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La carte graphique : un composant essentiel !

La carte graphique : un composant essentiel !

Dans les mois à venir, j’aimerai écrire plusieurs articles traitant de cartes graphiques, mais avant de rentrer dans des détails un peu compliqués, j’aimerais expliquer un certain nombre de points clefs à propos de ce composant, ce qui vous permettra, je l’espère, de mieux comprendre les prochains articles.

Certaines choses que je vais expliquer paraitront peut-être assez « basiques » pour certains d’entre vous, mais pour que tout le monde puisse suivre je les expliquerai quand même.

Tout d’abord, je tiens à préciser que je parlerai principalement des cartes graphiques pour PC fixe au format ATX, mais la plupart de ces points sont applicables aux cartes graphiques mobiles (soudées ou non sur la carte mère) ou aux cartes graphiques custom (comme dans le Mac Pro, par exemple).

Les deux principaux fabricants de GPU sont AMD et nVidia. En réalité, on devrait plutôt parler de concepteurs de GPU, dans la mesure où ni nVidia ni AMD ne possèdent leurs propres lignes de fabrication, ils sous-traitent la fabrication des puces, mais aussi l’assemblage des cartes. Je ne compte bien sûr pas les IGP (Integrated Graphic Processor, partie graphique intégrée au CPU), car sinon, je devrais mentionner Intel.

La carte graphique, un composant plus complexe qu’il n’en a l’air

Les cartes graphiques actuelles sont composées de plusieurs composants « de base » disposés sur un morceau de circuit imprimé formant la carte en elle-même (le PCB pour Printed Circuit Board). On trouve notamment le processeur graphique (le GPU pour Graphics Processing Unit), un certain nombre de puces mémoire (entre 0 et 24). Il y a également des connecteurs pour brancher les écrans, des connecteurs d’alimentation si la carte requiert une grande puissance, le port PCIe servant à connecter la carte graphique à la carte mère et un certain nombre d’autres composants servant notamment d’étage d’alimentation.

Nota bene : Parfois les termes GPU et cartes graphiques sont utilisés, à tord, comme des synonymes, c’est un raccourci très souvent employé dans la presse spécialisée, y compris par votre serviteur.

La mémoire des cartes graphiques est généralement du type GDDR5, mais on trouve encore quelques cartes bas de gamme équipées de GDDR3, ou pire de DDR3. Cette dernière n’est absolument pas adaptée au GPU, notamment en terme de vitesse, mais reste moins chère que la GDDR5. Les dernières cartes graphiques AMD haut de gamme (la gamme Fury) possèdent de la mémoire HBM remplaçant la GDDR5 habituellement utilisée. Ce type de mémoire est directement inclus dans le GPU, d’où l’absence de puces de mémoires sur le PCB.

 Le PCB de la nouvelle AMD R9 Fury X ne possède pas de puce mémoire, cette dernière étant intégrée directement dans le GPU.

Le PCB de la nouvelle AMD R9 Fury X ne possède pas de puce mémoire, cette dernière étant intégrée directement dans le GPU.

Le tout est coiffé par le système de refroidissement. Celui-ci peut être passif (pour les cartes peu puissantes), mais le plus souvent actif (associé à un ou plusieurs ventilateurs, ndlr). Il existe des cartes graphiques très haut de gamme équipées de système de refroidissement à eau (Watercooling) ou hybride air/eau.

 Une nVidia GTX 980 Ti avec son système de refroidissement de référence.

Une nVidia GTX 980 Ti avec son système de refroidissement de référence.

 Une AMD Radeon R9 Fury X avec son système de refroidissement liquide (Watercooling) d'origine.

Une AMD Radeon R9 Fury X avec son système de refroidissement liquide (Watercooling) d'origine.

L’alimentation de la carte est partagée entre le port PCIe (qui délivre au maximum 75 W) et les connecteurs supplémentaires situés au bout de la carte. Ces connecteurs sont soit en 6 pins (max 75 W) soit en 8 pins (max 150 W). Par exemple, pour avoir une carte de 300 W, il suffit d’un 6 pins et d’un 8 pins (75 W par le port PCIe + 75 W sur le 6 pins, + 150 W sur le 8 pins = 300 W).

Le multiGPU, SLI et CrossFireX

Il est possible d’utiliser plusieurs cartes graphiques dans un ordinateur, elles travailleront soit de manière indépendante (c’est le cas du Mac Pro sous OSX par exemple) ou « ensemble ». Pour faire fonctionner plusieurs cartes graphiques « ensemble » il est nécessaire de passer par des technologies comme le SLI chez nVidia ou le CrossFireX chez AMD.

