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PC - Tarjeta gráfica
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La tarjeta gráfica o tarjeta de vídeo es una tarjeta de circuito impreso encargada de
transformar las señales eléctricas que llegan desde el microprocesador en información
representable por el monitor del ordenador.
Llevan un chip GPU (Graphic processor Unit) especializado en operaciones gráficas e incluso un
procesador de apoyo para poder realizar operaciones gráficas con la máxima eficiencia
posible, así como memoria para almacenar tanto la imagen como otros datos que se usan en esas
operaciones. Algunas tarjetas profesionales cuentan con varias GPUs con capacidad de trabajar en paralelo
y/o dar salida de imagen por varios monitores.
Originalmente los circuitos encargados de canalizar la imagen eran muy sencillos e incluso en equipos
basados en tarjetas podían estar situados en cualquier lugar.
En los primeros ordenadores domésticos los chips de video solían ir integrados en la placa
madre.
Las primeras tarjetas que ampliaron la funcionalidad gráfica del ordenador solían ser tarjetas que
añadían un modo de texto de 80x24 u 80x25 caracteres, principalmente para ejecutar "soft
CP/M -Control Program/Monitor" (como las de los Apple II y Spectravideo SVI-328). Pese a no ser tajetas
gráficas, junto con las tarjetas que añadían un modulador de TV fueron las primeras en
recibir el término tarjeta de video.
La auténtica revolución gráfica fue en el sector tridimensional, el 3D, donde se
necesitan potencias de cálculo muy superiores que el procesador central no puede soportar.
Fundamentalmente, lo que hace un chip 3D es quitar la labor al procesador de generar los triángulos
y el relleno de texturas, haciendo que la tarjeta gráfica lo haga sola. Con esto, se obtiene una mejora
relevante en lo que se refiere a la velocidad y además se han incorporado multitud de efectos
fáciles de usar por los programadores que mejoran sustancialmente la calidad de los gráficos.
Las primeras tarjetas con 3D para el mercado de consumo fueron aquellas Diamond Edge 3D, 3D Blaster, o la S3
Virge, las que no eran demasiado rápidas.
La decisión de elegir un chip u otro es bastante compleja. Dentro del campo 2D, gracias al
estándar VESA (Video Electronics Standards Association), todas las tarjetas son compatibles entre
sí. Sin embargo, en los chips 3D (o la parte 3D de los chips 2D/3D), existen incompatibilidades,
puesto que no todos contienen las mismas instrucciones.
Por ello, se han creado APIs (Application Programming Interface - Interfaz de Programación de
Aplicaciones), que consiguen solucionar estos problemas. Éstos son el DirectX de Microsoft (el componente
Direct 3D en concreto) y el OpenGL de Silicon Graphics.
La tarjeta gráfica es hoy en día el componente más caro de un PC y es
también el que más rápidamente queda obsoleto. Una tarjeta gráfica
difícilmente podrá mantenerse más de dos años, al menos si queremos disfrutar de los
últimos logros técnicos. Cualquier tarjeta es capaz de manejar el sistema operativo
(MS Windows), aplicaciones de oficina y video con soltura, únicamente las aplicaciones en 3D
(como pueden ser videojuegos) exigen un mayor rendimiento gráfico y mantener siempre actualizado
este componente.
Debe tenerse en cuenta que de nada sirve una tarjeta capaz de representar resoluciones de 1600x1200 pixel
si nuestro monitor no sobrepasa los 1280x1024 o 80 fps (Frames Per Second - imágenes por segundo) cuando
el ojo es incapaz de percibir más de 24 (se recomienda 35 fps como ideal para objetos moviles).
Dada la constante evolución del mercado tanto a nivel de harware como de software, en cualquier
caso se hace necesario actualizar la tarjeta periódicamente.
Componentes de las tarjetas gráficas
El rendimiento y calidad de imagen que ofrece una tarjeta gráfica depende de múltiples
factores.
- GPU - Graphic processor Unit
- Memoria
- Core clock y memory clock
- Pipelines
- Fillrate
GPU
Este es el corazón de la tarjeta, equivalente al procesador del ordenador.
Con cada nueva generación aumenta el número de millones de transistores incluidos en este
chip, disminuye su tamaño y se amplían y mejoran los algorítmos de cálculo
que soportan.
