De nos jours, n'importe quel ordinateur disponible sur le marché dispose d'une carte graphique capable d'accélérer l'affichage 3D. Ces cartes qui il n'y a pas si longtemps que ça ne pouvaient effectuer que des opérations assez basiques, ont très vite évolué vers des systèmes de plus en plus complexes, de plus en plus puissants, et de plus en plus performants.

Ces évolutions ont été accompagnées de nombreux termes techniques, ainsi que d'aussi nombreux (voire plus) termes marketing. Entre les Hyper Machins, les Ultra Choses et les Extreme Trucs, difficile de s'y retrouver. Le but de cet article est donc d'éclaircir un peu les esprits, en expliquant pas à pas l'architecture des cartes graphiques, ainsi que leur fonctionnement. Par souci de clarté, ce dossier sera scindé en deux parties, la seconde partie devant être publiée peu après cette première partie.

Il est évident que l'architecture de chaque carte est très complexe, et cela prendrait des mois à expliquer tout dans le moindre détail. Cet article se limitera donc à une vue d'ensemble de chaque élément majeur de l'architecture d'un GPU. Cette architecture sera celle d'un GPU générique et non celle d'un GPU en particulier, bien entendu.

Mais d'abord, qu'est-ce qu'un GPU ? En fait, il s'agit tout simplement du processeur de la carte graphique. L'acronyme GPU signifie en effet Graphics Processing Unit (unité de traitement graphique). Signalons d'emblée que nous ne nous occuperons pas de la mémoire ou des autres composants. Il faut dire que le GPU est l'élément principal d'une carte graphique, et de loin le plus complexe. Ces processeurs ont vu leur complexité augmenter exponentiellement, au point de rapidement rattraper les processeurs de nos ordinateurs.

Les GPUs sont d'ailleurs nettement plus performants que les CPUs lorsqu'il s'agit d'affichage et de rendu 3D, malgré la grande différence au niveau des fréquences de fonctionnement. C'est dû au fait qu'un CPU est prévu pour effectuer toutes sortes de tâches très différentes, alors qu'un GPU est un processeur optimisé pour la 3D.

Au fil des pages, vous pourrez comprendre pourquoi ils sont devenus tellement performants, ce qui peut limiter leur performance, où encore ce qu'ils sont capables de faire. Une fois toutes ces informations en votre possession, vous comprendrez non seulement ce qui se passe dans votre ordinateur, mais vous serez également plus à même de choisir votre prochaine carte graphique de façon judicieuse.

Vue d'ensemble

Mais commençons par le commencement : un GPU est constitué de nombreux composants, les deux plus importants étant le vertex pipeline et le pixel pipeline. Le premier s'occupe des vertices (pluriel de vertex), alors que le second s'occupe des pixels.

D'une façon plus générale, la gestion des vertices, des primitives, la tessellation, le vertex pipeline, le clipping, le culling et le tramage font partie du traitement de la géométrie. Le pixel pipeline, le test de profondeur, le test alpha, le test brouillon, le brouillard et l'alpha blending, quant à eux, font partie du rendu.

Chaque composant traite l'information reçue, la modifie si nécessaire, et passe les informations au composant suivant. Cet article est conçu de manière à suivre le flux des informations au sein du GPU. Ainsi, chaque tête de chapitre correspondra à un élément, en suivant les flêches du schéma ci-dessous.