La grande histoire des cartes graphiques AMD

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Après nous être intéressés aux cartes graphiques NVIDIA, passons à ATi (maintenant AMD). ATi, une société canadienne, a proposé des cartes graphiques dès sa naissance (en 1985) mais il s’agissait essentiellement de clones d’IBM 8514 destinés aux OEM.

En 2006, ATi a été rachetée par AMD et la marque a aujourd’hui disparu, mais ses Radeon ont survécu et AMD est devenue une des sociétés les plus importantes dans le domaine des GPU. Remontons donc le temps, en partant de la première carte du constructeur dans les années ’80 et avancer jusqu’aux dernières Radeon Polaris RX 500.

La EGA Wonder, première carte ATi

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En juillet 1987, ATi lance ses premières cartes « grand public ». Une des deux cartes est la EGA Wonder. Interfacée en ISA 8 bits, la bande passante vers le CPU est donc de 4,7 Mo/s sur un appareil à base de 8086.

La carte est — comme son nom l’indique — EGA, ce qui veut dire qu’elle est capable d’afficher 16 couleurs parmi une palette de 64 et de travailler en 640 x 350. Mieux, un mode 800 x 600, spécifique à la carte, était même disponible. La carte disposait de 256 ko de mémoire vidéo et d’un connecteur de type DE-9, dédié aux écrans de l’époque. Pour se donner une idée, une EGA Wonder valait — en 1987 — 399 dollars, soit 860 dollars actuels en adaptant la valeur à l’inflation.

La VGA Wonder : 256 couleurs !

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La VGA Wonder, sortie en même temps que la EGA Wonder, porte aussi le nom d’ATi 28800. Elle s’interfaçait en ISA et proposait 512 ko à 1 Mo de mémoire, avec la possibilité de travailler en VGA (640 x 480).

La Mach 8 a 1 Mo de mémoire

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La Mach 8, sortie en 1991, est un clone de la carte 8514/A de chez IBM. Disponible en version ISA (16 bits) ou en MCA (un bus IBM), cette carte était capable de travailler en 256 couleurs (8 bits) et proposait 512 ko ou 1 Mo de mémoire.

La carte permettait d’atteindre 1 024 x 768, mais uniquement en entrelacé, en mode progressif à 60 Hz (classique), la puce atteint 640 x 480.

La Mach 32 accélère DOS

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La Mach32, sortie en 1992, proposait une accélération des interfaces graphiques sous DOS.

Dotée d’un bus mémoire sur 64 bits, cette carte pouvait travailler en 24 bits (16 millions de couleurs) et était disponible en de multiples interfaces, dont le récent bus VLB (à l’époque).

La Mach 64, plus rapide

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La Mach64 est sortie en 1994 et elle offrait de bonnes performances en 2D, avec notamment une accélération sur « 64 bits » et un bus mémoire de la même largeur.

La Mach64 a notamment été améliorée (avec l’adjonction de fonctions 3D) pour les puces de la famille Rage. Disponible en plusieurs interfaces, la carte a été déclinée par ATi en plusieurs versions en fonction de la capacité de la mémoire (entre 1 et 8 Mo).

ATi Rage : une Mach 64 avec la 3D

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En 1995, ATi sort sa première carte « 3D », la Rage. Basée sur la partie 2D de la Mach 64 (elle est d’ailleurs connue sous le nom Mach 64 GT), cette carte est une des premières à apporter une accélération de la 3D et de la vidéo.

Les cartes ne prenaient en charge que DirectX (5.0 au mieux) et quelques API propriétaires de l’époque, ainsi qu’OpenGL dans le monde professionnel et ATi n’avait pas intégré de setup engine (les calculs étaient laissés au CPU). La carte a été vendue par ATi directement, sous le nom 3D Xpression, et elle a commencé sa carrière sous le nom Mach 64 GT avant de devenir Rage en fin de vie.

ATi Rage II : ATi passe au DVD

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En 1996, avec la Rage II, ATi améliore les choses. Plus rapide en 3D que la Rage (de 20 % environ), la carte accélère la décompression du récent format MPEG-2 (utilisé dans les DVD) et peut utiliser de la mémoire SGRAM en lieu et place de la EDO (même si les cartes d’entrée de gamme utilisent encore cette mémoire).

