modes non standard comme PAL 60 ou NTSC 50 . |
| Vidéo S |  | Pour l'affichage sur les systèmes analogiques à résolution SD ( PAL ou NTSC ), le câble S-Vidéo transporte deux paires de signaux synchronisés ( Y et C) sur un connecteur mini-DIN à quatre broches . En vidéo composite, les signaux coexistent sur des fréquences différentes. De ce fait, le signal de luminance doit être filtré passe-bas, ce qui ternit l'image. Le S-Vidéo conservant les deux signaux séparément, ce filtrage passe-bas du signal de luminance est inutile, même si la bande passante du signal de chrominance reste limitée par rapport à la vidéo composante. |
| 7P |  | Certains équipements informatiques (PC et Mac) utilisent des connecteurs mini-DIN 7 broches non standard (appelés « 7P »). Une prise 7P accepte et est compatible broche à broche avec une prise S-Vidéo standard à 4 broches. Les trois prises supplémentaires peuvent être utilisées pour fournir un signal vidéo composite (CVBS) , un signal vidéo RGB ou YPbPr, ou une interface I²C . |
| mini-DIN 8 broches |  | Le connecteur mini-DIN à 8 broches est utilisé dans certaines cartes vidéo ATI Radeon . |
| Vidéo composante |  | Il utilise trois câbles, chacun doté d'un connecteur RCA ( YC B C R pour la composante numérique ou YP B P R pour la composante analogique) ; il est utilisé dans les anciens projecteurs, consoles de jeux vidéo et lecteurs DVD. Il prend en charge les résolutions SDTV 480i / 576i et EDTV 480p / 576p , ainsi que les résolutions HDTV 720p et 1080i , mais pas la résolution 1080p en raison des préoccupations liées à la protection contre la copie. Sa qualité graphique est équivalente à celle du HDMI pour les résolutions qu'il prend en charge, mais pour une performance optimale avec les Blu-ray, d'autres sources 1080p comme le paiement à la séance (PPV ) ou la 4K Ultra HD , un connecteur d'affichage numérique est nécessaire. |
| DB13W3 |  | Une norme analogique autrefois utilisée par Sun Microsystems , SGI et IBM . |
| DMS-59 |  | Un connecteur qui fournit une sortie DVI ou VGA sur un seul connecteur. |
| DE-9 |  | Le connecteur historique utilisé par les cartes graphiques EGA et CGA est un connecteur femelle à neuf broches de type D-subminiature ( DE-9 ). La norme du signal et le brochage sont rétrocompatibles avec le CGA, ce qui permet d'utiliser des moniteurs EGA sur des cartes CGA et inversement. |
Interfaces de la carte mère
Chronologiquement, les systèmes de connexion entre la carte graphique et la carte mère étaient principalement :
- Bus S-100 : Conçu en 1974 dans le cadre de l'Altair 8800, il s'agit du premier bus standard de l'industrie pour l'industrie du micro-ordinateur.
- ISA : Introduit en 1981 par IBM , il est devenu dominant sur le marché dans les années 1980. Il s’agit d’un bus 8 ou 16 bits cadencé à 8 MHz.
- NuBus : Utilisé dans Macintosh II , il s'agit d'un bus 32 bits avec une bande passante moyenne de 10 à 20 Mo/s.
- MCA : Introduit en 1987 par IBM, il s'agit d'un bus 32 bits cadencé à 10 MHz.
- EISA : Lancé en 1988 pour concurrencer le MCA d'IBM, il était compatible avec l'ancien bus ISA. Il s'agit d'un bus 32 bits cadencé à 8,33 MHz.
- VLB : Extension de l’ISA, il s’agit d’un bus 32 bits cadencé à 33 MHz. Également appelé VESA.
- PCI : Ce bus a remplacé les bus EISA, ISA, MCA et VESA à partir de 1993. Le PCI permet une connectivité dynamique entre les périphériques, évitant ainsi les réglages manuels par cavaliers . Il s'agit d'un bus 32 bits cadencé à 33 MHz.
- UPA : Une architecture de bus d'interconnexion introduite par Sun Microsystems en 1995. Il s'agit d'un bus 64 bits cadencé à 67 ou 83 MHz.
- USB : Bien que principalement utilisé pour divers appareils tels que des périphériques de stockage secondaire ou des jouets , il existe des écrans et des adaptateurs d’affichage USB. Son utilisation remonte à 1996.
- AGP : Utilisé pour la première fois en 1997, il s’agit d’un bus dédié aux graphiques. C’est un bus 32 bits cadencé à 66 MHz.
- PCI-X : Extension du bus PCI, il a été introduit en 1998. Il améliore le PCI en étendant la largeur du bus à 64 bits et la fréquence d'horloge jusqu'à 133 MHz.
- PCI Express : abrégé en PCIe, il s'agit d'une interface point à point lancée en 2004. En 2006, elle offrait un débit de transfert de données deux fois supérieur à celui de l'AGP. Il ne faut pas la confondre avec PCI-X , une version améliorée de la spécification PCI originale. Elle est la norme pour la plupart des cartes graphiques modernes.
Le tableau suivant compare les caractéristiques de certaines interfaces mentionnées ci-dessus.
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