6 16août2026 Les travaux d'étudiants de la promotion 1973 de l’École Normale Supérieure (Normale Sup) sont à l'origine de la production, dès 1977, d'une famille de circuits intégrés (CI) dédiés à l'affichage sur écran (à l'époque, cathodique ). Cette dépêche est consacrée à l'un d'entre eux, l'EF9365 (ou le "365" pour les intimes), qui est stricto sensu le premier GPU (excusez-du peu !) et nous verrons pourquoi. Le circuit intégré Thomson-Efcis EF9365 Contrôleur de visualisation graphique,1980 Les rédacteurs de cette dépêche collaborative remercient : Philippe Matherat, le concepteur de ce composant !
Il a eu la gentillesse de se prêter au jeu en répondant à nos questions et en apportant de nombreuses précisions et anecdotes –les citations dans la dépêche sont intégralement de sa main– ; PulkoMandy, pour son journal d’archéologie informatique sur la thèse de Jean Gastinel. Sans ce journal, cette dépêche n'aurait jamais vu le jour ; Jean-François DEL NERO, développeur de l’émulation du 365 dans Mame, pour les échanges et les apports techniques ; l'équipe de rédaction du magazine Sciences et Avenir, pour l'autorisation de publier des extraits de l'article "le Silicon labo de la rue d'Ulm", n° 455 (Janvier 1985). Sources : Sommaire Généalogie des puces EFxxxx La génèse Une question de mémoire Pourquoi cette augmentation de la capacité de la RAM à cette époque ?
Le plastique, c'est fantastique La production L'histoire industrielle du fondeur Dates de production La petite famille L'EF9364, le précurseur L'EF9365 Le NEC µPD7220 : le cousin Japonais L'EF9340 et 9341 L'EF9345, la cheap chip La suite pour ST Le génie de l'EF9365 Un vrai framebuffer La décharge du CPU pour certaines tâches Le tracé de lignes Traitements hardware sur les caractères Redimensionnement matériel (jusqu'à 16x) L'effet Italique Autres fonctionnalités et… concrètement ? Est-ce vraiment le premier GPU ? Et le libre dans tout ça ?
Le 365 a-t-il fait un flop ? Généalogie des puces EFxxxx Un GPU est un composant informatique (une puce dédiée dans les cartes graphiques des PC ou intégrée au processeur central (CPU) de votre téléphone (soc)) initialement dédiée à l'affichage d'images. D'abord limité à l'affichage 2D, il a rapidement pris le relais du CPU pour gérer les calculs parallèles de la 3D.
Aujourd'hui, cette puissance brute sert autant au traitement vidéo qu'à des domaines bien éloignés des pixels, comme le minage de cryptomonnaies ou l'IA. Cette bascule technologique a récemment propulsé nVidia, le principal acteur du marché, au sommet de l'économie mondiale. Pourtant, bien avant cette folie financière et les géants américains ou asiatiques, c'est en France qu'est née cette architecture moderne.
Cette dépêche vous propose de découvrir l'histoire du 365, le premier GPU sur puce unique. La génèse Extraits de l'article "le Silicon labo de la rue d'Ulm" de Dominique COMMIOT © Sciences et Avenir n° 455 (Janvier 1985) À gauche, Jean GASTINEL devant le bâtiment historique de l'ENS. À droite, Philippe MATHERAT et un extrait de l'article.
Philippe Matherat avait résumé ainsi le contexte de cette épopée dans l'article de PulkoMandy : Nous étions une bande de copains, élèves de l’Ecole Normale Supérieure, de la promotion 1973. L’informatique était balbutiante, les ordinateurs étaient gigantesques (un bâtiment), très rares et très chers. Personne n’envisageait qu’ils puissent être répandus et bon marché.
Les seuls écrans connus étaient ceux de la télévision. Les terminaux informatiques étaient des machines à écrire mécaniques actionnées par des relais électromécaniques. Ces terminaux étaient reliés à des gros ordinateurs distants, par une ligne téléphonique dédiée.
