Processeur graphique - Définition

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 ou d’une console de jeux vidéo. Le processeur graphique se charge des opérations d’affichage et de manipulation de données graphiques. Les processeurs des cartes graphiques modernes (en 2009) ont une structure hautement parallèle (voir accélération matérielle) qui les rend efficaces pour une large palette de tâches graphiques comme le rendu 3D, en Direct3D, en OpenGL, la gestion de la mémoire vidéo, traitement du signal vidéo, décompression Mpeg, etc.

Peu d’entreprises travaillent sur la conception de tels processeurs : NVIDIA, ATI/AMD, Intel Corporation, 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, 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 en trois dimensions, points entre lesquels seront tracées les arêtes d’un objet (les vertex sont les sommets des objets en trois dimensions). 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 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 grâce au 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 (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 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. 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.