évolution et performances sur PC

by Jack
CPU NPU VPU Render Road Ma

Les puces graphiques ou connues aujourd’hui sous le nom de GPU ont connu une évolution intéressante au fil du temps, depuis leurs débuts dans les premiers PC jusqu’à atteindre les mastodontes ultra-complexes que nous avons aujourd’hui. C’est pourquoi nous allons passer en revue son évolution dans le temps dans cet article.

Les cartes graphiques ou connues sous le nom de GPU sont aujourd’hui le composant le plus largement utilisé d’un PC qui ne fait pas partie de la conception Von Neumann. Ce qui a conduit à l’évolution spectaculaire des GPU à ce jour.

Qu’est-ce qu’un GPU?

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Une carte graphique est un composant clé d’un ordinateur qui l’utilise pour communiquer avec l’utilisateur via un écran, sur lequel elle génère des images qui rapportent à tout moment la situation actuelle de l’ordinateur. Les principaux composants d’une carte graphique sont la puce graphique d’une part et la mémoire vidéo ou VRAM.

Cela a été le cas depuis le lancement des premières cartes graphiques jusqu’à aujourd’hui, les puces graphiques et les VRAM sont devenues plus complexes et plus puissantes, mais la configuration standard est toujours maintenue.

Cartes graphiques de première génération: terminaux et tampons d’image

Clavier à touches du terminal

La première génération est celle qui provenait des terminaux de texte, où un téléviseur sans récepteur radiofréquence était utilisé pour transmettre le texte qui était écrit. Le nom donné à ces terminaux était TV Typewriters ou machines à écrire à la télévision, car pour une personne de cette époque, c’était cela.

Son fonctionnement était très simple, une partie de la RAM était utilisée pour stocker la séquence de caractères que nous écrivions. Chaque caractère avait son glyphe sous la forme d’un bitmap stocké dans une ROM et au lieu de les stocker dans la RAM, ce que la RAM a fait était d’informer la ROM quel caractère devait être écrit dans la sortie vidéo. Pour cela, une série de compteurs binaires ont été utilisés qui comptaient les temps de balayage vertical et horizontal.

Mais de la même manière que vous pouvez choisir des personnages, vous pouvez choisir des couleurs, de sorte que certaines de ces puces graphiques primitives pourraient dessiner des images à l’écran, mais limitées par la mémoire disponible et la palette de couleurs, qui a évolué au fil du temps pour en afficher de plus en plus. définition dans un plus grand nombre de pixels, cependant c’étaient des éléments très primitifs avec lesquels vous ne pouviez pratiquement rien faire.

Deuxième évolution des GPU: les sprites

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Malheureusement, la deuxième génération n’a pas atteint le PC, puisqu’au début des années 80, IBM n’avait pas envisagé ces derniers pour exécuter des jeux vidéo. Le concept de la deuxième génération? Les cibles mobiles ou sprites, ce sont des glyphes ou des bitmaps qui peuvent être placés dans n’importe quelle position dans l’image.

Au début des années 80, la plupart des systèmes 8 bits que les gens avaient chez eux utilisaient un système de sprites, car la plupart de leurs logiciels sont des jeux vidéo. Les systèmes de sprites utilisent des tables d’attributs pour chaque sprite qui indiquent la priorité, si elle est inversée, la palette de couleurs qu’ils utilisent et leur position.

Ce système a été utilisé dans les consoles 8 et 16 bits pendant près de 15 ans avant de passer au 32 bits. Sur PC, en revanche, il était totalement inédit, ce qui a complètement influencé les jeux sortis sur la plate-forme pendant de nombreuses années.

Troisième évolution des GPU: les listes d’affichage et le Blitter

Les listes d’écrans sont apparues pour la première fois sur le matériel domestique via l’ANTIC de l’ordinateur Atari 800. Une liste d’écrans n’est rien de plus qu’une série de commandes indiquant comment la puce graphique doit dessiner la scène. Jusqu’à présent, ce qui avait été fait était de copier une liste de données dans la mémoire vidéo et de la faire interpréter par le matériel.