La fréquence d'horloge des ordinateurs les plus puissants était 12 MHz. Jean Gastinel était le seul de notre promotion qui connaissait un peu ce qui se passait aux Etats-Unis, grâce à son père : Noël Gastinel, qui était professeur à Grenoble et qui avait fait des voyages dans les universités américaines et chez IBM. Il avait fait équiper l’université de Grenoble d’un ordinateur IBM 360/68. Jean Gastinel, avec Jean-Marc Frailong et Jean-Luc Richier, ont réalisé un ordinateur 12 bits, à base de circuits MSI de Texas-Instruments, dans les années 1973-1975.
Puis Jean-Gastinel s’est lancé dans la conception du circuit d’affichage alpha-numérique, qui a été commercialisé sous le nom de SFF364 puis EF9364 (le changement de nom correspond au changement de nom de la société Sescosem en EFCIS). Cette conception a fait l’objet de sa thèse de 3è cycle. Depuis cet article, P.
Matherat a détaillé : Quand je suis entré à l’ENS en 1973, il n’y avait pas de labo d’informatique, ni d’électronique. Les disciplines (en sciences) étaient les disciplines classiques de l’université : mathématique, physique, chimie, biologie, etc. Les chercheurs et les élèves avaient accès à un "Centre de calcul", dirigé par Maurice Vallino, qui consistait en un terminal (lecteur de cartes perforée et imprimante) connecté à un ordinateur Univac de l’université d’Orsay par une ligne à 1.200 bits/s, puis plus tard équipé d’un mini-ordinateur CII Mitra 15. Nous avons eu des cours de programmation Fortran par Jacques Arsac.
Nous avions aussi accès à une formation en électronique (analogique), dans un local du labo de physique, fait par F. Lenouvel. Quand Jean Gastinel a souhaité réaliser un ordinateur, associé à J-M Frailong et J-L Richier, ils sont allés à Jussieu, à l’institut de programmation, où il y avait une équipe qui réalisait des montages électroniques, dirigée par Gérard Noguez.
Puis, ils ont souhaité continuer à l’ENS, et M. Vallino leur a cédé une petite pièce annexe du Centre de calcul, ainsi qu’un petit budget annuel de 10.000 F. C’est dans cette pièce que Jean a réalisé la maquette du 364, puis j’ai continué là avec la maquette du 365. Ce que nous appelions "maquette" était le câblage d'une émulation de la future puce à l'aide de circuits MSI existants (des centaines), afin de pouvoir tester en temps réel la conception logique.
Il n'existait aucun outil de CAO. Tout était câblé à la main, sans simulation préalable, et notre principal outil était l'oscilloscope pour vérifier les signaux. Avec des fréquences de l'ordre de quelques MHz, il nous fallait un oscilloscope haut de gamme.
Une question de mémoire Sans la capacité d'Intel à produire en masse des puces DRAM de plus en plus denses, le 365 n'aurait jamais pu exister : À la suite du 364, j’ai pensé qu’on pouvait faire du graphique : j'ai commencé cette étude en 1976, à l'occasion de mon DEA d'informatique. Il faut bien voir que ceci n’est devenu possible que grâce aux nouvelles mémoires de 4 Kbits, car un affichage 512 x 512 à 1 bit/pixel nécessite 64 boîtiers mémoires de 4 Kbits. En fait cela ne devient raisonnable qu’avec 16 boîtiers de 16 Kbits (soit 32 K octets).
Il n’était donc pas possible de faire un GPU avant ces années-là. Mon mérite a été d’avoir le flair de voir qu’une période nouvelle pouvait s’ouvrir, et que les écrans graphiques pouvaient se démocratiser. Mais utiliser 32 K octets rien que pour l'écran paraissait délirant, à une époque où la mémoire "centrale" utilisée par le CPU pour son programme et ses données ne dépassait pas 4 ou 8 K octets.
Quand à vouloir faire de la couleur avec 3 bits par pixel, là j'étais vraiment pris pour un fou. Songez qu'un adressage sur 16 bits (cas des microprocesseurs de l'époque) ne permet pas de dépasser 64 K (= 216 ). Le marché aux puces des seventies Naissance et évolution des composants DRAM Notez bien que, à l'époque, la capacité de ces mémoires s'exprime en bits (non pas en octets), et par un simple « K » : ce k majuscule vaut 1 024 bits (le kibibit actuel) et non 1 000.