Notons que la carte est toujours dépourvue de setup engine (très utilisé en 3D), mais qu’elle apporte la prise en charge d’une sortie TV. Pour se donner une idée, la carte a été lancée dans sa version 4 Mo au prix de 199 dollars, l’équivalent de 310 dollars aujourd’hui.

ATi Rage Pro : enfin un setup engine, et de l’AGP

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En 1997, avec le Rage Pro, ATi apporte deux grosses nouveautés : un setup engine pour le traitement des triangles (auparavant laissé au CPU) et la prise en charge de l’AGP 2x (533 Mo/s au lieu de 133 Mo/s en PCI). La carte, très populaire, a été déclinée en énormément de versions et a même été intégrée sur des cartes mères de serveurs jusque dans les années 2000.

La Rage Pro est aussi la première à prendre en charge le motion compensation sur le format MPEG-2, ce qui permettait de lire un DVD sur une machine modeste sans carte d’accélération dédiée. La Rage Pro, dans sa version @Work (la version @Play offrait une sortie TV) valait 299 dollars avec une mémoire de 8 Mo, soit 460 dollars actuels.

Des versions moins rapides (comme la Rage IIc) et d’autres destinées aux PC portables (Rage LT) ont existé. Enfin, une version « Turbo » de la Rage Pro bénéficiait de pilotes améliorant le score sur certains benchmarks, mais ne changeant rien le reste du temps.

La famille 128 : GL, Pro et Maxx

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Pour succéder au Rage Pro, ATi a proposé la puce Rage 128, qui luttait contre les Nvidia TNT et Matrox G400. La carte est surtout connue pour ses problèmes de pilotes, qui ont suivi ATi pendant de longues années.

Les cartes de la famille Rage 128 apportaient aussi la possibilité de travailler en 32 bits dans les jeux (au prix d’une perte de vitesse) et la décompression totalement matérielle des flux MPEG-2. La Rage 128 GL est une version destinée aux joueurs, dotée de mémoire sur 128 bits, alors que la version Rage 128 VR, plus lente, se limite à 64 bits. La Rage 128 Pro, plus tard, adopte le bus AGP 4x, améliore la fréquence et ajoute quelques fonctions dont un setup engine plus rapide, la compression des textures S3TC et un TMDS pour le DVI.

Fin 1999, et pour lutter contre la GeForce 256, ATi annonce la Rage Fury MAXX, une carte dotée de deux puces en parallèle et traitant une image sur deux sur chaque puce. Les rares acheteurs de Rage Fury MAXX n’ont pas aimé le passage à Windows 2000 et Windows XP : cette carte dotée de deux puces n’en activait qu’une seule sur ces systèmes.

La Radeon vient taquiner la GeForce 256

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En 2000, ATi vient concurrencer NVIDIA et son GPU GeForce 256 avec son VPU (Visual Processing Unit) Radeon. Connue sous le nom Rage 6 puis finalement R100, la Radeon est la première carte ATi dotée d’une unité T&L.

La Radeon était destinée aux joueurs et une version moins complète, la Radeon VE, sera proposée aux professionnels, avec notamment la possibilité de travailler sur deux écrans. La Radeon est la première carte ATi à utiliser de la DDR. En 2001, ATi sort une sorte de « die shrink » du R100 (Radeon) avec le RV200, alias Radeon 7500. On gagne une plus grande fréquence et deux sorties vidéo pour un prix en diminution. La Radeon changera de nom en fin de vie, pour devenir la Radeon 7200.

À sa sortie, la version 64 Mo (en DDR) valait 399 dollars (566 dollars actuels). Un an plus tard, la Radeon 7500 64 Mo ne coûtait plus que 199 dollars (275 dollars actuels). Notons enfin qu’ATi a aussi utilisé l’architecture « R100 » dans des chipsets (les IGP 320M, 345M et 7000, notamment).

ATi passe à DirectX 8

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En 2001, ATi passe à DirectX 8 avec les Radeon 8500, alias R200. Cette carte était placée en face des GeForce 3 de NVIDIA et était même compatible avec la norme 8.1 de Microsoft.

Cette carte phare chez ATi a été renommée en Radeon 9100 après quelques années et une version moins onéreuse (et un peu moins puissante) a été proposée sous le nom Radeon 9000, alias RV250. Plus tard, une version AGP 8x de la carte, avec la puce RV280, a aussi été proposée.

