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Lors d'un évènement presse organisé la semaine passée, AMD a dévoilé quelques nouveautés à venir concernant les sorties vidéos de ses GPU. Au menu : le support du HDR et de FreeSync via HDMI pour les GPU actuels ainsi que l'arrivée du HDMI 2.0a et du DisplayPort 1.3 avec de futurs GPU.

Avec les pilotes Crimson Edition, AMD a fait évoluer FreeSync, son implémentation de la fréquence de rafraîchissement variable qui permet de fluidifier l'image dans le cadre du jeu vidéo. AMD a ainsi fait évoluer son algorithme en y ajoutant une composante LFC qui permet de maintenir la fluidité à faible niveau de FPS, mais uniquement sur une partie des écrans, ceux dont la plage de variation de la fréquence de rafraîchissement est suffisamment large (au moins 2.5x la fréquence minimale).

Ce problème qualitatif étant résolu, AMD se penche dorénavant sur la généralisation du support de FreeSync avec tout d'abord l'arrivée d'un premier portable compatible : le Y700 de Lenovo qui combine un APU FX-8800P et une Radeon R9 M380. Il s'agit cependant d'une exclusivité Best Buy pour les Etats-Unis et son écran 15.6" 1080p doit se contenter d'une plage de variation limitée à 40-60 Hz.


A partir de début 2016, AMD apportera le support de FreeSync à travers la connectique HDMI. Contrairement au DisplayPort, le HDMI ne propose pas encore la fréquence de rafraîchissement variable de manière standardisée. Par conséquent, AMD a recours à une extension propriétaire de la norme, ce qui implique que seules les Radeon et les écrans pour lesquels les fabricants ont travaillé avec AMD pourront supporter FreeSync via cette connectique. AMD envisage d'ouvrir éventuellement son extension au reste de l'industrie mais entend garder le contrôle sur celle-ci.

L'intérêt de FreeSync via HDMI est de pouvoir proposer son support sur plus d'écrans, en particulier les modèles 1080p bon marchés. Plusieurs fabricants de contrôleurs ont accepté de travailler avec AMD pour intégrer ce support (Mstar, Novatek, Realtek) et une dizaine d'écrans sont déjà en préparation, principalement chez Samsung. Un support qui permettra également à certains portables (dont le GPU AMD pilote la sortie vidéo) de profiter de FreeSync sur un écran externe.


Ensuite, AMD misera en 2016 sur le HDR ou High Dynamic Range pour des images plus lumineuses, avec des couleurs plus fidèles. Comme vous le savez probablement, les jeux récents sont en général rendus en HDR avant qu'un algorithme de tone mapping transforme le tout en une image SDR affichable par nos écrans classiques. Ce n'est bien entendu pas idéal mais faute de mieux cela permettait de bénéficier en partie des avantages du HDR.


Cela va changer en 2016 avec l'arrivée progressive de TV et de moniteurs capables d'afficher des images HDR, plus fidèles et plus vives. Pour cela ces écrans devront proposer une luminosité supérieure (de 1000 à 2000 cd/m² pour les LCD et de 500 à 1000 cd/m² pour les OLED) et supporter un espace de couleurs étendu (BT.2020) avec un encodage 10-bit ou 12-bit adapté à ces nouvelles capacités (ST 2084 PQ).


AMD travaille d'ores et déjà avec certains développeurs de jeux vidéo de manière à ce qu'ils supportent ce mode d'affichage et implémentent un nouvel algorithme de tone mapping adapté aux spécificités du HDR "natif". Le gain qualitatif peut être énorme comme nous avons pu le voir sur certaines démonstrations, notamment à base de vidéos.

AMD précise que la collaboration de Microsoft sera également nécessaire pour profiter pleinement du HDR, Windows 10 n'étant actuellement pas compatible. Il est possible de passer outre la gestion des couleurs de Windows en mode plein écran exclusif, mais une mise à jour de son sous-système graphique sera nécessaire pour pouvoir combiner correctement des contenus HDR et SDR.



Certaines Radeon actuelles gagneront ce support en 2016 via une mise à jour des pilotes, AMD parle des R9 300 sans donner plus de détails au niveau du matériel compatible (quid des R9 200 ? des R7 300 ?) mais en précisant qu'il s'agira de HDR 10-bit en 1080p 120 Hz, 1440p 60 Hz ou 4K 30 Hz, autant via HDMI 1.4b que via DP 1.2.