La arquitectura y diseño de la GPU explican el rendimiento de una tarjeta. Sobre la base de una
misma GPU, los fabricantes de tarjetas gráficas presentan múltiples configuraciones
(cantidad de memoria empleada, distintas velocidades de proceso, etc.) que cubren un amplio espectro de
sectores del mercado.
Una GPU es una CPU (Central Processing Unit) dedicada exclusivamente al procesamiento de gráficos, para
aligerar la carga de trabajo del procesador central en aplicaciones como las de 3D. De esta forma, mientras gran
parte de lo relacionado con los gráficos se procesa en la GPU, la CPU puede dedicarse a otros tipos de
cálculos.
Una GPU implementa ciertas operaciones gráficas llamadas primitivas optimizadas para el
procesamiento gráfico. Una de las primitivas más comunes para el procesamiento gráfico
en 2D es la operación "BitBLT", que se encuentra en una unidad llamada "blitter", adicionalmente
existen primitivas para dibujar rectángulos, triángulos, círculos y arcos. Los GPU
modernos tienen muchas más primitivas que soportan también gráficos de 3D.
Si bien en un ordenador no es posible reemplazar la CPU por una GPU, estos
son muy potentes y pueden incluso superar la frecuencia de una CPU de generaciones anteriores (más de 500
MHz).
La potencia de las GPU y su dramático ritmo de desarrollo se deben a dos factores:
El primero es la alta especialización de las GPU, ya que al estar pensadas para desarrollar una
sola tarea, es posible dedicar más recursos en su diseño para llevar a cabo esa tarea
eficientemente. Por ejemplo, las GPU están optimizadas para cálculo
con valores en coma flotante, predominantes en los gráficos 3D. Por otro lado, muchas aplicaciones
gráficas conllevan un alto grado de paralelismo inherente, al ser sus unidades fundamentales de
cálculo (vértices y píxeles) completamente independientes.
Por tanto, es una buena estrategia usar las GPU para realizar más calculos en
la misma unidad de tiempo.
Los modelos actuales de GPU suelen tener una media docena de procesadores de vertices (que ejecutan
vertex shaders) y hasta dos o tres veces más procesadores de fragmentos o píxeles (que
ejecutan fragment shaders).
De este modo, con una frecuencia de unos 500-600 MHz (el estándar hoy en día en las GPU), muy baja
en comparación con lo ofrecido por las CPU (3.8-4 GHz), se traduce en una potencia de cálculo mucho
mayor gracias a su arquitectura en paralelo.
Aunque en sus comienzos la programación de la GPU se hacía en un lenguaje ensamblador
específico a cada modelo, tras su implantación masiva en la mayoría de los ordenadores
personales los fabricantes han desarrollado lenguajes de alto nivel para facilitar su extensión.
El lenguaje estándar, asociado a la biblioteca OpenGL es el GLSL (OpenGL Shading Language),
implementado en principio por todos los fabricantes.
La empresa californiana nVidia creó un lenguage propietario llamado Cg (C for graphics), con
mejores resultados que que GLSL en las pruebas de eficiencia.
En colaboración con nVidia, Microsoft desarrolló su HLSL (High Level Shading Language),
prácticamente idéntico a Cg, pero con ciertas incompatibilidades menores.
Memoria
Las tarjetas gráficas utilizan la memoria principalmente para almacenar texturas. Mayor memoria
significa poder utilizar texturas de mayor resolución y una imagen de mayor calidad. El
estándar actual es de 256 MB. La multiplicación del ancho de banda de la memoria
(64, 128 o 256 bits) por su frecuencia da una medida importante en el rendimiento de la tarjeta: su
ancho de banda (bandwidth).
La naturaleza de esta memoria es algo diferente a la de la memoria principar del ordenador. La memoria de la
tarjeta gráfica es de puerto doble lo que significa que dos operaciones independientes de lectura o
escritura pueden ser ejecutadas simultáneamente por los circuitos que la acceden. Los componentes de las
tarjetas gráficas que acceden a la memoria de video son el chipset gráfico y la RAMDAC (Random
Access Memory Digital to Analog-Converter).
La memoria de doble puerto es llamada VRAM (Video Random Access Memory) o WRAM (Windows Random Access Memory).
