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Les cartes graphiques vidéo (GPU) sont des circuits électroniques spécialisés conçus pour manipuler et modifier rapidement la mémoire afin d'accélérer la création d'images dans une mémoire tampon destinée à être sortie sur un périphérique d'affichage. Ils déchargent le traitement graphique intensif de l'unité centrale de traitement (CPU), permettant des visuels plus fluides et de plus haute résolution. Voici un aperçu de leur fonctionnement :
1. Réception de données depuis le processeur :
* Le CPU envoie des instructions et des données (par exemple, des modèles, des textures, des informations d'éclairage) au GPU via une interface haute vitesse telle que PCIe. Ces données décrivent la scène 3D qui doit être rendue.
2. Traitement des données (traitement parallèle) :
* C'est là que réside la force du GPU. Au lieu de traiter les données de manière séquentielle comme un processeur, les GPU utilisent un traitement massivement parallèle. Ils contiennent des milliers d’unités de traitement (cœurs) plus petites et plus simples qui fonctionnent simultanément sur différentes parties de la scène. Cela leur permet de gérer les calculs complexes impliqués dans le rendu des images beaucoup plus rapidement qu'un processeur.
* Vertex Shaders : Ces processeurs traitent les sommets individuels (points) des modèles 3D. Ils transforment les sommets en fonction de la position de la caméra, de l'éclairage et d'autres facteurs.
* Shaders de géométrie (facultatif) : Ces shaders effectuent des opérations plus complexes sur la géométrie, générant potentiellement une géométrie supplémentaire ou modifiant la géométrie existante.
* Pixel Shaders (Fragment Shaders) : Ces processeurs déterminent la couleur et d'autres propriétés de chaque pixel de l'écran. Ils prennent en compte l'éclairage, les textures et d'autres effets pour calculer la couleur finale des pixels.
* Rastérisation : Cette étape convertit les triangles 3D traités en pixels 2D pouvant être affichés à l'écran. Il s’agit de déterminer quels pixels sont couverts par chaque triangle.
3. Cartographie et échantillonnage de texture :
* Des textures (images) sont appliquées aux modèles 3D pour ajouter des détails et du réalisme. Le GPU récupère et applique ces textures aux surfaces des modèles pendant le processus de rendu. Cela implique d'échantillonner les données de texture en différents points pour déterminer la couleur appropriée pour chaque pixel.
4. Tampon de trame :
* Les pixels rendus sont stockés dans le frame buffer (VRAM – Video RAM). Il s'agit d'une mémoire dédiée à haute vitesse sur le GPU.
5. Sortie à afficher :
* Une fois le cadre terminé, le GPU envoie les données d'image du tampon de trame au moniteur via une interface de sortie (HDMI, DisplayPort, etc.). Le moniteur affiche ensuite l'image.
Composants clés d'un GPU :
* Cœur du GPU : Contient les unités de traitement (cœurs) qui effectuent les calculs de rendu.
* VRAM (RAM vidéo) : Mémoire haute vitesse qui stocke les textures, les images et autres données nécessaires au rendu. Une VRAM plus grande permet des résolutions plus élevées et des textures plus détaillées.
* Bus mémoire : Connecte le cœur du GPU à la VRAM, déterminant la vitesse à laquelle les données peuvent être transférées.
* Cœurs CUDA (Nvidia) / Processeurs de flux (AMD) : Ce sont les unités de traitement individuelles au sein du cœur du GPU. Plus de cœurs signifie généralement un rendu plus rapide.
* Système de refroidissement : Empêche le GPU de surchauffer en raison des calculs intensifs qu'il effectue.
En résumé, une carte graphique vidéo agit comme un coprocesseur spécialisé, éliminant le lourd travail de rendu d'image du processeur, permettant la création de graphiques fluides et haute fidélité pour les jeux, le montage vidéo et d'autres applications graphiquement exigeantes. L'architecture de traitement parallèle est ce qui le distingue d'un processeur et lui permet d'exceller dans les tâches impliquant un parallélisme massif de données.
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