Dès le lancement de Windows 7, AMD a proposé des cartes graphiques compatibles avec DirectX 11.
La gamme Radeon HD 5000 s’est ensuite rapidement agrandie, couvrant tous les créneaux avant même le lancement de la première GeForce DirectX 11…
Cinq mois après la commercialisation des Radeon HD 5800, NVIDIA lance « prématurément » les GeForce GTX 470 et 480 qui souffrent de nombreux défauts.
Ce n’est qu’en Juillet que NVIDIA renoue avec le succès grâce aux très réussies GeForce GTX 460 qui montrent l’architecture Fermi sous un tout autre jour.
Fin 2010, alors qu’AMD se prépare à frapper un grand coup avec les nouvelles Radeon HD 6800 et 6900, NVIDIA lance par surprise les GeForce GTX 570 et 580.
En ce début d’année, NVIDIA surenchérit avec les GeForce GTX 560 Ti ! Les gammes étant récentes et complètes, c’est l’occasion idéale de faire le point...

Des cartes pour jouer !

Lorsque nous avons testé la gamme complète de Radeon HD 5000, nous avons remarqué qu’une partie des cartes n’est pas vraiment conçue pour jouer mais plutôt pour du multimédia.
En fait, seuls les modèles milieu et haut de gamme offrent des performances suffisantes pour les jeux de dernière génération.
Les constructeurs ont beau dire qu’une carte graphique « premier prix » suffit à un joueur occasionnel, ce n’est pas parce qu’on ne joue pas souvent qu’on peut se contenter d’une dizaine d’images par seconde !
Il ne faut pas non plus oublier qu’il y a jeu et jeu. Ainsi, avec des cartes graphiques récentes, un titre ancien comme Street Fighter IV (que nous n’utilisons plus pour les tests) défile à plus de 200 images par seconde en Full HD avec toutes les options au maximum tandis que Metro 2033 n’affiche qu’une vingtaine d’images par seconde.
Avec un rapport de 10 à 1, chacun comprendra que tous les jeux n’ont pas les mêmes exigences et ne sont pas à mettre dans le même panier… Nous avons donc limité le comparatif aux dernières cartes graphiques commercialisées capables de faire fonctionner les jeux les plus lourds.

Un peu de technologie...

AMD a mis à jour sa gamme de Radeon HD avec deux familles de processeurs graphiques reposant sur des architectures différentes.
Les Radeon HD 6800 font appel à une puce « Barts » tandis que les Radeon HD 6900 utilisent un chip « Cayman »

AMD Barts

Le processeur graphique Barts est une évolution économique de l’ancien haut de gamme « Cypress » qui animait les Radeon HD 5800.
Afin de le rendre moins coûteux à produire, AMD a revu le nombre d’unités de calcul à la baisse.
Ainsi, le Barts contient 14 unités SIMD contre 20 pour le Cypress. Elles conservent toutes les 16 processeurs de flux vectoriels Vect5 mais ont perdu le support de la double précision.
Le Barts garde 32 ROPS et les 4 contrôleurs mémoire 64 bits qui constituent le bus mémoire 256 bits. Les caches sont préservés dans leur intégralité.
Afin de mieux supporter une géométrie élevée, la taille du buffer de tesselation a été doublée. AMD parle d’un gain qui peut aller jusqu’à 100% par rapport au Cypress.

Ces différents aménagements ont permis de passer de 2,15 milliards de transistors sur 314 mm² pour le Cypress à 1,7 milliards de transistors sur 225 mm² pour le Barts.

AMD Cayman

Le Cayman est un nouveau processeur graphique avec une grosse différence par rapport à tous ses prédécesseurs.
Il utilise des unités de calcul de type Vect4 par opposition aux unités Vect5 utilisées dans tous les autres GPU de la marque.
La différence n’est cependant pas si importante qu’on pourrait le croire. Les unités Vect5 sont en fait de type Vect 4 + 1, en d’autres mots : 4 unités de calcul simples identiques et 1 unité pour les opérations complexes.
Cette dernière passe à la trappe. Les fonctions complexes sont à présent décomposées en opérations plus simples et distribuées sur les 4 unités.
Au niveau du rendement, il était très difficile pour le compilateur d’alimenter en parallèle toutes les unités Vect5. Il est plus facile de maintenir un haut rendement avec 4 unités identiques.
Au final, AMD passe de 20 unités SIMD avec 16 processeurs Vect5 soit « 1600 cores » pour Cypress à 24 unités SIMD composées de 16 processeurs Vect4, ce qui ne représente plus « que 1536 cores » pour le Cayman.
Avec 96 unités de texturing, les 24 unités SMID ont chacune 4 unités de texturing. Le Cypress se contentait de 80 unités de texturing.