Ces technologies ne sont, hélas, disponibles que sur Windows. Ainsi, un Mac Pro sous OSX possède deux cartes graphiques AMD indépendantes, alors que lorsqu’il tourne sous Windows (via Bootcamp) ses deux cartes graphiques peuvent fonctionner en CrossFireX (car ce n’est pas une obligation, l’option est activable/désactivable dans le centre de contrôle des cartes).

Ces deux technologies fonctionnent plus ou moins de la même façon. Il faut posséder 2, 3 ou 4 fois le même modèle de carte graphique, et une carte mère supportant ce genre de configuration. Il faut bien sûr un ordinateur sous Windows exécutant DirectX. Dans le cas des anciennes cartes AMD et de toutes les cartes nVidia, il est nécessaire de connecter toutes les cartes entre elles à l’aide d’un connecteur : le pont SLI/CrossFire. Depuis deux générations de cartes, AMD n’utilise plus de pont, dans ce cas c’est le bus PCIe qui se charge de la communication entre les cartes.

 Un CrossFireX avec deux AMD R9 Fury X, sans pont CrossFire.

Un CrossFireX avec deux AMD R9 Fury X, sans pont CrossFire.

 Un Quad SLI de nVidia GTX Geforce Titan, avec un pont SLI pour relier les quatre cartes entre elles.

Un Quad SLI de nVidia GTX Geforce Titan, avec un pont SLI pour relier les quatre cartes entre elles.

Si vous possédez quatre cartes en SLI/CrossFireX avec chacune 4Go de RAM, vous aurez au final… 4Go de RAM, c’est chouette, non ? Et oui, car chaque carte contient en RAM les mêmes informations, c’est en tout cas comme cela que ça marche jusqu’à DirectX 11, car DirectX 12 donnera plus de liberté aux développeurs sur ce point.

Avoir plusieurs cartes graphiques n’est pas forcément toujours mieux, certes le calcul brut sera plus rapide, mais il peut se produire un certain nombre de petits bogues (plus le nombre de carte est élevé, plus ce genre de bogues sont nombreux) ce qui peut devenir gênant. Il est également nécessaire de disposer de pilotes à jour et optimisé pour CHAQUE logiciel dans lequel on veut utiliser plusieurs GPU. Cependant, le SLI et le CrossFireX ont le mérite d’être « centralisés » dans le pilote, ce n’est donc pas aux développeurs de chaque application de concevoir eux-mêmes ce genre d’optimisation (développeurs chez Apple, comprenez-vous où je veux en venir ?!).

Les cartes avec design de référence et les cartes avec design custom

Je le disais plus haut, il y a deux fabricants de GPU, AMD et nVidia, mais ce ne sont pas eux qui assemblent les cartes.

Lorsqu’une nouvelle carte graphique est présentée, elle est présentée dans un design dit « de référence ». Ce design est conçu par nVidia ou AMD. Il possède un système de refroidissement et un PCB de référence. Les cartes de référence rassemblent en quelque sorte les caractéristiques minimales de la carte (fréquences, quantité de mémoire, alimentation…).

Après cela, les partenaires des deux fabricants de GPU réalisent des versions spéciales avec des systèmes de refroidissement différents, souvent plus efficaces que le modèle de référence. Ces cartes, dites « Custom », possèdent parfois un PCB partiellement ou entièrement revu. Elles peuvent contenir plus de RAM, plus d’étages d’alimentation, plusieurs bios… Ces cartes peuvent être également surcadencées par rapport aux versions de référence.

 Le PCB de référence de la nVidia GTX 980 Ti...

Le PCB de référence de la nVidia GTX 980 Ti...

 ... et voici le PCB du même modèle, mais cette fois entièrement revu par ASUS pour sa version Strix. On remarque clairement qu'il est plus large afin d'accueillir les étages d'alimentation supplémentaire.

... et voici le PCB du même modèle, mais cette fois entièrement revu par ASUS pour sa version Strix. On remarque clairement qu'il est plus large afin d'accueillir les étages d'alimentation supplémentaire.

