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« Les cartes graphiques/Les processeurs de shaders » : différence entre les versions

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Outre le jeu d’instruction, la conception interne (aussi appelée microarchitecture) des processeurs de shaders possède quelques particularités idiosyncratiques. Rien de bien déroutant pou qui a déjà étudié les architectures à parallélisme de données, mais quelques rappels ou explications ne peuvent pas faire de mal.
 
Les cartes graphiques sont des architectures massivement parallèles, à savoir qu'elles sont capables de faire un très grand nombre de calculs simultanés, durant le même cycle d'horloge. Il faut dire que chaque vertice ou pixel peut être traité indépendamment des autres, ce qui rend le traitement 3D fortement parallèle. Cela a quelques conséquences sur le nombre de processeurs et d'unités de calcul, ainsi que sur la hiérarchie mémoire. L'architecture doit être conçue pour pouvoir effectuer un maximum de calculs en parallèle, quitte à simplifier fortement la puissance pour des calculs séquentiels (ceux qu'effectue un processeur). Les processeurs de shaders sont donc relativement simples, sans fioritures tant utiles pour du calculs séquentiels : pas d’exécution dans le désordre, de renommage de registres, et autres techniques avancées. La hiérarchie mémoire doit aussi gérer un grand nombre d'accès mémoire simultanés : qui dit plein d'instructions en parallèle qui travaillent sur des données indépendantes dit aussi plein de données indépendantes à lire ou écrire !
 
L'architecture d'une carte grahique récente est illustrée ci-dessous. On y voit plusieurs caractèristiques typiques : un grand nombre de processeurs/ceurs, un grand nombre d'unités de calculs par coeur, et une hiérarchie mémoire assez étagée avec des mémoires locales en complément de la mémoire vidéo principale.
 
[[File:NVIDIA GPU Accelerator Block Diagram.png|centre|vignette|upright=2.0|Ce schéma illustre l'architecture d'un GPU en utilisant la terminologie NVIDIA. Comme on le voit, la carte graphique contient plusieurs cœurs de processeur distincts. Chacun d'entre eux contient plusieurs unités de calcul généralistes, appelées processeurs de threads, qui s'occupent de calculs simples (en bleu). D'autres calculs plus complexes sont pris en charge par une unité de calcul spécialisée (en rouge). Ces cœurs sont alimentés en instructions par le processeur de commandes, ici appelé ''Thread Execution Control Unit'', qui répartit les différents shaders sur chaque cœur. Enfin, on voit que chaque cœur a accès à une mémoire locale dédiée, en plus d'une mémoire vidéo partagée entre tous les cœurs.]]
 
===Un grand nombre de processeurs et d'unités de calculs===
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[[File:CPU and GPU.png|vignette|Comparaison du nombre de processeurs et de cœurs entre CPU et GPU.]]
 
Pour profiter au mieux des opportunités de parallélisme, une carte graphique contient de nombreux processeurs, qui eux-mêmes contiennent plusieurs unités de calcul. Pour profiter au mieux des opportunités de parallélisme, une carte graphique contient de nombreux processeurs, qui eux-mêmes contiennent plusieurs unités de calcul. Savoir combien de cœurs contient une carte graphique est cependant compliqué, les services marketing gardant un certain flou sur le sujet. Il n'est pas rare que ceux-ci appellent cœurs ou processeurs de simples unités de calcul, histoire de gonfler les chiffres. Et on peut généraliser à la majorité de la terminologie utilisée par les fabricants, que ce soit pour les termes ''warps processor'', ou autre, qui ne sont pas aisés à interpréter. D'ordinaire, ce qui est appelé processeur de thread sur une carte graphique correspond en réalité à une unité de calcul.
 
Vu le grand nombre d'unités de calcul, les autres circuits ne peuvent pas trop prendre de place. En conséquence, les unités de décodage et/ou de contrôle sont relativement simples, peu complexes. Leurs fonctionnalités sont limitées au strict minimum, avec cependant quelques optimisations sur les cartes graphiques récentes. On n'y retrouve pas les fioritures des CPU modernes, tant utiles pour du calculs séquentiels : pas d’exécution dans le désordre, de renommage de registres, et autres techniques avancées.
 
[[File:Cpu-gpu.svg|centre|vignette|upright=2.0|Comparaison entre l'architecture d'un processeur généraliste et d'un processeur de shaders.]]
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