La carte graphique et le GPU, mémoire VRAM : définition et fonctionnement

La carte graphique ou carte vidéo est devenue un composant très important surtout pour les gamers.
En effet, elle gère l'affichage du PC et dans le cas des jeux demander de grandes capacités de calcul.
C'est donc devenu un composant à part avec ses propres technologies : GPU, VRAM, ...
Elles sont devenus tellement puissantes que l'on peut les utiliser pour cracker des mots de passe ou générer de la crypto-monnaie.

Cet article vous donne toutes les explications sur le fonctionnement d'une carte graphique. Les définitions des termes techniques pour mieux vous y retrouver.

La carte graphique et le GPU, mémoire VRAM : définition et fonctionnement

Qu'est-ce qu'une carte graphique ?

La carte graphique est responsable du rendu d'une image sur votre moniteur, elle le fait en convertissant les données en un signal que votre moniteur peut comprendre.

Meilleure est votre carte graphique, meilleure est la qualité avec des images plus fluides. Pour les gamers, cela signifie un gain en FPS.
Ceci est naturellement très important pour les joueurs et les éditeurs vidéo.

On distingue deux types de cartes graphiques : les cartes graphiques intégrées et les cartes graphiques dédiées.

La carte graphique intégrée

Ces cartes graphiques sont intégrées à la carte mère.
Vous les trouverez intégrés à la plupart des ordinateurs portables et des ordinateurs «standard», ils constituent un modèle économique mais ne peuvent pas être facilement mis à niveau.

Les graphiques intégrés sont également très économes en énergie, car ils utilisent très peu d'énergie au-delà de ce que le processeur utilisait déjà en premier lieu. Et, grâce à leur standardisation, vous rencontrerez rarement des problèmes avec les pilotes ou la compatibilité.
Sur une machine Windows moderne, tout sera pris en charge pour vous.

La plupart des personnes utilisant un ordinateur moderne pour des tâches standard telles que surfer sur Internet, créer des documents ou regarder des films se débrouillent bien avec les cartes vidéos intégrées.

La carte graphique dédiée

Pour les utilisateurs qui se lancent dans le jeu ou le montage vidéo, une carte graphique distincte est généralement nécessaire pour accélérer le temps de traitement de l'image.
Sans cela, l'utilisateur peut trouver que son jeu est à la traîne ou vacille à des moments cruciaux.

Ce sont des cartes graphiques additifs que l'on connecte à un slot PCI-Express de la carte mère.
Ainsi, elle communique directement avec le CPU.

Le plus grand avantage d'un GPU dédié est la performance. Non seulement une carte graphique dédiée a une puce informatique sophistiquée conçue explicitement pour la tâche de traitement de la vidéo, le GPU, mais elle dispose également d'une RAM dédiée pour la tâche.
Cette augmentation de puissance profite non seulement aux tâches évidentes (comme jouer à des jeux vidéo), mais rend également des tâches comme le traitement des images dans Photoshop plus fluides et plus rapides.
De même pour la réalité virtuelle (VR), il faut des cartes graphiques robustes.

En plus d'une augmentation radicale des performances, les cartes GPU dédiées offrent généralement une variété de ports vidéo plus large et plus moderne que votre carte mère.
Alors que votre carte mère ne peut avoir qu'un port VGA et un port DVI, votre GPU dédié peut avoir ces ports plus un port HDMI ou même des ports en double.
Par exemple, on peut trouver deux ports DVI, ce qui vous permet de connecter facilement plusieurs moniteurs : Dual-Screen.

Elles sont plus puissantes que les cartes intégrées et consomment plus d'énergie.
Il faut donc un bloc d'alimentation qui tient le choc.

Plusieurs cartes graphiques sur un même PC

Les PC modernes possèdent souvent deux cartes graphiques : une carte graphique intégrée et une carte graphique dédiée.
Le PC passe de l'une à l'autre lorsque les besoins de calcul de l'affichage sont moindres.
Ainsi, si vous surfez, c'est la carte graphique intégrée qui est utilisée, si vous jouez c'est la carte graphique dédié qui est prend le relai.
Cela permet d'économiser de l'énergie.
C'est d'autant plus vrai, sur les PC portables pour gagner en autonomie lorsque vous êtes sur batterie.

On peut très bien forcer l'utilisation de l'une ou autre pour une application ou un jeu.
On en parle dans cet article :

Les types de sorties (VGA, DVI, HDMI)

Pour afficher les images, on connecte un écran ou moniteur à la carte graphique.
Pour cela, la carte graphique possède une ou plusieurs sorties.
Plusieurs technologies et normes se sont succédés dans le temps.

  • Connexion analogique VGA (Video Graphics Array) 15 broches également connue sous le nom de D-Sub - C'est le premier connecteur vidéo et donc le moins efficace. Les ports VGA fonctionnent assez bien, mais d'autres ports offrent une meilleure qualité vidéo.
  • DVI (Digital Visual Interface) - DVI-I (transporte des signaux analogiques et numériques) et DVI-D (transmet des signaux numériques uniquement) - DVI a tendance à être trouvé sur la plupart des moniteurs à écran plat, c'est donc un lien utile entre la carte et l'écran.
  • HDMI - HDMI est l'une des connexions les plus populaires en raison de sa vitesse et de sa polyvalence. HDMI transportera à la fois le signal vidéo et audio.
  • DisplayPort - La connexion est de plus en plus populaire et sera vue dans la nouvelle génération de moniteurs. Il peut transporter des données vidéo, audio et autres.

Le GPU (Graphics Processing Unit)

GPU (Graphics Processing Unit) est le coeur de la carte mère qui effectue les calculs du rendu graphique.
C'est donc l'unité de calcul de la carte grahique.