La carte a été lancée au prix de 399 dollars à l’époque (550 dollars aujourd’hui) et des versions moins rapides (8500 LE) ont aussi été proposées, tout comme des IGP équipés d’une technologie comparable (Radeon 9100 IGP). La Radeon 9000 Pro, proche de la 8500 mais sortie environ un an plus tard, ne valait que 149 dollars en version 64 Mo (200 dollars actuels).

Avec le R300, ATi frappe un grand coup

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2002. ATi frappe un grand coup avec le R300, la puce de la mythique Radeon 9700. Première carte DirectX 9.0 du marché, elle sera bien plus efficace que la GeForce 5800 de NVIDIA, décevante. Une version « Pro », plus rapide, sera aussi proposée.

Cette carte est une des premières à passer à un bus sur 256 bits et offrait des performances de premier plan en 3D. La Radeon 9500, moins rapide, utilisait la même puce avec quelques fonctions en moins, alors que la 9500 Pro offrait simplement un bus sur 128 bits. En mars 2003, ATi propose la Radeon 9800, plus rapide de la 9700 Pro, une des premières cartes à adopter de la GDDR2.

La Radeon 9700, annoncée en juillet 2002, valait 399 dollars dans sa version 128 Mo, soit 543 dollars de 2017. ATi, avec ses cartes de la famille 9800, a multiplié ses références et certains constructeurs en ont profité pour modifier certaines caractéristiques, comme le bus mémoire qui passait de 256 bits à 128 bits sur certaines Radeon 9800 SE.

ATi R300, on passe en PCI-Express

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Juin 2004, le PCI-Express arrive (enfin) dans nos machines, avec des puces basées sur le R300. ATi va proposer des Radeon X300, en entrée de gamme, et des cartes X600, en milieu de gamme. Ces cartes offrent les mêmes fonctions que celles de la famille 9600 (RV350) mais avec une gravure en 130 nm low-K (X600) ou 110 nm (X300).

La X300 est la première carte ATi à proposer l’HyperMemory : la solution est simple et consiste à utiliser la mémoire centrale, accessible « rapidement » via le PCI-Express, comme mémoire vidéo en plus d’une mémoire dédiée. Les cartes ont généralement 256 Mo au total, dont seulement 128 Mo présents physiquement sur la carte. Notons enfin que la Radeon X300 ressortira en 2007 sous le nom X1050.

ATi R400, l’AGP ne meurt pas, le CrossFire arrive

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En 2004, ATi propose la carte qui va succéder aux modèles de la famille 9000. Alors que les X300 et X600 sont basés sur le R300, la Radeon X800 est basée sur le R420 et existe en AGP et en PCI-Express. Pour remplacer les X600, basée sur l’ancienne architecture, ATi a proposé la X700, une carte équipée d’une puce R420 modifiée (RV410). La société a aussi proposé deux variantes du R420 : le R430 (en 110 nm) et le R480, une version plus rapide de la puce.

Enfin, le CrossFire a été lancé avec les cartes de la famille R400, uniquement en PCI-Express bien évidemment. La Radeon X800 XT Platinum Edition, haut de gamme de l’époque, valait 499 dollars, soit environ 645 dollars actuels. Le CrossFire souffrait de beaucoup de limitations à l’époque, dont une définition maximale de 1 600 x 1 200, à cause d’une puce externe nécessaire pour la reconstitution des images, en plus de l’obligation d’acheter une carte CrossFire « maître ».

  • ATI Radeon X800 GT
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ATi lance la série 1000/R520, décevante

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Octobre 2005, ATi lance le Fudo, alias R520. Au lancement, la gamme est complète, avec trois modèles : X1300 en entrée de gamme, X1600 en milieu de gamme et X1800 en haut de gamme. Petit problème, les X1800 ne sont pas très performantes… Un peu plus tard, la société lance les X1900 et des variantes des X1300/X1600, gravées plus finement, et rattrape ses problèmes de performances.

Les cartes dérivées du R520 amènent aussi la gestion du MPEG-4 et la prise en charge des Pixel Shader 3.0. Pour information, les X1300 et X1600 sont les premières cartes à offrir le CrossFire sans liaison directe entre les cartes (en utilisant le bus PCI-Express). Et notons qu’AMD continue à soutenir activement l’AGP, avec la majorité des cartes disponibles dans cette interface, en plus du PCI-Express.