Au niveau géométrique, le Cayman profite de deux unités de calcul (Graphic Engines sur les schémas) mais elles sont plus petites que celles des Barts et Cypress.
Le Cayman peut ainsi traiter deux triangles par cycle. De plus, il est capable de copier son buffer de tesselation dans la mémoire vidéo.

Les ROPs évoluent peu mais ont subi quelques optimisations. Les contrôleurs mémoire 64 bits ont été revus afin de fonctionner avec les modules de GDDR5 les plus rapides du marché.

Enfin, le Cayman est doté d’un contrôle de la consommation. La fonction PowerTune (activée par défaut) peut abaisser la fréquence afin de maintenir la carte à une plus faible température dans un TDP limité.
Afin de profiter d’un Cayman à sa fréquence maximale en 3D, il faut déplacer le curseur PowerTune de 0 à minimum 5. Au-delà, plus aucun gain n’est plus observé…

Le Cayman se compose de 2,64 milliards de transistors sur 389 mm². A titre indicatif, le GF100 des GeForce GTX 470 et 480 comporte 3 milliards de transistors sur 529 mm².

NVIDIA Fermi

Contrairement à AMD qui a principalement fait évoluer des GPU existants, NVIDIA a conçu l’architecture Fermi spécialement pour DirectX 11. La mise en œuvre d’une toute nouvelle architecture n’est pas une chose simple surtout quand il s’agit de fabriquer une puce de 3 milliards de transistors.
Le GF100 qui équipe les GeForce GTX 470 et 480 est un GPU novateur. En effet, par rapport aux générations précédentes, il peut être considéré comme un « Quad Core » grâce à ses 4 Raster Engines qui permettent de gérer 4 triangles par cycle.
Avant le GF100, les GPU ne débitaient qu’un triangle par cycle… Chacun des Raster Engines prend place dans un GPC (pour Graphics Processing Clusters) qui comporte 4 Streaming Multiprocessors (SM) composés de 32 processeurs de flux à présent appelés Cuda Core (soit 512 au total).
Malheureusement pour NVIDIA, TSMC n’a jamais été en mesure de produire des GF100 avec toutes les unités de calcul fonctionnelles…
Le GF104 des GeForce GTX 460 est grosso modo un demi-GF100 avec quelques corrections notamment au niveau des unités de filtrage et plus d’unités de calcul par bloc SM.
Même scénario au niveau de la production : impossible d’obtenir des GF104 avec toutes les unités fonctionnelles !

En collaborant de près avec TSMC, NVIDIA a revu les GF100 et GF104 qui sont respectivement devenus les GF110 et GF114 avec toutes les unités actives.
La disposition interne des blocs a été changée et des transistors plus économes en énergie ont remplacé des transistors hautes performances.
Le GF110 comporte 64 unités de texturing actives contre 60 fonctionnelles sur le GF100 et elles réalisent le filtrage FP16 à pleine vitesse (un bug empêchait ce mode sur le GF100).
On retrouve les GF110 dans les GeForce GTX 570 et 580 et le GF114 anime les GeForce GTX 560 Ti.

Paré pour DirectX 11 ?

NVIDIA n’y va pas par quatre chemins pour parler de révolution géométrique avec l’architecture Fermi et la tesselation revient à tours de bras. Mais qu’est-ce donc ? Pour afficher une scène, DirectX se base sur des triangles. Ainsi, une sphère est représentée par des triangles. Plus leur nombre est élevé, plus ils sont petits et plus le rendu final est « rond ». C’est ce qui s’appelle « augmenter la tesselation »… Avant l’avènement des GPU, le « T&N » (Transform and Lighting) était assuré par le processeur, ce qui limitait fortement le nombre de triangles. Les GeForce 256 ont constitué une grande avancée en transférant ces traitements du processeur central vers le processeur graphique. Mais la tesselation telle que prônée par NVIDIA aujourd’hui n’est qu’une demi-nouveauté. En effet, en 2001, ATI avait lancé la technologie propriétaire TruForm avec ses Radeon 8500 (DirectX 8). Hélas, elle n’a pas connu le succès qu’elle méritait… Aujourd’hui, la tesselation est parfaitement normalisée dans DirectX 11. Les deux captures suivantes illustrent parfaitement les possibilités de la tesselation : les canons et les boulets sont ronds, les pierres ont une forme réelle (il ne s’agit plus d’une simple texture qui fait illusion), les effets de lumière et les ombres suivent les nouvelles formes.

