Je pense que le lien fondamental qui manque d'autres réponses est le suivant:
Avec un ordinateur polyvalent (par exemple un processeur), on peut le programmer pour exécuter à peu près tous les calculs que nous avons définis. Toutefois, un matériel spécialisé peut être plus performant ou ne pas offrir de valeur.
(cette réponse est axée sur le traitement de bureau et utilise des exemples de ce domaine)
Remplacement du logiciel par du matériel
Si vous êtes assez vieux pour vous souvenir des jeux sur PC du milieu à la fin des années 1990, vous vous souvenez probablement des jeux FPS comme Quake . Cela a commencé par être un "logiciel rendu", ce qui signifie que la CPU a effectué les calculs nécessaires au rendu des graphiques. Pendant ce temps, le processeur devait également effectuer le traitement des entrées, le traitement audio, le traitement de l'IA, etc. C'était très éprouvant pour les ressources du processeur. De plus, le traitement graphique n'est pas bien adapté à un processeur grand public (alors ou maintenant). Il s’agit en général d’une tâche très fortement parallèle, qui nécessite beaucoup plus de cœurs que même un processeur moderne haut de gamme (8).
Nous avons déplacé le traitement graphique du logiciel vers le matériel: entrez 3dfx Voodoo et Nvidia TNT (maintenant GeForce ). Il s’agissait de cartes graphiques spécialisées qui transféraient le traitement de la CPU au GPU. En plus de répartir la charge de travail et de disposer de davantage de ressources informatiques pour effectuer le même travail, les cartes graphiques étaient un matériel spécialisé capable de restituer des graphiques 3D beaucoup plus rapidement et avec plus de fonctionnalités que le processeur.
Avance rapide jusqu'à l'ère moderne, et des graphiques sans processeur sont nécessaires sur le bureau. Même le système d'exploitation ne peut pas fonctionner sans GPU. Il est si important que les CPU intègrent réellement les GPU maintenant. 1
Remplacement du matériel par un logiciel
À l'époque des DVD, vous pouviez installer un lecteur de DVD sur votre ordinateur de bureau. Cependant, les processeurs du jour n'étaient pas assez puissants pour décoder les flux vidéo et audio de DVD sans bégayer. Au début, une carte PCI spécialisée était nécessaire pour effectuer le décodage. Il s’agissait d’un matériel spécialisé spécialement conçu pour décoder le format DVD et rien d’autre. Tout comme avec les graphiques 3D, non seulement elle fournissait plus de ressources informatiques, mais elle était conçue sur mesure pour la tâche, ce qui rendait la lecture de DVD facile.
Les processeurs devenant de plus en plus puissants, il devint possible de décoder les DVD "dans un logiciel", ce qui signifie "sur un ordinateur à usage général". Même avec un processeur moins efficace, il disposait de suffisamment de vitesse brute et d’optimisations de pipeline pour que la lecture de DVD réponde aux attentes des utilisateurs.
Nous avons maintenant des processeurs des centaines, voire des milliers de fois plus puissants 2 que lorsque les DVD étaient introduits. Lorsque le Blu-ray est arrivé, nous n'avons jamais eu besoin de matériel spécialisé, car le matériel polyvalent était suffisamment puissant pour gérer la tâche.
Faire les deux
Les processeurs Intel modernes disposent d'instructions spécialisées pour le codage et le décodage H.264 . Cela fait partie d'une tendance où les processeurs polyvalents acquièrent des fonctions spécialisées, le tout dans la même puce. Nous n'avons pas besoin d'une carte PCI Express distincte pour décoder H.264 efficacement comme avec les DVD à un stade précoce, car les processeurs contiennent des circuits similaires.
1 GPU fait référence à un processeur spécialement conçu pour effectuer des calculs graphiques. Les anciennes cartes graphiques 2D n'étaient pas des GPU: c'étaient simplement des framebuffers avec DAC pour parler au moniteur. La différence est que les GPU contiennent des processeurs spécialisés qui excellent dans certains types de calcul et qui, avec le temps, sont désormais eux-mêmes programmables (shaders). Le matériel graphique a toujours contenu le circuit spécialisé nécessaire pour convertir les données d’un framebuffer en un format pouvant être transmis via un câble (VGA, DVI, HDMI, DisplayPort) et compris par un moniteur. Cela n’a aucune incidence sur la discussion sur le transfert des calculs à du matériel spécialisé.
2 DVD-Video est sorti en 1997, à une époque où le Pentium 2 venait également de sortir. C’était une époque où la puissance des processeurs augmentait rapidement: on pouvait envisager un nouvel ordinateur P2 avec un décodeur DVD ou l’installation d’un décodeur dans un P1 légèrement plus ancien. Comparez cela à un Core i7 de génération 6 moderne utilisant la liste MIPS de Wikipedia , et un processeur moderne est entre 590 et 1 690 fois plus rapide. Cela est dû en partie à la vitesse d'horloge, mais également au passage à plusieurs cœurs en tant que standard ainsi qu'aux processeurs modernes qui font beaucoup plus de travail par tic et par horloge. Autre fait important, à mesure que la technologie avance, Intel (qui domine le marché des ordinateurs de bureau et des serveurs x86) ajoute des instructions spécialisées pour aider à accélérer les opérations souhaitées par les utilisateurs d’ordinateurs de bureau (décodage vidéo, par exemple).