  • ATI Radeon X1950 Pro
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R600/Radeon HD 2000 : le renouveau ?

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Avec les Radeon de la famille 2000 (basée sur le R600), ATi lance des cartes résolument tournées vers la vidéo : la société intègre une puce HD Audio permettant de sortir l’audio en HDMI et un moteur de décompression capable de prendre en charge les formats HD récents, comme le H.264 ou le VC1.

Plus intéressant, la compatibilité DirectX 10 des cartes amène une architecture unifiée. Notons qu’ATi compte différemment les « processeurs de flux » par rapport à NVIDIA, la valeur en vec5 permet donc de comparer (en simplifiant) les cartes avec leur équivalent NVIDIA. Dans les fonctions, notons aussi le bus en « ring », qui est équivalent à un bus 512 bits en architecture classique, tout du moins sur le très haut de gamme. Point intéressant, certains pilotes donnent des informations sur une Radeon HD 2600 X2, une carte jamais sortie officiellement et donc dotée de deux GPU.

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Le R600 évolue, les Radeon HD 3000 arrivent

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Avec la série 3000, ATi améliore ses puces, sans gros changements : des fréquences plus élevées, une finesse de gravure améliorée et la prise en charge du PCI-Express 2.0.

C’est aussi avec les Radeon de la série 3000 qu’ATi (re)propose une carte avec deux GPU, du jamais vu depuis la Rage 128 MAXX. C’est aussi une des premières fois qu’ATi ne décline pas toute sa gamme en AGP, les cartes de ce type sont de plus en plus rares. De plus, ATi passe d’un bus 1 024 bits en anneau sur la série 2000 (512 bits dans chaque sens) à « 512 bits » (256 bits en pratique). Les cartes sont aussi compatibles DirectX 10.1, une API peu utilisée.

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Les Radeon 4000, une franche réussite

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En 2008, ATi enfonce le clou avec les Radeon de la série 4000. La gamme R700 est complète, rapide et pas très chère. Contrairement à NVIDIA qui se tourne vers le GPGPU, ATi propose une gamme dédiée à la 3D et très efficace.

Les Radeon 4000 serviront aussi de test en grandeur nature pour le passage au 40 nm, certains modèles de la gamme étant passé du 55 nm des premières cartes à cette nouvelle technologie. Comme avec les Radeon de la série 3000, ATi propose des cartes à deux GPU. ATi va aussi proposer un moteur de décompression vidéo plus efficace, le support d’OpenCL sur certains modèles et les Radeon 4000 signent le retour d’un bus mémoire classique, sur 256 bits, à la place du bus « ring » des R520 et R600.

Le passage au 40 nm se passe mal avec les Radeon 5000

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Avec Evergreen, alias R800, ATi frappe fort : les Radeon HD 5000 sont plus rapides, consomment moins et sont compatibles DirectX 11. Petit problème, le rendement en 40 nm de TSMC est faible et la société a donc du mal à fournir les cartes aux revendeurs et donc — mécaniquement — aux joueurs. B

onne idée de la nouvelle gamme, la possibilité de gérer six écrans, via des sorties en DisplayPort. Attention, même s’il y a six sorties DisplayPort, il n’y a que deux TMDS et deux RAMDAC, ce qui oblige les utilisateurs à installer des écrans DisplayPort (ou passer par des adaptateurs actifs).

Les îles du Nord

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Les Radeon HD de la série 6000 ont toutes des noms d’îles, la gamme porte le nom de Northern Island. La gamme est toujours gravée en 40 nm et la puissance varie évidemment entre les puces : un Cedar a seulement 80 unités de calcul alors qu’un Cayman XT en a 1 536.

Ce GPU a été décliné en version mobile mais a aussi été utilisé dans les APU, des puces dont nous allons parler dans la suite. À noter qu’AMD a aussi sorti une version équipée de deux GPU, sous le nom Radeon HD 6990 (Antilles XT) : ce monstre valait 700 dollars à sa sortie (760 dollars aujourd’hui, à peine le prix d’une GTX 1080 Ti). Les cartes de la famille 6000 sont majoritairement basées sur une architecture de type VLIW5, sauf pour les Radeon HD 6900, qui sont en architecture VLIW4, plus récente. Les cartes se défendaient très bien face à la concurrence.