Le DOF ou Deapth Of Field (profondeur de champs) est un effet 3D identique à celui de la photo. Le sujet est net tandis que l’arrière plan est flou, ce qui permet de cibler l’attention. En 3D, le DOF est réalisé par des shaders et demande dans certains cas des ressources importantes notamment si d’autres effets gourmands sont déjà appliqués. On peut citer en exemple la fumée volumétrique qui remplace avantageusement la fumée en texture transparente en se comportant comme un fluide soumis à la physique. Il ne faut pas non plus oublier que l’antialiasing et l’anisotropic filtering font partie des standards dans le rendu des jeux et qu’ils s’accaparent tous une certaine quantité des ressources de la carte graphique. Poussé au maximum, le moteur graphique de Metro 2033 cumule ces nombreux effets.

Faut-il déjà s’orienter vers des cartes graphiques avec 2 Go ? Actuellement, les pilotes graphiques et les jeux sont clairement optimisés pour un maximum de 1 Go de mémoire vidéo. Lors des tests, nous avons constaté que la moyenne est de 775 Mo avec un minimum de l’ordre de 450 Mo dans Resident Evil 5 et Battle Forge et un maximum de 1015 Mo dans Metro 2033, S.T.A.L.K.E.R. et Lost Planet² (de quoi laisser libre 8 Mo de frame buffer). Les Radeon HD 6900 prennent parfois un avantage important grâce à leur 2 Go mais il n’est visible que de façon marginale : uniquement des jeux très lourds comme Metro 2033 et en très haute résolution 2560x1600 AA 4x ou en 1920x1200 AA 8x. On arrive cependant à des vitesses d’affichage trop faibles…

Configuration de test

Nous avons réalisé les tests dans un Lian Li PC-8N équipé d’un panneau latéral ajouré et d’un BS-02. Ce dernier supporte un ventilateur latéral de 120 mm qui amène de l’air extérieur au ventilateur de la carte graphique. Le boîtier comporte également un 120 mm en admission, un 120 mm en extraction et un 120 mm sur le NH-U12. Les quatre 120 mm tournent à ~800 rpm. Avec une carte graphique passive, le niveau sonore du PC de référence est de 35,8 dbA à 20 cm du centre du panneau latéral gauche. Dans tous les tests, le bruit à été mesuré au même endroit boîtier fermé.

Dans les tests, nous avons utilisé des jeux complets mais aussi des « démo/benchs » afin que nos lecteurs puissent comparer avec leur configuration. Le pilote AMD a été réglé sur Haute Qualité pour pallier les optimisations trop agressives utilisées par le réglage Qualité.

Matériel :

• Intel DP55KG
• Core i7 870
• Corsair XMS3-1600 Dominator @ 1333 MHz CL9 2 x 2 Go
• Twintech GeForce GTX 570, Twintech GeForce GTX 570, MSI N460GTX Talon Attack, Club 3D GeForce GTX 460 1 Go, HIS Radeon HD 6970, Sapphire Radeon HD 6950, Sapphire Radeon HD 6870, Gigabyte Radeon HD 6850 WindForce II, Asus GeForce GTX 260, NVIDIA GeForce 8800 GT, NVIDIA GeForce 9600 GT, Sapphire Radeon HD 4850 512 Mo
• Intel Postville 80 Go et Western Digital Caviar 640 Go
• Dell 2407WFP
• Noctua NU-U12P
• Lian Li PC-8N

Logiciels :

• Windows 7 64 bits SP1 bêta
• NVIDIA 266.58 - Catalyst 11.1a Hotfix
• Need For Speed : Shift : 1920x1200 AA 4x tout au maximum
• Batman Arkham Asylum (bench intégré au jeu) : 1920x1200 AA 4x (via les pilotes pour les Radeon) tout au maximum PhysX Medium ou off
• Mafia II (bench intégré au jeu) : 1920x1200 AA tout au maximum PhysX Medium ou off
• Crysis : 1920x1200 AA 4x Very High
• Crysis Warhead : 1920x1200 AA 4x Enthousiast
• Resident Evil 5 (Benchmark) : 1920x1200 AA 4x tout au maximum
• H.A.W.X. (Demo) : 1920x1200 AA 4x tout au maximum
• Battle Forge : 1920x1200 AA 4x tout au maximum
• Lost Planet² (Benchmark) : 1920x1200 AA 4x tout au maximum
• S.T.A.L.K.E.R. Call of Pripyat : 1920x1200 AA 4x tout au maximum
• Metro 2033 (bench intégré au jeu) : 1920x1200 AAA Very High, AF 4x, DOF