Pour aller plus loin, et il s'agit du dernier point abordé par AMD, il faudra attendre l'arrivée de sa prochaine génération de GPU, prévue pour mi-2016. Au-delà du jeu vidéo, ces futures graphiques seront adaptées également au décodage de vidéo HDR et pourront supporter du HDR 10-bit en 4K 60 Hz grâce au support d'une connectique plus moderne.

AMD annonce ainsi l'arrivée du HDMI 2.0a (enfin puisque cette norme est supportée depuis plus d'un an par Nvidia !) et du DisplayPort 1.3, en précisant que les GPU Radeon de 2016 représenteront la première architecture mobile compatible avec ce standard. Des mots choisis prudemment et qui laissent penser que des cartes graphiques concurrentes pourraient le supporter avant sur PC de bureau.


Ces futurs GPU AMD supporteront évidemment le mode HBR3 du DP 1.3 qui offre jusqu'à 32.4 Gbps de bande passante. De quoi supporter la 4K jusqu'à 120 Hz (et donc FreeSync avec LFC) avec un seul connecteur ou encore des écrans 5K en 60 Hz (5120x2880).

AMD, et plus particulièrement le Radeon Technology Group, semble avoir décidé de rendre plus d'importance à la connectique et aux technologies d'affichage, un avantage traditionnel des Radeon qui avait été quelque peu délaissé dernièrement. De notre côté nous attendons avec impatience l'arrivée d'un écosystème HDR complet tant les premières démonstrations sont prometteuses avec un réel saut qualitatif, bien plus intéressant que le passage à une résolution supérieure.

Vous retrouverez la présentation complète ci-dessous :

Lors de notre test de Skylake, nous avions pu publier quelques détails sur le fonctionnement de son architecture graphique. L'IDF a cependant été l'occasion d'obtenir quelques précisions supplémentaires que nous allons essayer de vous détailler. En pratique la grande majorité des modifications a surtout un impact sur la consommation, et non sur les performances comme l'ont montrés nos tests pratiques.

Architecture

De haut niveau, la génération graphique 9 de Skylake est assez proche de celle de Broadwell. Comme nous l'indiquions à l'époque on retrouve les mêmes concepts de « slices » et d'EU. C'est à l'intérieur de ces unités que l'on retrouve les changements.

On notera au niveau de la gestion de la géométrie que toute la partie tessellation a été optimisée pour tenter de diminuer au maximum la génération de géométrie inutile (et donc améliorer les performances).


Au niveau du rasterizer on note quelques changements. Côté anti-aliasing un mode MSAA x16 apparait, tandis que les modes inférieurs gagnent en performance et l'on note l'augmentation de la taille du L3 graphique (qui passe de 512 Ko à 768 Ko). La compression ne se limite pas aux buffers de couleurs, mais s'applique également aux Render Target, une compression sans pertes est disponible (jusqu'a un ratio de 2:1) qui permet de réduire l'impact sur la mémoire et le cache. Un changement qui permet de réduire la consommation, et d'augmenter un petit peu les performances.

On notera enfin quelques petits changements qui visent plus précisément l'aspect « compute » avec une amélioration des performance de la gestion de la cohérence du cache et de nouvelles instructions atomiques (pour un élément, a l'inverse des instructions vectorielles qui s'appliquent a plusieurs éléments à la fois).

QuickSync et media

Nous avions dans notre test noté le saut de qualité offert par QuickSync en ce qui concerne l'encodage vidéo H.264. La raison principale de ce changement semble être l'ajout d'une gestion de l'adaptative rate control pour relancer l'encodage de frames jugées comme mal encodées après coup. Au delà de l'amélioration de qualité, nous avons noté que sur les transitions de scènes (hors I-Frame), Broadwell et Skylake se distinguent largement des architectures Intel précédentes, ce qui peut être lié à ce changement.


Cette amélioration nette de la qualité d'encodage n'est cependant pas le seul changement apporté. En pratique le GPU de Skylake inclut trois blocs pour ces traitements, un dédiée à l'encodage/décodage (MFX), un aux traitements vidéos (VQE), et un nouveau bloc pour les conversions de formats vidéo (changement d'espaces de couleur) et de scaling (SFC).