Les îles du Sud

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Avec les Radeon HD 7000, AMD innove : une partie de la gamme est gravée en 28 nm et une partie des cartes utilise une nouvelle architecture, GCN.

Les Radeon HD 7300, 7400, 7500 et 7600 sont en fait des Radeon HD 6000 renommée (VLIW5, 40 nm) alors que les autres modèles (nom de code Southern Islands) sont en 28 nm et utilisent la nouvelle architecture. Le monstre de la famille, la Radeon HD 7990, utilise deux GPU Malta et était proposée au prix astronomique de 1 000 dollars. Les APU de la famille 7000 n’en font pas vraiment partie : ils utilisent une architecture VLIW4, comme certains GPU de la famille 6000.

Les îles de la Mer

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La gamme Radeon HD 8000 est particulière : elle ne propose pas de nouvelles cartes. Dans le monde des PC classiques, les cartes Radeon HD 8000 sont réservées aux OEM et on trouve des cartes basées sur d’antiques GPU comme le Cedar des Radeon HD 5000 mais aussi des choses plus récentes comme une Radeon HD 8990 équivalentes à une Radeon HD 7990.

Les versions mobiles suivent les mêmes choix avec différentes architectures, alors que les versions intégrées dans les APU sont toujours basées sur du VLIW4. Toute la gamme Radeon HD 8000 est donc basée sur d’anciens GPU renommés.

Les îles volcaniques

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En 2013, AMD a enfin lancé une vraie nouvelle gamme : les Radeon Rx 200. Comme souvent, il s’agit essentiellement de changement de nom : on trouve du Cedar (Radeon HD 5000) mais aussi des Radeon HD 6000 et 7000 renommées. Seules les cartes haut de gamme font partie d’une nouvelle génération, nom de code Volcanic Islands.

Les cartes R9 290 et R9 290X utilisent un GPU Hawaii et la Radeon R9 295X2 utilise deux GPU, nom de code Vesuvius. Fait notable, la carte est la première à abandonner la norme VGA, supportée depuis la fin des années ’80 chez ATi.

Les îles des Caraïbes

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En 2015, AMD lance ses Radeon Rx 3xx. Comme d’habitude, la grande majorité de la gamme reprend des GPU déjà utilisés auparavant, et seuls les modèles haut de gamme – c’est-à-dire les Radeon R9 Fury, Fury X et Nano – bénéficient d’un nouveau GPU : le Fiji.

C’est le seul véritable représentant de la gamme de GPU « Caribbean Islands ». Avec 8,9 milliards de transistors, 4096 Stream Processors, 256 unités de texture et 64 ROP, il s’agit d’un GPU très performant. Malheureusement, encore gravé en 28 nm, il souffre d’une consommation excessive.

Avec le Fiji, et donc les Radeon R9 Nano et Fury (X), AMD utilise pour la première fois de la mémoire HBM (High Bandwidth Memory). En empilant les dies de mémoire et en les plaçant directement à côté du GPU, sur un interposer, on bénéficie d’une bande passante de 512 Go/s sur la Fury X.

Polaris, la bonne étoile

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En 2016, AMD, comme Nvidia, peut enfin profiter d’une nouvelle gravure en 14 nm. Très attendue, après le relatif échec de Fiji, la nouvelle architecture Polaris débarque sous la forme de la Radeon RX 480. Les attentes ne sont pas tout à fait satisfaites puisque la RX 480 n’est qu’une carte de milieu de gamme.

Le GPU Polaris 10 compte 2304 Stream processors, 144 unités de texture et 32 ROP, à une fréquence nominale de 1120 MHz pouvant monter à 1266 MHz. Pour la mémoire, AMD a laissé de côté la HBM pour revenir à 4 ou 8 Go de GDDR5 sur un bus 256 bits. Cette carte offre un bon rendement, au niveau des GeForce GTX 900. Malheureusement, elle est surclassée par les GTX 1000.

Après la RX 480, AMD a lancé une Radeon RX 470 et une RX 460, cette dernière possédant un GPU plus petit, le Polaris 11. Le Polaris a aussi servi de base à des Radeon RX mobiles, qui ont pris la relève bien méritée des Radeon HD 8000M.