Le GPU fonctionne comme un traducteur, il prend des données provenant du CPU et les transforme en images. Les visuels plus complexes nécessitent des GPU plus complexes et plus rapides pour accueillir le flux de données.

De ce fait, l'architecture d'un GPU est différente d'un CPU car les demandes sont différentes.
Le processeur d'un PC est capable d'effectuer des calculs en série très rapides alors qu'un GPU peut effectuer beaucoup de calculs en peu de temps car il peut les effectuer en parallèle.
Cela notamment grâce la technologie CUDA (Compute Unified Device Architecture) pour nVidia et Stream Processors pour AMD.

Ainsi, les GPU sont aussi utilisés pour générer de la crypto-monnaie ou tenter de casser et cracker des mots de passe.

La mémoire VRAM de la carte graphique

VRAM (video RAM) est la mémoire de la carte graphique utilisée pour stocker les informations d'images et de rendu graphique.
Pour les applications qui reposent sur des fonctions de traitement de données complexes, la quantité de VRAM sur la carte graphique d'un système n'est pas aussi importante que la quantité de RAM système.
Une station de travail professionnelle moderne peut facilement se passer de carte graphique, en utilisant souvent une puce sur la carte mère qui partage la RAM système pour l'affichage vidéo.

Les cartes graphiques modernes utilisent une version de SGRAM appelée GDDR6 (Graphics Double Data Rate). Mais les cartes graphiques premiers prix ou intégrées peuvent utiliser de la DDR (Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory) comme la mémoire RAM.

Par exemple ci-dessous, une carte graphique intégrée Intel UHD Graphics avec une mémoire DDR4.

Une carte graphique dédiée NVidia GeForce avec une mémoire GDDR6.

Quantité de mémoire et résolution

La VRAM joue un rôle clé dans les performances en termes de jeu, par exemple pour raccourcir les temps de chargement et améliorer la qualité d'image. Certains niveaux de VRAM sont nécessaires pour que les jeux fonctionnent à des résolutions différentes.
Plus la résolution est importante, plus vous aurez besoin de mémoire graphique car vous aurez plus de données graphiques à stocker et à traiter.

Des capacités VRAM plus élevées signifient que plus de données graphiques peuvent être traitées à des taux plus rapides. Des capacités VRAM plus élevées peuvent améliorer les fréquences d'images, les rendus, ainsi qu'une émulation générale de la physique à travers les technologies vidéo. Les cartes graphiques peuvent être équipées de différentes quantités de capacités VRAM.

Quantité de mémoireRésolution
2 Go720p
4 Go1080p
6-8 Go1440p
8-12 Go2160p (4K)
Mémoire VRAM nécessaire pour les jeux
Mémoire VRAM insuffisante pour lancer un jeu

Modèle de cartes graphiques (NVIDIA, AMD, Intel) et choisir sa carte graphique

Il existe grosso modo trois fabricants de GPU et carte vidéo : NVIDIA, AMD, Intel.
Intel est plutôt dédié au carte graphique intégrée.
Ils ne proposent pas de cartes graphiques dédiées.
Ainsi le marché des cartes graphiques pour les jeux se partage entre NVIDIA et AMD.

  • AMD propose les gammes Sapphire et Radeon
  • NVidia propose GeForce

Pour plus de détails, suivez ce guide :

Les pilotes de la carte graphique

Le pilote est la partie logicielles que l'installe dans le système d'exploitation.
Il permet de faire fonctionner le matériel, ici une carte graphique.

AMD, NVIDIA et Intel propose des pilotes que l'on peut mettre à jour, cela peut apporter :

  • De nouvelles technologies. Par exemple pour les dernières cartes graphiques, le pilote peut parfois activer des technologies qui n'étaient pas encore disponibles
  • Des optimisations. Notamment qui visent certains jeux et permettent de gagner des FPS
  • Des corrections de bugs. Parfois le pilote peut comporter des bugs qui peuvent provoquer des comportements aléatoires. Cela peut aller à des freez, écrans noirs ou BSOD. Notamment dans ce dernier cas, cela peut être des BSOD VIDEO_TDR

Se reporter à cette page :

Les fabricants tels que AMD et NVidia proposent aussi des logiciels comme GeForce Experience ou AMD Radeon.
Ils proposent des paramètres mais aussi la possibilité de mettre à jour le pilotes graphiques automatiquement.

L'affichage des images dans les jeux ou programmes : comment ça marche ?

Lorsque l'on doit faire des réglages, optimisations graphiques pour améliorer les performances de son PC dans les jeux vidéos, il faut connaître ces mécanismes.
De même si on doit régler des problèmes d'affichage dans les jeux vidéos (perte de FPS, bégaiements, freez, ...).

Cet article détaille le processus autour de l'affichage et le fonctionnement générale d'une carte graphique.
Grâce à ce dernier, vous allez mieux comprendre le fonctionnement des jeux dans un PC ainsi que le rôle de chaque composant hardware (CPU, mémoire, GPU, ...).

FAQ

Comment savoir le modèle, type de carte graphique sur son PC ?

Pour connaître toute la configuration matérielle de sa ou ses cartes graphiques, on peut utiliser GPU-Z.
Il existe un tutoriel sur le site :


De manière générale, reportez-vous à cet article : Comment connaître la configuration matérielle de son PC

Comment connaître la température de sa carte graphique ?

Il existe plusieurs utilitaires comme GPU-Z, HWinfo64 et bien d'autres pour afficher la température du GPU.
Plus d'informations :

Comment choisir la carte graphique à acheter ?

Vous souhaitez acheter une nouvelle carte graphique ?
Vous ne savez pas laquelle choisir parmi tous les modèles NVIDIA ou AMD.
Le site peut vous aider grâce à cet article complet :