Du côté du MFX la plus grosse nouveauté concerne l'arrivée du décodage et de l'encodage du format H.265/HEVC 8 bit (le profil main). Intel confirme que pour l'instant, le HEVC 10 bit n'est pas décodé par le MFX, une accélération « GPU » est annoncée mais elle n'est pas transparente comme l'accélération DXVA des autres formats. Intel a également ajouté un encodage des formats JPEG et MJPEG, des formats triviaux à encoder pour le processeur, le but étant surtout de réduire la consommation via des unités fixes.


C'est d'ailleurs l'autre nouveauté que l'on retrouve au niveau de l'encodage H.264/AVC, Intel a ajouté des unités fixes pour réaliser un encodage temps réel (FF Mode). Le but de ce mode alternatif est de proposer un encodage d'une qualité un peu inférieure, mais avec un débit et un temps de compression prévisible.


Nous avons pu voir une démo sous Starcraft II, ou l'on pouvait noter une qualité en dessous de ce que l'on obtient via le mode classique, mais tout à fait suffisante pour streamer en temps réel une partie en ligne avec un impact minimal sur la consommation et les performances CPU.

Du côté du VQE, c'est le traitement des formats RAW qui est accéléré avec les opérations de correction de balance des blancs, conversions d'espace colorimétrique et correction de gamma nottament. Des traitements qui peuvent s'appliquer non seulement aux photos, mais également aux vidéos RAW en provenance de DSLR/caméras vidéos 4K.


Enfin, le SFC est une nouveauté, c'est lui qui permet la gestion de ce que Microsoft appelle le mode Multi Plane qui permet d'afficher les vidéos en limitant au maximum les interactions avec la mémoire en accélérant en temps réel les opérations de scaling et conversions de couleurs. Les vidéos décodés sont ainsi adaptées directement à l'écran sans avoir besoin de passer par la mémoire centrale ou un cache pour traitement. Une fonctionnalité qui est également implémentée par AMD dans ses APU Carrizo pour rappel.

Système d'affichage

De ce côté Intel a effectué plusieurs remises à niveau de sa plateforme, en supprimant la liaison FDI entre le CPU et le chipset et en supprimant dans ce dernier la gestion des sorties analogiques VGA. Aujourd'hui, si l'on souhaite ajouter à sa carte mère Skylake une sortie VGA, il faudra rajouter une puce pour convertir le signal numérique en analogique, ce qui explique la rareté des sorties VGA sur beaucoup de cartes mères annoncées par les constructeurs, là ou elles étaient pléthoriques dans les gammes Z87/Z97 !

On retrouve toujours à l'intérieur trois « display pipe » qui peuvent être utilisées en simultané pour gérer jusque trois écrans. En pratique chaque pipe est capable de « composer » les images à partir de plusieurs plans (4 dans Skylake, une nouveauté). Typiquement en plus d'un fond fixe, on peut avoir une ou plusieurs vidéos, ainsi qu'un plan dédié en général à l'affichage du curseur de souris. Les pipes composent ainsi indépendamment jusque trois images. Ces sorties sont enfin multiplexées vers les trois sorties DDI, qui s'occupent de convertir les images générées vers le format de sortie (DisplayPort ou HDMI).


Avec Skylake l'autre nouveauté principale est qu'il est désormais possible d'atteindre le 4K 60 Hz pour les versions desktop. Comme nous l'avions indiqué à l'époque, Intel ne gère pas le HDMI 2.0, même s'il est possible en théorie de convertir la sortie d'un port DP 1.2 vers le HDMI 2.0. Plusieurs cartes mères Z170 avaient été annoncées avec ce support mais comme nous l'avons vu chez Gigabyte, l'annonce de ce support a été retirée des spécifications même si le convertisseur est bien présent sur la carte, sans que l'on sache s'il s'agit d'un problème de firmware ou d'autre chose.


Notez que le support diffère sur les modèles U (15W) et Y (4.5W) ou le constructeur limite la résolution maximale pour limiter la consommation. On note avec attention que certains modes sont autorisés uniquement si l'OEM propose un refroidissement suffisant.


On notera enfin qu'en ce qui concerne l'affichage, Intel a indiqué être prêt à adopter l'extension « adaptive sync » de la norme DisplayPort. Cette extension qui permet de faire varier le taux de rafraichissement à la volée avait été développée pour rappel par AMD. On ne sait pas quand, ni avec quels iGPU l'adaptive sync pourrait être supporté par Intel. Théoriquement le support de la version eDP semble être présent depuis Broadwell mais rien ne dit que cela puisse s'appliquer aux DDI qui gèrent les sorties DP actuellement dans Broadwell et Skylake.