Pour résumer et par exemple, il faut traduire 16K par 2 kio. Pourquoi cette augmentation de la capacité de la RAM à cette époque ? Les circuits de RAM nécessitent un très grand nombre de transistors, mais sont très répétitifs : ils coûtent donc relativement peu cher à concevoir, mais demandent une chaîne de production de semi-conducteurs de très bonne qualité.
Les fabricants de semi-conducteurs Japonais sont ceux qui vont le mieux maîtriser ce type de produit, fournissant des composants de plus en plus grande capacité à des prix écrasant la concurrence américaine. Intel ne s'en remettra qu'avec de grosses difficultés. Un autre fondeur de RAM américain, Mostek, n'y survivra pas et sera revendu à Thomson-CSF, qui rentabilisera largement son investissement en exploitant les brevets ainsi rachetés.
Le plastique, c'est fantastique En creusant le sujet de ces premières mémoires vives, on comprend qu'il y a eu une autre évolution importante : le choix du matériau pour le boîtier. Les boîtiers des premiers CI (dont la référence est préfixée par "C" ou "D") étaient en céramique : c'était coûteux mais dans les début des années 70 seul ce matériau répondait aux besoins de dissipation thermique et d'étanchéité. Au départ, les fabricants avaient du mal à stabiliser le plastique, car l'humidité finissait par s'infiltrer par capillarité le long des pattes en métal, provoquant la corrosion de la puce.
Pour protéger la puce, il lui a été ajouté une couche (au nitrure de silicium), dite "de passivation", qui permet le contact avec le plastique. Plus tard dans la décennie (à partir des puces 16K soit vers 1977), la transition vers le plastique s'opère massivement, leur référence est alors préfixée par "P". Le moulage plastique a permis de produire des puces à la chaîne à un prix dérisoire par rapport au processus artisanal du boîtier céramique multicouche.
La production L'histoire industrielle du fondeur 1969 : Création de Sescosem (Société Européenne de Semiconducteurs et de Microélectronique), filiale de Thomson-CSF. Selon Wikipedia : Thomson-CSF est le résultat de la fusion réalisée en 1968, du groupe électronique Thomson (filiale de Thomson-Brandt) et de la Compagnie générale de télégraphie sans fil (CSF). Leurs filiales dédiées aux circuits intégrés, respectivement SESCO et COSEM, sont donc fusionnées pour devenir SESCOSEM. 1976 : Sescosem devient EFCIS (Étude et Fabrication de Circuits Intégrés Spéciaux).
C'est à ce moment précis que la référence change : le SFF364 devient l'EF9364. 1983 : Thomson-CSF réorganise ses activités. EFCIS est intégrée au sein de la branche Thomson Semiconducteurs.
C'est l'époque de la grande offensive sur le marché grand public avec le Minitel et les ordinateurs (Alice, VG5000) utilisant les dérivés comme l'EF9345. 1987 : Thomson Semiconducteurs fusionne avec la branche composants de l'italien SGS (Société Générale Semiconduttori). Naissance de SGS-Thomson Microelectronics.
1998 : SGS-Thomson est renommé STMicroelectronics (ST), le nom que nous connaissons aujourd'hui : une multinationale franco-italienne de droit néerlandais. Fabrication de circuits à la COSEM source https://aconit.inria.fr/omeka/items/show/681 E. Gillet, Les transistors, ces magiciens.
Gamma Presse, 1964. Crédits photo : René Bouillot. Dates de production Chronologiquement, Sescosem ou EFCIS ne faisaient pas de tels chips pour écrans avant que les élèves de l’ENS lui en apportent : En premier, Jean Gastinel a conçu le circuit alphanumérique EF9364, de 16 lignes de 64 caractères, qui est sorti vers 1977.
Ensuite, j’ai conçu le premier chip graphique EF9365, de 512x512 pixels, qui est sorti vers 1980, avec sa variante EF9366 (balayage non-entrelacé). Le circuit 9367 est une variante du 9365, avec des performances augmentées. Les circuits du genre 9345 sont postérieurs au 9365, ils utilisent les éléments de base des circuits précédents, et ont été demandés par les concepteurs du minitel, qui sont donc des copies, variantes, des circuits conçus par les élèves de l’ENS.