Las diferencias principales entre VRAM y WRAM es que la última ha sido específicamente optimizada
para operar bajo un ambiente Windows, entonces es más rápida usando este sistema operativo.
Cuanta más memoria encontremos en la tarjeta tanto mejor, aunque conviene prestar especial
atención al tipo de memoria que emplea. Aquí tenemos algunos tipos:
- DRAM (Dynamic Random Access Memory): Memoria
estándar (implementada como módulos SIMM (Single In-Line Memory Module) en los PCs -Personal
Computer), con 70 ns de tiempo de acceso y una velocidad de transferencia de 300 Mb/segundo.
- DRAM EDO (Dynamic Random Access Memory Extended
Data Output): Memoria DRAM mejorada que alcanza los 400 Mb/segundo y reduce el tiempo de acceso hasta los
50 ns.
- VRAM: Memoria exclusiva para las tarjetas
gráficas cuya peculiaridad es que se puede leer y escribir en ellas a la vez. Consigue 400 Mb/segundo y
hasta 40 ns de tiempo de acceso.
- WRAM: Memoria VRAM mejorada con funciones
integradas para procesamiento gráfico y a la que lograr doblar en velocidad. Es la más sofisticada
actualmente.
- SDRAM (Syncronous Dynamic Random Access
Memory): Nueva generación de memoria DRAM (implementada em módulos DIMM -Dual Inline Memory
Module), reduce el tiempo de acceso hasta los 10 ns y es capaz de transferir datos a 800 Mb/segundo.
- SGRAM (Synchronous
Graphics Random Access Memory): Basada en las misma tecnología que la memoria SDRAM y con casi
idénticas prestaciones, es una versión mejorada con ciertos adelantos en el método de
escritura de información para adecuarlos al método de trabajo de las tarjetas gráficas.
- DDR SDRAM (double-data-rate synchronous
dynamic random access memory): Nuevo tipo de memoria que llega a duplicar la velocidad de las de tipo SDRAM al
lograr transferir el doble de datos en la misma unidad de tiempo.
Core clock y memory clock
Estos dos valores son la velocidad a la que trabajan el procesador gráfico y la memoria, el
número de instrucciones por segundo que son capaces de ejecutar. Dentro de una misma gama de
tarjetas se dan valores muy diversos de velocidades. Así la serie 6800 de nVidia en versiones
PCI Express, por ejemplo, presenta los siguientes valores:
| Tarjeta |
Core clock |
Memory clock |
| 6800 XT |
325 |
700 |
| 6800 |
325 |
600 |
| 6800 GTO |
350 |
900 |
| 6800 GS |
425 |
1000 |
| 6800 GT |
350 |
1000 |
| 6800 Ultra |
400 |
1100 |
Estos dos valores son los que podemos ajustar si queremos hacer "overclock", es decir acelerar
la velocidad de nuestra tarjeta por encima de los valores recomendados por el fábricante.
Con la referencia de la tabla anterior es posible, por ejemplo, acelerar una tarjeta GT a valores cercanos
o superiores a una Ultra, considerablemente más cara.
Esta aceleración provoca mayor calor en el chip y mayor ruido de los ventiladores. Ademas, si no
disponemos de una refrigeración adecuada, corremos el riesgo de quemar la tarjeta e inutilizarla.
Pipelines
Estas unidades son las encargadas de transformar mediante una serie de cálculos geométricos
una imagen tridimensional compuesta por vértices y líneas en la imagen en dos dimensiones
compuesta por píxeles que vemos en nuestros monitores.
Cuantos más pipelines tenga una tarjeta más rápidamente podrá recrear una
imagen. Continuemos con el ejemplo de la serie 6800, éstas son las diferencias entre modelos PCI
Express.
| Tarjeta |
Pixel Pipelines |
| 6800 XT |
8 |
| 6800 |
12 |
| 6800 GTO |
12 |
| 6800 GS |
12 |
| 6800 GT |
16 |
| 6800 Ultra |
16 |
Una tarjeta GT es más rápida que una GS a pesar de la menor frecuencia gracias a su mayor
número de pipelines).
Fillrate
Este se mide en Megatexels y aproximadamente es el resultado de multiplicar el número de
pixelpipelines por la velocidad de proceso de la GPU.
Los texels son las unidades que componen una textura (equivalente a los pixels en una imagen de pantalla).
