Une carte graphique est une carte
d'extension d'ordinateur, extension car elle vient étendre les
capacités de la carte-mère. Son rôle est de produire une image
affichable sur un moniteur, c'est-à-dire sur un écran d'ordinateur.
Elle dispose de sa propre mémoire à partir de laquelle elle envoie
à l'écran les images stockées. Plusieurs paramètres interviennent
dans ses capacités : la fréquence d'envoi des images et leur format
(eux-mêmes dépendants de l'écran et du port sur lequel il est
branché) et la configuration de la carte elle-même.
Les cartes graphiques des ordinateurs
du grand public n'ont cessé d'évoluer, en particulier de
l'affichage sur 2 dimensions (2D) vers l'affichage en 3 dimensions
(3D) qui intègre la profondeur en plus de la largeur et la hauteur.
Les premières cartes de l'ère informatique affichaient donc en 2D
et se connectaient sur un port nommé ISA (Industry Standard
Architecture) de 8 bits ; c'étaient les cartes MDA (Monochrome
Display Adapter), elles affichaient texte et graphisme en monochrome
via un adressage direct en mode ASCII (mode encore utilisé
aujourd'hui par le BIOS au démarrage des ordinateurs).
C'est en 1981 qu'apparait pour le grand
public la possibilité des cartes graphiques à afficher un point
individuel de l'écran, à l'époque pour une résolution de 320
colonnes sur 200 lignes et sur une plage de 4 couleurs distinctes ;
c'est l'époque des cartes CGA (Color Graphic Adapter). A partir de
là est vraiment né le mode graphique et les cartes n'ont cessé
d'évoluer pour adresser de plus en plus de colonnes, lignes et
couleurs pour aboutir aujourd'hui à 1.600 colonnes sur 1.200 lignes
et plus de 4 milliards de couleurs affichables simultanément.
Entre-temps des fonctions assurées
jusque-là par le processeur de l'ordinateur deviennent dévolues au
contrôleur graphique des cartes, par exemple le tracé des lignes,
cercles et surfaces pleines. Cette accélération de l'affichage a
permis notamment l'évolution des systèmes d'exploitation vers les
interfaces graphiques. La vitesse de transfert des informations entre
le processeur et la carte graphique a elle aussi augmenté grâce au
port PCI qui a remplacé le port ISA.
La 3D s'est ensuite imposée dans les
années 1990 avec l'apparition des cartes accélératrices 3D (3DFX
en particulier, fabriquée par 3DFX Interactive, société créée en
1994 puis achetée par NVIDIA en 2000) dont les fonctions étaient
dédiées à la gestion et l'affichage 3D. A l'époque deux ports
étaient donc nécessaires, un pour la carte 2D, un pour la carte
accélératrice 3D, chacune ayant son propre processeur graphique.
C'est pourquoi vinrent ensuite en 1996 les cartes 2D-3D produites par
ATI n'occupant qu'un seul connecteur AGP ou PCI au lieu de deux car
regroupant en un seul circuit intégré la 2D et la 3D.
Parallèlement les cartes graphiques
commencent à intégrer la décompression des flux vidéo comme le
MPEG2 (format utilisé pour les DVD et SVCD ainsi que pour la
télévision numérique). Cette fonctionnalité a soulagé le
processeur de cette tâche et permet ainsi de visionner des films en
haute définition même sur des ordinateurs aux ressources limitées.
Aujourd'hui, même les cartes
graphiques de base gèrent la 3D, elles sont équipées d'un GPU
(Graphical Processing Unit) qui un processeur dédié au rendu
d'images en 3D et très puissant en terme de calculs et de bande
passante mémoire. Cependant cette puissance est rarement utilisée à
plein, seuls certains jeux vidéos et applications d'infographie
exploitent pleinement leurs capacités. Depuis les années 2000 cette
puissance finalement peu utilisée en bureautique commence a être
exploitée par des applications nécessitant une grande quantité de
calculs, en particulier pour des simulations scientifiques
(modélisations financières, météo, …), c'est l'avènement des
GPGPU (General Purpose Processing on Graphics Processing Units).
Les composants d'une carte graphique et
leurs fonctionnalités :
Le BIOS vidéo qui, comme pour la
carte-mère, est un petit programme stocké en mémoire morte (ROM)
servant au démarrage de la carte graphique, il contient aussi les
informations de la carte, en particulier les modes graphiques
qu'elle peut gérer.
Le processeur graphique GPU -
Graphical Processing Unit - ou VPU - Visual Processing Unit –
soulage le processeur de la carte-mère en prenant en charge les
calculs pour l'affichage, la 3D, les couleurs et certaines
décompressions de flux vidéo. Produisant beaucoup de chaleur le
processeur graphique est généralement doté de son propre
ventilateur ou système de refroidissement.
La mémoire vidéo stocke les
données numériques relatives aux images avant conversion par le
GPU et les images déjà traitées, pour ce faire elle possède deux
accès, un direct (RAM) pour les informations en provenance du
système, un séquentiel pour l'affichage. Plus la mémoire vidéo
est importante, plus la carte graphique est puissante et peux
traiter un grand nombre de couleurs et de hautes résolutions.
Les sorties analogiques et/ou
numériques permettent les connexions avec les périphériques
d'affichage vidéo, les modèles actuels réunissent souvent une
interface pour écran d'ordinateur avec une pour téléviseur :
DisplayPort pour la dernière
génération, orientée Home-Cinéma, écrans tactiles, flux vidéo
multiple, liaison USB, ...
A noter que les interfaces numériques
DVI et HDMI peuvent supporter les DRM (la gestion des droits
numériques) et que le Displayport est une interconnexion sans droit
ni licence.
Jusqu'à l'arrivée de la connectique
DVI-D il était nécessaire de traduire les signaux numériques en
analogique pour l'affichage sur les écrans VGA ou la sortie de
signaux analogiques S-Vidéo, DVI-A ou DVI-I. Pour ce faire la carte
graphique était dotée d'un RAMDAC (Random Acces Memory Digital to
Analog Converter) qui est un convertisseur numérique / analogique.
Ce composant et cette fonctionnalité sont devenus inutiles avec les
nouveaux écrans LCD dotés d'une entrée numérique.
Aujourd'hui, seuls 2 constructeurs de
cartes graphiques se partagent le marché : NVIDIA (gamme
GeForce) et ATI (gamme Radeon) ; pour ce qui concerne les
GPU les 3 principaux fabricants sont INTEL, NVIDIA et ATI (AMD).
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