Chronologie de mise sur le marché des puces EF9xxx et quelques consœurs La petite famille L'EF9364, le précurseur L'année dernière, PulkoMandy a exhumé la thèse de Jean Gastinel "Conception et intégration d'un terminal alphanumérique", qui pose avant l'heure les bases du Minitel et qui est aussi à l'origine de l'aîné de la famille : l'EF9364 est un contrôleur vidéo purement alphanumérique (affichage de 16 lignes de 64 caractères). Cette thèse est une véritable pépite pour les férus d’archéologie informatique, on y trouve notamment tous les détails sur la réalisation du CI : fig 1.10 - Dessin final des cinq masques superposés - Chapitre 1 fig 4.2 Montage des "puces", Chapitre III "Intégration du circuit "VISU" de la thèse Ce composant est prévu pour réaliser un terminal passif, sans microcontrôleur. Avant son arrivée, toute la logique vidéo des terminaux était implémentée par de la logique discrète: une centaine de puces électroniques étaient nécessaires.
Les autres composants d'un terminal, comme le modem et le contrôleur de clavier, bénéficiaient déjà de solutions intégrées. Ce composant rend donc possible la construction d'un terminal à très bas coût avec quelques dizaines de composants. Il implémente tout de même des fonctionnalités de défilement de l'affichage, de déplacement du curseur, et d'effacement partiel (tout l'écran visible, la ligne courante, depuis le curseur jusqu'à la fin de la ligne).
Ces fonctionnalités sont similaires à ce qui se fait sur les terminaux de l'époque (VT52 chez DEC, ADM-3A, …). Cependant, les générations suivantes de terminaux à partir du VT100 choisiront plutôt d'utiliser un microprocesseur. La génération des caractères proprement dit est effectuée par un composant séparé appelé générateur de caractères.
Il s'agit dans le cas le plus simple d'une ROM programmée avec une police bitmap de taille fixe. Pour les nostalgiques du rendu d'affichage alphanumérique (le seul proposé par cette puce) sur un écran de l'époque, vous pouvez essayer cool-retro-term (lien qui devrait être sponsorisé par le SNOF) Simulation d'affichage sur tube cathodique par cool retro term, à la EF9364 (alphanumérique, 64 colonnes x 16 lignes) L'EF9365 Second de la famille, c'est l'objet de notre dépêche : voir la section suivante qui lui est dédiée. Nous passons souvent sous silence le EF9366, qui est très proche du 365, mais les 2 sorties sont vraiment concomitantes.
En fait, les 9365 et 9366 sont sortis en même temps, c’est moi qui avais fait la modification qui supprime l’entrelacement (pour le 9366), car le premier client (Secapa), qui avait travaillé sur la maquette de simulation du 365, ne supportait pas le clignotement de l’affichage 512x512. Pour moi, l’intérêt était d’avoir une résolution élevée, et je conseillais d’utiliser un CRT avec des phosphores plus rémanents. Mais les CRT les moins chers (TV) avaient des phosphores rapides.
Nous passons aussi sous silence le EF9367, sorti plus tard, proche du 365 mais supportant des résolutions supérieures. Le NEC µPD7220 : le cousin Japonais Ce composant n'est pas compatible avec la série EF9365. Cependant, il a un fonctionnement assez similaire.
Commercialisé en décembre 1981, il a été développé à partir de 1979, et probablement inspiré par la présentation du travail sur le 365 au SIGGRAPH en 1978. En plus des lignes, rectanges et textes, il peut tracer des cercles, arc de cercles et autres courbes. Il est également prévu pour s'interfacer avec un contrôleur DMA, ce qui facilite l'échange de données avec le CPU de contrôle.
Le design de NEC a également été produit par Intel, qui continuera à faire évoluer cette famille de composants. C'est donc un ancêtre des GPU Intel toujours en production aujourd'hui. L'EF9340 et 9341 Ces deux composants sont au cœur des premiers modèles de Minitel, il s'agit d'une adaptation "low cost" et d'un retour au mode alphanumérique.
Ils sont conçus en 1980-1981. Les premiers prototypes du Minitel utilisent des circuits de chez TI (que l'on retrouvera également dans l'ordinateur Exelvision EXL100). Mais les modèles de production se tournent vers une solution "made in France".