En marge du Computex, Intel a annoncé que la prochaine version de sa norme propriétaire Thunderbolt (version 3) utilisera un connecteur que l'on connait bien : l'USB Type-C. Pour rappel, l'USB Type-C est un nouveau type de connecteur USB qui a la particularité d'être réversible.

Introduit au milieu de l'USB 3.1 (voir notre article), le connecteur Type-C est vu par ses concepteurs de l'USB-IF comme le futur connecteur unique de nos machines. Pour cela, les câbles et connecteurs sont très polyvalents, taillés pour le futur en termes de bande passante (ils permettent de transférer jusque 40 Gb/s via quatre canaux 10 Gb/s unidirectionnels indépendants, quand l'USB 3.1 n'en requiert que 20 au maximum) et déportent la question de « qui fait quoi » du matériel (des formes de connecteurs différentes qui ne rentrent pas partout) au logiciel (via une négociation de protocole).

Un slide pour le moins curieux ou Intel mélange des débits dans un sens dans le cas de l'USB 3.0 et 3.1, et des débits dans les deux sens pour Thunderbolt 2 et 3
Cet aspect universel se traduit en pratique par la capacité de l'USB Type-C de servir pour alimenter les périphériques (dans les deux sens) via l'USB Power Delivery, mais aussi de faire transiter d'autres choses que l'USB, comme par exemple des signaux vidéos. Ainsi, on a vu en septembre dernier l'annonce de DisplayPort qui utilisera lui aussi l'USB Type-C à l'avenir. Dans le cas de DisplayPort, on peut ainsi utiliser les quatre canaux présents dans les connecteurs Type-C, ou n'en utiliser que deux par exemple pour faire transiter en parallèle un signal USB.


L'annonce d'Intel aujourd'hui doit être vue dans la lignée de celle de DisplayPort même si tous ces standards sont interconnectés. De manière simple, Thunderbolt est un protocole qui permet de déporter des lignes PCI Express d'un endroit vers un autre. Intel n'avait pas simplifié les choses en utilisant (sans prévenir au préalable VESA) le connecteur Mini-DP pour ses versions précédentes de Thunderbolt. Un manque de courtoisie qui avait déplu aussi bien à VESA qu'a l'USB-IF qui ont trouvé avec l'USB Type-C une solution simple : autoriser des protocoles alternatifs pour rendre le standard extensible tout en gardant un contrôle sur ce qui se passe. En pratique, Thunderbolt 3 ne fait « que » ajouter le transfert de données PCI Express à l'USB Type-C via « l'alternate mode » autorisé cette fois ci explicitement par l'USB-IF.


Techniquement Intel utilisera dans un premier temps des câbles passifs limitant son débit à 20 Gb/s (total), des câbles actifs seront requis pour atteindre les 40 Gb/s, on l'imagine en utilisant cette fois ci les quatre canaux de données 10 Gb/s présents dans le connecteur (à la manière de ce que fait DisplayPort). La présentation d'Intel n'est cependant pas très claire sur la raison de la nécessité d'utiliser des câbles actifs dans ce cas, DisplayPort utilise déjà les quatre canaux de données des câbles Type-C avec des câbles passifs pour rappel. L'utilisation de câbles actifs qui plus est supprimera la possibilité de faire transiter des données DisplayPort mais garde, l'USB-IF l'y oblige, la possibilité de faire transiter l'USB 3.1. Un flou qui n'est pas dissipé par la présentation très marketing d'Intel mais il semble que dans le cas de câbles actifs, Intel « retourne » le problème en utilisant lui-même les quatre canaux et en encapsulant à l'intérieur les paquets USB 3.1 (à l'opposée de l'utilisation de canaux séparés dans le mode passif). On en saura probablement un peu sur le fonctionnement technique d'ici au lancement du produit, la marque devrait introduire ses contrôleurs Thunderbolt 3 autour du lancement de ses plateformes Skylake avant la fin de l'année.