Cuanto mayor sea la resolución de la textura, mayor será el número de texels que la
tarjeta debe dibujar.
Para utilizar resoluciones grandes es imprescindible que la tarjeta disponga de bastante memoria
(256 megas mínimo) y una alta tasa de fillrate.
Otras opciones que podemos considerar, según nuestras necesidades, son las conexiones de entrada
y salida que incluye la tarjeta, si dispone de sintonizador de televisión o su capacidad de
tratamiento de video. Con la llegada de la televisión y el video de alta definición, las
tarjetas gráficas suponen una importante ayuda al procesador.
Tarjeta AGP
Actualmente se ofrecen tarjetas AGP (Accelerated Graphics Port) y tarjetas PCI Express (Peripheral Component
Interconnect).
Las tarjetas AGP están desapareciendo del mercado, sustituidas por las que utilizan el bus PCI
Express, más rápido.
Sin embargo la gran mayoría de placas bases instaladas sigue siendo AGP. Desde luego no tiene
ningún sentido adquirir un nuevo ordenador o una nueva placa base que no sea PCI Express, pero si
todavía pensamos conservar nuestro ordenador un par de años, la opción AGP sigue
siendo perfectamente válida. Nos permite conservar nuestra placa madre y actualizar nuestro
ordenador a precios reducidos.
Tarjetas AGP de Nvidia
En el mercado AGP Nvidia ofrece principalmente dos series de tarjetas: la 6600 y la 6800. Son dos
series "maduras", explotadas en todas sus configuraciones. Todas ellas son compatibles con la
última generación de Direct X (9.0c) y Open GL (2.0). Recientemente Nvidia ha presentado un único modelo AGP de su serie más avanzada, la 7800.
| Tarjeta |
GPU |
Año |
Me-moria max.
(Mb) |
Core clock
(Mzh) |
Me-mory clock
(Mzh) |
Pipes
TMU's
VPU's |
Fill-rate
(MT/s) |
Band-width
(GiB/s) |
| GeForce 6600 GT |
NV43 |
2004 |
256 |
500 |
900 |
8x1x3 |
4000 |
14.4 |
| GeForce 6800
|
NV40 |
2004 |
256 |
325 |
700 |
12x1x5 |
3900 |
22.4 |
| GeForce 6800 GS
|
NV40 |
2005 |
256 |
350 |
1000 |
12x1x5 |
4200 |
32.0 |
| GeForce 6800 GT
|
NV40 |
2004 |
256 |
350 |
1000 |
16x1x6 |
5600 |
32.0 |
| GeForce 6800 Ultra
|
NV40 |
2004 |
256 |
425 |
1100 |
16x1x6 |
6800 |
35.2 |
| GeForce 7800 GS |
G70 |
2006 |
256 |
375 |
1200 |
16x1x6 |
6000 |
38.4 |
Tarjetas AGP de ATI
La principal oferta de ATi (Array Technology Industry) son sus tarjetas X800 y X850, equivalentes a los modelos
6600 y 6800 de Nvidia. Su rendimiento y capacidades son muy similares.
Dado que el bus AGP está "condenado" es improbable que aparezcan nuevos modelos de
tarjetas en el futuro.
| Tarjeta |
GPU |
Año |
Me-moria max .
(Mb) |
Core clock
(Mzh) |
Me-mory clock
(Mzh) |
Pipes
TMU's
VPU's |
Fillrate
(MT/s) |
Band-width
(GiB/s) |
| Radeon X800 GT |
R420 |
2004 |
256 |
475 |
980 |
8x1x6 |
3800 |
31.36 |
| Radeon X800 Pro |
R420 |
2004 |
256 |
475 |
900 |
12x1x6 |
5700 |
28.8 |
| Radeon X800 XT PE |
R420 |
2004 |
256 |
520 |
1120 |
16x1x6 |
8320 |
35.84 |
| Radeon X850 Pro |
R481 |
2005 |
256 |
520 |
1080 |
12x1x6 |
6240 |
34.56 |
| Radeon X850 XT PE |
R481 |
2005 |
256 |
540 |
1180 |
16x1x6 |
8640 |
37.76 |
Tarjeta PCI Express
Estándar de futuro, ATI y Nvidia han lanzado mayor variedad de tarjetas de última
generación para el bus PCI Express que para el AGP. Todas ellas son compatibles con las
últimas versiones de los APIs (Application Program Interface) gráficos DirectX (9.c) y OpenGL
(2.0).