Thomson EFCIS se charge de la conception de ces circuits qui sont fournis à Alcatel pour la fabrication du Minitel. Réponse à appel d'offre du Minitel mentionnant les circuits VIN et GEN : la visualisation est confiée à deux circuits spécialisés VIN et GEN, chargés des signaux de base de temps et de la synthèse des caractères. Ils sont associés à un microprocesseur, faisant du Minitel un terminal "intelligent" capable de réaliser certaines fonctions en autonomie, sans avoir besoin de communiquer chaque appui de touche du clavier au serveur central.
Ils ajoutent également un mode "semi-graphique" : il ne permet pas d'afficher des pixels, mais propose des 'briques', de 2x3 éléments, pré-dessinées dans la ROM du processeur. On économise ainsi drastiquement la RAM qui coûtait, déjà, cher… Le prix unitaire d'une RAM Intel 2107 (de 4K, soit 512 octets) était, à sa sortie en 1974, de 50 $ => avec l'inflation cumulée et la conversion, cela représente environ 295€ de 2026.
Exemple de caractères semi-graphiques autorisés par L'EF9345 Page 84 du Databook Thomson. En plus du Minitel, ces composants seront également utilisés par Philips dans les consoles Videopac Plus, ce qui sera la première étape dans la conception du VG5000 dont on reparle au chapitre suivant. L'EF9345, la cheap chip Le composant EF9345 regroupe dans une seule puce les fonctionnalités du générateur de caractères et du contrôleur de timing vidéo (GEN et VIN, qui étaient auparavant deux composants séparés).
Cette photo zoomable du cœur de silicium du composant (die shot) montre bien cet assemblage. Cela a permis de réduire le coût de production du Minitel et a également été utilisé dans quelques micro-ordinateurs personnels : l’Alice chez Matra ou le VG5000 chez Philips. Captures de US Rallye, le Gran Turismo de 1984 Ici, la puce ne sait pas ce qu'est un pixel : elle manipule une grille de caractères (25 lignes de 40 ou 80 colonnes).
Pour afficher une lettre ou un bloc de couleur (le fameux mode mosaïque), le processeur principal envoie juste un code d'un octet en RAM. C'est une ROM interne à la puce d'affichage qui se charge ensuite de traduire cet octet en points lumineux à l'écran. C’était une astuce pour économiser la mémoire, mais impossible de tracer une ligne fine ou de faire bouger un élément au pixel près : on est condamnés à déplacer des blocs rigides sur une grille fixe. Au mieux, certains caractères peuvent être redéfinis, pour afficher un logo ou une image simple.
La suite pour ST Pour ST Microelectronics, l'histoire des composants graphiques continue encore quelques années après la commercialisation de la série EF936x. Bien que les composants graphiques n'ont pas eu le volume de production de la version alphanumérique (surtout portée par le Minitel), ils ont trouvé une utilisation dans l'informatique scientifique et les appareils de mesure nécessitant la visualisation de données : spectromètres, analyseurs de spectre, ainsi que des réalisations spécifiques (cartes graphiques en kit Elektor pour machines CP/M à bus S-100). L'offre sera complétée par l'EF9369, un circuit permettant de gérer une palette de 16 couleurs parmi 4096.
Ce circuit est conçu au départ pour le micro-ordinateur Thomson TO9, mais finit par rejoindre le catalogue public de EFCIS puis de SGS-Thomson. En parallèle, SESCOSEM avait signé un contrat avec Motorola lui permettant de produire en France des composants conçus par Motorola (permettant de rassurer les acheteurs qu'il s'agissait de productions locales). SGS-Thomson se retrouve donc à produire à la fois la famille 93xx mais aussi le EF6845, le contrôleur d'écran de la famille 68xx de Motorola.
Ce contrat devait comprendre toutes les futures puces de la famille 68xx conçues par Motorola, mais cela finira mal, puisque Motorola refusera de fournir les masques nécessaires à la production du processeur 68020. En fonction des demandes de clients, de nouveaux composants sont réalisés avec des adaptations simples (changement de timings vidéo pour afficher plus de pixels) ou plus poussés. C'est le cas de la famille TS68483 (surnommé AGAC, Advanced Graphic and Alphanumeric