Reste à voir en pratique ce que fera Intel côté licence pour la prochaine version de Thunderbolt. L'annonce d'un standard propriétaire qui s'accole à l'USB n'est pas sans aller à l'encontre de l'aspect d'universalité que l'on attend de l'USB. En acceptant un niveau de segmentation de plus – pour un protocole standard et utile, le PCI Express, mais sous une forme propriétaire via Thunderbolt - l'USB-IF s'éloigne quelque peu de sa vocation. L'aspect quasi confidentiel de Thunderbolt réduira évidemment le problème, seuls les futurs périphériques Thunderbolt 3 requerront des ports USB Type-C « spécifiques » compatibles Thunderbolt sur les machines (reconnaissables d'après la présentation d'Intel par un logo Thunderbolt… qui n'est pas sans évoquer pour les non-initiés l'idée de chargement électrique - et donc l'USB-PD - plus que d'un protocole PCI Express !). A moins d'un changement drastique autour de sa stratégie de licence, Thunderbolt en version 3 devrait rester tout aussi confidentiel que ses versions précédentes.

Après l'annonce de DisplayPort 1.3 et de son interopérabilité avec l'USB Type-C en septembre dernier, le comité VESA vient d'annoncer la nouvelle version de sa spécification Embedded DisplayPort (eDP), en version 1.4a. Pour rappel, l'eDP est une version de DisplayPort destinée aux usages embarqués. Le standard définit par exemple comment communiquer avec une dalle LCD dans un PC portable, ou dans une machine « tout en un ».

En pratique, eDP 1.4a apporte une remise à niveau du standard par rapport à la version câblée DisplayPort 1.3, le changement principal étant l'arrivée du mode de communication High Bit Rate 3 (HBR3) qui propose un débit par ligne de 8.1 Gbps.

On retrouve cependant deux nouveautés qui ne sont pas présentes dans le standard DP 1.3. La première concerne la compression des données. Le transfert des données entre PC et écran se fait de manière brute dans les standards actuels, l'idée d'appliquer une compression peut être alléchante sur le papier. Dans ce but, VESA avait annoncé en avril dernier Display Stream Compression (DSC), un algorithme de compression quasi sans-pertes.

Il ne s'agit pas réellement d'une compression sans perte, mais d'une compression décrite par VESA (voir ce PDF ) comme « sans perte visuelle ». En pratique, il s'agit d'une compression à bitrate constant développée spécifiquement pour l'occasion et qui utilise entre autre un concept d'historique des couleurs indexées (voir ce brevet  de Broadcom). La performance de l'algorithme est décrite comme n'étant pas distinguable visuellement par rapport à l'original, ou quasiment, lorsque testé à 8 bits par pixels. On attendra de voir le résultat en pratique pour juger réellement du résultat. Le cumul du mode HSB3 et de la compression DSC permet sur le papier de piloter des écrans 8K.

L'autre nouveauté concerne l'arrivée d'un mode dit Multi-SST (Multi Single Stream Transport). Proposée par Samsung d'après le communiqué de presse, la fonctionnalité permet de découper l'accès à une dalle en segments, pour chacun des canaux eDP.


La dalle est ainsi découpée en segments qui sont chacun pilotés par leur propre contrôleur, ce qui simplifie grandement leur implémentation pour les hautes résolutions (l'iMac 5K d'Apple utilise à contrario un contrôleur de timings unique pour toute la dalle, développé spécifiquement pour l'occasion).

D'autres améliorations ont été apportées à des fonctionnalités existantes comme le Panel Self Refresh qui permet de ne rafraichir que certaines zones de l'écran, même si aucun détail technique n'est annoncé.

Si le standard est annoncé aujourd'hui, VESA indique que les premiers systèmes utilisant eDP 1.4a devraient voir le jour en 2016.

Bien caché dans un coin du stand du consortium VESA dédié au DisplayPort, nous avons pu apercevoir un prototype d'adaptateur capable de convertir le signal DisplayPort 1.2 vers du HDMI 2.0. Proposé par BizLink, qui était également le premier sur le hub DisplayPort, il s'agit d'un câble-adaptateur actif mais qui n'a pas besoin d'alimentation externe.

Pour prouver qu'il était bien fonctionnel, une démonstration connectait une TV 4K 60 Hz en HDMI 2.0 à un Mac Pro, équipé de FirePros incompatibles avec cette connectique. Il s'agissait bien d'un format de type 24-bits par pixel, sans réduction de la qualité, mais probablement sans HDCP 2.2. Nous ne savons pas si la commercialisation est prévue, et si c'est le cas quand elle devrait intervenir, mais techniquement cette conversion semble donc être possible.