Tarjetas Nvidia PCI-Express
Las tres últimas series de Nvidia, la 6600, 6800 y 7800 están disponibles en todas sus
configuraciones para este bus. Incluso existe una nueva serie, destinada al segmento de bajo costo del
mercado, la 7300.
| Tarjeta |
GPU |
Año |
Me-moria max .
(Mb) |
Core clock
(Mzh) |
Me-mory clock
(Mzh) |
Pipes
TMU's
VPU's |
Fill-rate
(MT/s) |
Band-width
(GiB/s) |
| GeForce 6600 |
NV43 |
2004 |
256 |
300 |
500 |
8x1x3 |
2400 |
8.8 |
| GeForce 6600 GT |
NV43 |
2004 |
256 |
500 |
1000 |
8x1x3 |
4000 |
16 |
| GeForce 6800 |
NV42 |
2004 |
256 |
325 |
600 |
12x1x5 |
3900 |
19.2 |
| GeForce 6800 GS |
NV42 |
2005 |
256 |
425 |
1000 |
12x1x5 |
5100 |
32.0 |
| GeForce 6800 GT |
NV45 |
2005 |
256 |
350 |
1000 |
16x1x6 |
5600 |
32.0 |
| GeForce 6800 Ultra |
NV45 |
2005 |
512 |
375 |
1100 |
16x1x6 |
6400 |
35.2 |
| GeForce 7300 GS |
G72 |
2006 |
256 |
550 |
800 |
4x1x3 |
2200 |
6.4 |
| GeForce 7800 GT |
G70 |
2005 |
512 |
400 |
1000 |
20x1x7 |
8000 |
32.0 |
| GeForce 7800 GTX |
G70 |
2005 |
512 |
430 |
1200 |
20x1x8 |
10320 |
38.4 |
Tarjetas ATI PCI-Express
ATI, por su parte, amplía la oferta respecto al bus AGP con la serie X1xx.
| Tarjeta |
GPU |
Año |
Me-moria max .
(Mb) |
Core clock
(Mzh) |
Me-mory clock
(Mzh) |
Pipes
TMU's
VPU's |
Fillrate
(MT/s) |
Band-width
(GiB/s) |
| Radeon X800 GTO |
R423 |
2005 |
256 |
400 |
980 |
12x1x6 |
4800 |
31.3 |
| Radeon X800 XT PE |
R423 |
2004 |
256 |
520 |
1120 |
16x1x6 |
8320 |
35.8 |
| Radeon X850 Pro |
R480 |
2004 |
256 |
520 |
1080 |
12x1x6 |
8320 |
34.5 |
| Radeon X850 XT PE |
R480 |
2004 |
256 |
540 |
1180 |
16x1x6 |
8640 |
37.7 |
| Radeon X1300 |
RV515 |
2005 |
512 |
450 |
5000 |
4x1x2 |
1800 |
8.00 |
| Radeon X1600 |
RV530 |
2005 |
512 |
500 |
780 |
4(12)x1x5 |
2000 |
12.4 |
| Radeon X1800 |
R520 |
2005 |
256 |
500 |
1000 |
16x1x8 |
8000 |
32.0 |
| Radeon X1900 XT |
R580 |
2006 |
512 |
625 |
1450 |
16(48)x1x8 |
10000 |
46.4 |
| Radeon X1900 XTX |
R580 |
2006 |
512 |
650 |
1550 |
16(48)x1x8 |
10400 |
49.6 |
Tarjetas gráficas en paralelo, solo en PCI Express
La tecnología SLI (Scalable Link Interface), propietaria de nVIDIA y
Crossfire, propietaria de ATI, nos permite, si contamos
con la placa base adecuada para ello, montar dos tarjetas gráficas en paralelo. Es una
opción extremadamente cara y que por el momento no ofrece grandes resultados ya que casi
ninguna implementación está optimizada para sacarle provecho. No sólo se
necesitan dos tarjetas gráficas sino una placa base, bastante más cara y con una fuente
de alimentación con una potencia de 350-450W. Nvidia, incluso, presentó un sistema
cuádruple.
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Ultima actualisación: Tue, 24 ▪ May ▪ 2011
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