RX 500, les Radeon bouche-trou

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Après la Radeon RX 480 de milieu de gamme, on s’attendait à voir arriver des déclinaisons plus rapides, capables de concurrencer les GeForce haut de gamme. Peine perdue ! Pour meubler en attendant l’arrivée de sa prochaine architecture – les Radeon Vega – AMD n’a rien trouvé de mieux que de sortir une Radeon RX 580, simple RX 480 overclockée.

Des RX 570, RX 560, RX 550 sont aussi apparues, toutes légères variations des RX 400. La RX 560 est la plus « nouvelle » du lot, puisqu’elle bénéficie d’un GPU Polaris 11 complet, à 1024 Stream Processors, au lieu de la version castrée à 896 processeurs de flux.

Les APU

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Si AMD a proposé pendant quelques années des chipsets avec un GPU intégré, c’est évidemment avec les APU, dès 2011, que le concept a été complet. La première génération d’APU intégrait un coeur CPU d’entrée de gamme (Bobcat) et un GPU VLIW5 (Evergreen) de type Radeon HD 6000 avec assez peu d’unités.

La deuxième génération avait des GPU portant le nom Radeon HD 7000 mais utilisait une architecture de type VLIW4, vue essentiellement dans certaines Radeon HD 6000. La troisième génération d’APU (Richland) utilise toujours des GPU VLIW4 (Terascale 3), renommés en Radeon HD 8000.

Les APU lancés en 2014, c’est à dire les Kabini, Kaveri, Temash, Beema et autre Mullins, embarquent quant à eux des GPU d’architecture GCN (Graphics Core Next), baptisés Radeon HD 8000, R2, R3, R4, R5, R6 ou R7 selon les modèles. Les Carrizo, de 2015, ont aussi un GPU GCN (R2, R3, R4, R5 ou R6, selon les modèles). On attend désormais beaucoup de APU Raven Ridge basés sur des CPU Zen et des GPU Vega.

La grande saga All in Wonder

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Avant de terminer, parlons de la mythique série des All In Wonder : les cartes de cette gamme étaient dédiées aux utilisateurs aimant la vidéo et elles ont donc été équipées de puces d’entrées/sorties.

Apparue en 1996 avec une puce Rage II+, la gamme a survécu jusqu’en 2008 avec une Radeon HD 3650. Notons qu’AMD a même sorti une carte dotée d’une prise FireWire 400, un peu à la manière de certaines cartes son Creative, qui posait des problèmes sur beaucoup de cartes mères incapables de séparer l’AGP du PCI.

Dans les consoles

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Pour terminer, intéressons-nous au monde des consoles. En effet, ATi a racheté (en 2001) la société ArtX, qui travaillait sur la puce du GameCube, puce qui a été à la base de la Radeon 9700.

Plus tard, ATi a équipé la Wii et la Xbox 360. Les puces intègrent toutes de la mémoire eDRAM, interfacées sur un bus très large et offrant une énorme bande passante, mais avec une capacité limitée. Rappelons que NVIDIA équipe par ailleurs la première Xbox et la PlayStation 3, sans oublier la fameuse Gizmondo.

Dans les consoles modernes

Image 31 : La grande histoire des cartes graphiques AMD

Dans les consoles modernes, AMD a tiré son épingle du jeu : la société équipe presque toutes les consoles du moment. Dans la Wii U de Nintendo, c’est une puce dont le nom de code est Latte, équipée de 320 unités de calcul et de 32 Mo de mémoire eDRAM, comme dans le GameCube et la Wii.

Dans la PlayStation 4 et la Xbox One, AMD fournit le même GPU — intégré avec le processeur — mais la configuration n’est pas la même. La Xbox One utilise un Durango, équipé de 768 unités de calcul à 850 MHz et accompagné de 32 Mo de mémoire eSRAM ainsi que d’une mémoire partagée à base de DDR3. Le Liverpool de la PlayStation 4 est équipé de 1 152 unités de calcul à 800 MHz et n’utilise que de la mémoire partagée, de la GDDR5 plus rapide que la DDR3 de la Xbox One. La PS4 Pro reçoit un GPU Liverpool doublé et capable de pousser jusqu’à 933 MHz, mais son architecture reste identique. La future Xbox Scorpio va continuer cette heureuse tradition en intégrant – a priori – un GPU d’architecture Polaris.

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