Adaptateur graphique

Carte graphique

Carte graphique
Se connecte à carte mère via :
ISA PCI
AGP PCI Express
USB
Classement des utilisations
Ordinateur fixe Ordinateur portable
Fabricants 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 écran. La carte graphique envoie les images qu'elle possède dans sa mémoire à l'écran à une fréquence et dans un format qui dépendent d'une part de l'écran branché et du port sur lequel il est branché (grâce au Plug and Play) et de sa configuration interne d'autre part.

Sommaire

Historique

Les cartes graphiques 2D-3D

Les premières cartes graphiques 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 la vitesse de transfert entre le CPU et la carte graphique.

Puis apparuerent les cartes graphiques 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.

Les usages pour une carte graphique

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. 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/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 et pour AMD au projet ATI Stream. On parle à ce titre de General-purpose computing on graphics processing units (ou GPGPU)

Composants

Le processeur graphique

Le processeur graphique NV43 d'une GeForce 6600 GT
Article détaillé : processeur graphique.

Le processeur graphique (GPU pour Graphical Processing Unit, ou encore VPU pour Visual Processing Unit en anglais) 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.

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.

Le RAMDAC

Article détaillé : 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).

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.

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 standard 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 exemple le bus VME; mais ce sont des technologies peu répandues et réservées au monde de l'informatique professionnelle et de l'industrie.

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).

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 \frac{640 \times 480 \times 4}{8}=153600 octets
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.

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, HD 5850, HD 5870, HD 5870X2 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 peut 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.

Voir aussi

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Liste des constructeurs de cartes graphiques

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