Performances

A l’issue de ces nombreux tests, la GeForce GTX 580 se hisse sur la première marche du podium sans être inquiétée par la moindre concurrente. La seconde place revient à la GeForce GTX 570 qui devance de peu la Radeon HD 6970. Un cran en dessous, les GeForce GTX 560 Ti et Radeon HD 6950 offrent des performances vraiment similaires. La Radeon HD 6870 n’a pas de concurrente directe dans la gamme NVIDIA exception faite des GeForce GTX 460 overclockées d’usine comme la MSI N460GTX Talon Attack. Enfin, en bas du classement, la Radeon HD 6850 est au coude à coude avec la GeForce GTX 460 1 Go. Malgré leur positionnement tarifaire, ces cartes s’en sortent très bien hormis dans Metro 2033 et Alien vs Predator, des jeux très gourmands et testés avec les options graphiques parmi les plus poussées.

En marge des performances, il faut souligner que les GeForce supportent les jeux avec PhysX, ce qui n’est pas le cas de Radeon. En contrepartie, ces dernières gèrent facilement plusieurs écrans là ou leurs concurrentes sont limitées à deux moniteurs. Enfin, pour ceux qui seraient tentés par les jeux en 3D stéréoscopique, NVIDIA propose ses lunettes et sa technologie d’affichage là où AMD s’en remet à des tiers…

Nuisances

Avec approximativement 36 dbA au repos, les cartes peuvent être considérées comme silencieuses. En jeu, 40 dbA est un résultat des plus satisfaisant. Il faut cependant souligner qu’au-delà, chaque décibel pèse et rend le bruit nettement plus envahissant. A 45 dbA, les cartes sont vraiment audibles… La palme de la discrétion revient à la GeForce GTX 560 Ti, suivie des GeForce GTX 570 et 580. Les Radeon HD 6000 se montrent globalement plus bruyantes. NVIDIA se classe donc non seulement en tête sur le plan des performances mais aussi au niveau du silence. Assez curieusement, les cartes équipées d’un système de refroidissement différent du modèle de référence se sont montrées plus bruyantes. C’est le cas de la MSI N460GTX Talon Attack et de la Gigabyte HD 6850 WindForce (dont les ventilateurs sans monitoring ne semblent même pas thermo régulés)… Enfin, AMD se démarque par contre avec une consommation moindre à performances équivalentes.

Conclusion

La GeForce GTX 580 est sans concurrence au moment où nous bouclons. Concilier performances de très haut niveau et discrétion a cependant un revers : avec un prix de ~450 €, la GeForce GTX 580 est de loin la plus chère... Très performante également tout en étant un peu plus silencieuse, la GeForce GTX 570 est aussi plus abordable avec un tarif de l’ordre de 330 €. La Radeon HD 6970 2 Go est proposée dans la même gamme de prix mais elle est un rien moins véloce et plus bruyante. Vendues à partir de 230 €, les GeForce GTX 560 Ti et Radeon HD 6950 sont nettement plus abordables et offrent le même niveau de performances. La GeForce GTX 560 Ti est cependant plus discrète en 3D… La Radeon HD 6870 ne bénéficie pas d’un rapport prix/performances intéressant. Vendue aux alentours de 200 € (voire plus), elle offre des performances similaires à une GeForce GTX 460 overclockée d’usine à 800 MHz (MSI, Gigabite, Asus) disponible à moins de 180 €. Enfin, les Radeon HD 6850 et GeForce GTX 460 sont comparables en termes de performances avec un léger avantage pour la Radeon au niveau du prix. Au final, tout le monde devrait trouver une carte adaptée à son budget. Les Radeon HD 6950 et GeForce GTX 560 Ti étant selon nous les modèles avec le meilleur rapport prix/performances/nuisances.

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Un grand merci à Pascal de TT-Hardware pour la réalisation de ce dossier.
A lire aussi: le guide d'achat carte graphique de Centrale3D.

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