Mais là où ils ont eu leur apogée, c’était dans le Commodore Amiga, grâce à sa puce graphique Agnus qui à l’intérieur avait une évolution de l’ANTIC appelé Copper et une puce appelée Blitter, qui a complètement révolutionné l’opération. La fonction du Blitter? Copier des données d’une mémoire à une autre mais pouvoir les modifier à la volée de manière à ce que l’origine soit différente de la destination et tout cela libérant le CPU.

Avant l’apparition du Blitter, les CPU n’avaient pour eux que le temps pendant lequel l’écran n’était pas dessiné, avec le Blitter un CPU pouvait avoir tout le temps du monde et sa capacité à manipuler des données graphiques à la volée donnait un saut de qualité dans les PC.

Quatrième évolution des GPU: la mémoire multiport

GPU d'évolution TMS4161

Traité par eBay avec ImageMagick, z1.1.0. || B2

Bien que le processeur soit totalement gratuit, les puces graphiques avaient le problème de ne pas pouvoir accéder à la RAM pour manipuler les données si l’écran était en cours de génération. La prochaine évolution a donc été l’utilisation de la mémoire multiport. Ce qui se traduit par une mémoire multicanal. Cela signifie que l’adaptateur graphique et la puce graphique sont accessibles en même temps sans que l’un ait à attendre l’autre.

Avec cela, nous arrivons à l’évolution des cartes 2D, à partir de là, son évolution n’a pas été architecturale mais dans les spécifications, avec la possibilité de dessiner plus de pixels par écran et avec une plus grande précision des couleurs.

L’émergence du matériel 3D sur PC

Carte 3D GPU Evolution

Les premières cartes 3D n’avaient pas les éléments 2D mais deux éléments matériels complètement nouveaux en matériel 2D, qui étaient les suivants:

  • Unités de traitement de texture: qui peut prendre une partie spécifique d’une image stockée en mémoire et la manipuler. Une unité de texture est capable de prendre cette partie particulière d’une image et de la faire pivoter, de la redimensionner et même de l’ajuster pour qu’elle soit placée sur une surface 3D. Les unités de texture ont été les dernières à apparaître dans les postes de travail pour la 3D, mais en revanche, sur PC face à l’adoption du graphisme 3D, c’était la première partie du matériel à être adoptée.
  • Unités raster: Les unités raster sont responsables de la conversion des données 3D vectorielles en données cartésiennes 2D pouvant être affichées à l’écran. Ce processus était très lourd pour les processeurs de l’époque et son inclusion permettait aux logiciels 3D d’atteindre les foyers et il n’était pas nécessaire d’utiliser des postes de travail.

Les premières cartes 3D étaient un coût supplémentaire et n’ont pas eu le succès escompté malgré leur adoption sur le marché du jeu vidéo PC, la raison en était qu’elles ont demandé une carte 2D séparée, mais cela n’a pas pris longtemps pour les deux parties du matériel. être intégré en un.

Le GPU est complété dans sa forme finale

GPU AMD Vega

La NVIDIA GeForce 256 a été le premier GPU à disposer du pipeline 3D complet, ce qui signifiait que toute la scène 3D était calculée par le GPU et que le CPU n’avait qu’à créer la liste d’affichage. C’est un changement important à partir duquel le reste des évolutions ont eu lieu depuis lors, qui en résumé ont été les suivantes:

  • Unités de shader: ce sont des processeurs basés sur une exécution multithread, ce qui leur permet d’exécuter des programmes avec lesquels ils ont d’abord modifié des primitives graphiques et, au fil du temps, des données plus génériques. Son évolution a conduit le graphisme à l’informatique scientifique et au départ, ils ont été séparés par le type de primitif graphique, mais ensuite ils ont été unifiés et continuent comme ça depuis.
  • Accélérateurs: des codecs vidéo, des adaptateurs d’affichage et d’autres matériels ont été intégrés aux GPU au cours de cette période. Cessant d’être des morceaux à part.
  • Tableaux systoliques pour l’exécution d’algorithmes d’intelligence artificielle.
  • Unités pour accélérer l’exécution du lancer de rayons.

Bien qu’au cours des vingt dernières années, nous ayons vu génération après génération de GPU, vraiment au niveau architectural si nous abandonnons l’ajout de nouvelles unités pour l’IA et le Ray Tracing, ce que nous avons vraiment vu est une évolution dans laquelle il y a de plus en plus d’unités. mais avec une architecture commune.

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