Les versions de référence sont souvent assez bruyantes et moyennement efficaces.  Cependant, AMD et nVidia semblent avoir compris que proposer un système de refroidissement de mauvaise qualité n’était pas forcément très judicieux, surtout dans le haut de gamme. C’est ainsi que nVidia utilise depuis la sorti de la Titan première du nom en 2013 un système de refroidissement standard très intéressant sur son haut de gamme GeForce et, plus récemment, Quadro. AMD a, quant à lui, décidé de concevoir un système de refroidissement de référence très performant pour ces nouvelles Fury.

 Une nVidia Geforce GTX 980 Ti de référence...

Une nVidia Geforce GTX 980 Ti de référence...

 ...en version Asus Strix, destinée principalement aux joueurs...

...en version Asus Strix, destinée principalement aux joueurs...

 ...et en version Asus ROG Matrix, destinée avant tout aux Overclockeurs.

...et en version Asus ROG Matrix, destinée avant tout aux Overclockeurs.

Les versions custom permettent souvent de plus grandes performances, mais aussi de réduire le bruit de ventilation. Ces cartes sont par contre plus chères et sortent généralement plusieurs semaines après la version de référence.

Qu’elle soit de référence ou custom, la fabrication et la vente des cartes graphique passent presque inévitablement par un des partenaires (à l’exception des modèles de présérie et des modèles « presse »). Ainsi, il est impossible d’acheter une nVidia Geforce GTX 980 « tout court », il faut acheter nVidia Geforce GTX 980 Asus, Gigabytes, EVGA, MSI, PNY…

Le rôle des cartes graphiques

La carte graphique est un composant essentiel dans tout ordinateur personnel, presque aussi important que le processeur. Son rôle principal est, comme son nom l’indique, de gérer l’affichage sur l’écran (ou les écrans). Cependant, depuis plusieurs années, les fonctionnalités de ce composant se sont bien diversifiées.

La carte graphique existe depuis que l’on utilise des écrans sur les ordinateurs… mais elles ont réellement commencé à évoluer lorsque l’informatique est passée d’un affichage type « lignes de caractères » à un affichage graphique. Le premier ordinateur grand public à avoir une interface graphique a été le premier Mac de 1984. À partir de ce moment, l’affichage est devenu dynamique en temps réel, c’est-à-dire qu’il fallait recalculer l’affichage en continu, et pas seulement lorsque l’utilisateur entrait un nouveau caractère. L’augmentation du nombre de pixels et les animations toujours plus nombreuses ont petit à petit fait de la carte graphique un élément essentiel des ordinateurs personnels.

De nos jours, une bonne carte graphique est indispensable dans l’utilisation de certains logiciels (jeux, retouche photo, montage vidéo…). Ces applications demandent en effet un grand nombre de calculs afin de générer les formes, les couleurs, la lumière, les ombres, les textures… et de préférence rapidement afin de disposer d’assez d’images par secondes pour que l’œil ait une impression de fluidité.

Les cartes graphiques peuvent également exécuter des calculs n’ayant aucun rapport avec l’affichage, on parle alors de GPGPU (pour General-purpose Processing on Graphics Processing Units). Contrairement aux processeurs, qui exécutent des calculs principalement en série, les uns à la suite des autres, les GPU possèdent des unités de calculs massivement parallèles. Ainsi, les processeurs actuels possèdent entre 1 et 18 "gros" coeurs, là ou les GPU possèdent des centaines voir des milliers de coeurs beaucoup plus petits, mais plus adaptés à la réalisation de petits calculs nombreux et répétitifs. Il existe maintenant des technologies spécialisées dans ce genre de calculs comme, par exemple, CUDA (technologie propriétaire de nVidia) ou OpenCL (technologie Open Source, soutenue notamment par AMD).

Le mot de la fin :

Comme vous l’aurez compris, la carte graphique est un composant plus complexe qu’il n’en a l’air. C’est un composant de plus en plus utile, dont l’upgrade permet parfois d’accélérer sensiblement certaines applications. Ce composant, comme beaucoup d’autres, n’est pas à négliger lors de la configuration d’un ordinateur, même si celui-ci n'a pas pour vocation d'être un ordinateur de jeux.

J'espère que cet article vous aura permis d'y voir plus clair et de mieux comprendre les futurs articles que je souhaite publier sur Digitaline Magazine à propos des cartes graphiques.

Si vous avez des questions, n'hésitez pas à me les poser dans les commentaires, ce sera une joie de vous répondre. Si l'article vous a plu, n'hésitez pas à le partager. Vous pouvez également nous suivre sur Twitter à @DigitlifeMAG !

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