Una tarjeta gráfica (también llamada tarjeta de video , tarjeta de visualización , adaptador de gráficos , tarjeta VGA/VGA , adaptador de video , adaptador de visualización o coloquialmente GPU ) es una tarjeta de expansión de computadora que genera una fuente de salida de gráficos a un dispositivo de visualización como un monitor . Las tarjetas gráficas a veces se denominan tarjetas gráficas discretas o dedicadas para enfatizar su distinción con respecto al procesador de gráficos integrado en la placa base o la CPU . Una unidad de procesamiento de gráficos (GPU) que realiza los cálculos necesarios es el componente principal de una tarjeta gráfica, pero a veces también se utiliza el acrónimo "GPU" para referirse erróneamente a la tarjeta gráfica en su conjunto. [1]
La mayoría de las tarjetas gráficas no se limitan a una simple salida de pantalla. La unidad de procesamiento de gráficos se puede utilizar para procesamiento adicional, lo que reduce la carga de la unidad central de procesamiento . [2] Además, las plataformas informáticas como OpenCL y CUDA permiten el uso de tarjetas gráficas para informática de uso general . Las aplicaciones de la informática de uso general en tarjetas gráficas incluyen el entrenamiento de IA , la minería de criptomonedas y la simulación molecular . [3] [4] [5]
Normalmente, una tarjeta gráfica se presenta en forma de placa de circuito impreso (placa de expansión) que se inserta en una ranura de expansión. [6] Otros pueden tener gabinetes dedicados y están conectados a la computadora a través de una estación de acoplamiento o un cable. Se conocen como GPU externas (eGPU).
A menudo se prefieren las tarjetas gráficas a los gráficos integrados para lograr un mayor rendimiento.
Históricamente, las tarjetas gráficas admitieron diferentes estándares de visualización de computadoras a medida que evolucionaron. Para los PC compatibles con IBM , los primeros estándares comunes eran MDA , CGA , Hercules , EGA y VGA .
A finales de la década de 1980, Radius produjo tarjetas gráficas para Apple Macintosh II con capacidades discretas 2D QuickDraw . [7]
3dfx Interactive fue una de las primeras empresas en desarrollar una GPU orientada al consumidor con aceleración 3D (con la serie Voodoo) y la primera en desarrollar un chipset gráfico dedicado al 3D, pero sin soporte 2D (por lo que requería la presencia de una tarjeta 2D). trabajar).
NVIDIA RIVA 128 fue una de las primeras unidades de procesamiento 3D y 2D integradas con GPU orientadas al consumidor en un chip.
La mayoría de las tarjetas gráficas modernas están construidas con chips gráficos de AMD o de Nvidia . [8] La mayoría de las tarjetas gráficas ofrecen diversas funciones como renderizado 3D , gráficos 2D , decodificación de video, salida de TV y la capacidad de conectar múltiples monitores ( multi-monitor ). Las tarjetas gráficas también tienen capacidades de tarjeta de sonido para emitir sonido junto con salida de video para televisores o monitores conectados con parlantes integrados.
Dentro de la industria, las tarjetas gráficas a veces se denominan placas complementarias de gráficos , abreviadas como AIB s, [8] y generalmente se omite la palabra "gráficos".
Como alternativa al uso de una tarjeta gráfica, el hardware de vídeo se puede integrar en la placa base , la CPU o un sistema en chip como gráficos integrados. Las implementaciones basadas en placas base a veces se denominan "vídeo integrado". Algunas placas base admiten el uso simultáneo de gráficos integrados y de la tarjeta gráfica para alimentar pantallas independientes. Las principales ventajas de los gráficos integrados son: bajo coste, compacidad, simplicidad y bajo consumo energético. Los gráficos integrados a menudo tienen menos rendimiento que una tarjeta gráfica porque la unidad de procesamiento de gráficos dentro de los gráficos integrados necesita compartir recursos del sistema con la CPU. Por otro lado, una tarjeta gráfica tiene una memoria de acceso aleatorio (RAM), un sistema de refrigeración y reguladores de potencia dedicados independientes. Una tarjeta gráfica puede descargar trabajo y reducir la contención del bus de memoria de la CPU y la RAM del sistema, por lo tanto, el rendimiento general de una computadora podría mejorar además de aumentar el rendimiento en el procesamiento de gráficos. Estas mejoras en el rendimiento se pueden ver en los videojuegos , la animación 3D y la edición de vídeo . [9] [10]
Tanto AMD como Intel han introducido CPU y conjuntos de chips de placa base que admiten la integración de una GPU en el mismo chip que la CPU. AMD anuncia CPU con gráficos integrados bajo la marca Accelerated Processing Unit (APU), mientras que Intel comercializa tecnología similar bajo " Intel Graphics Technology ". [11]
A medida que aumentó la potencia de procesamiento de las tarjetas gráficas, también aumentó su demanda de energía eléctrica. Las tarjetas gráficas actuales de alto rendimiento tienden a consumir grandes cantidades de energía. Por ejemplo, la potencia de diseño térmico (TDP) de la GeForce Titan RTX es de 280 vatios . [12] Cuando se probó con videojuegos, la GeForce RTX 2080 Ti Founder's Edition promedió 300 vatios de consumo de energía. [13] Si bien los fabricantes de CPU y fuentes de alimentación recientemente han apuntado a una mayor eficiencia, las demandas de energía de las tarjetas gráficas continuaron aumentando, siendo el mayor consumo de energía de cualquier parte individual de una computadora. [14] [15] Aunque las fuentes de alimentación también han aumentado su potencia, el cuello de botella se produce en la conexión PCI-Express , que se limita a suministrar 75 vatios. [dieciséis]
Las tarjetas gráficas modernas con un consumo de energía superior a 75 vatios suelen incluir una combinación de enchufes de seis pines (75 W) u ocho pines (150 W) que se conectan directamente a la fuente de alimentación. Proporcionar una refrigeración adecuada se convierte en un desafío en este tipo de ordenadores. Las computadoras con varias tarjetas gráficas pueden requerir fuentes de alimentación de más de 750 vatios. La extracción de calor se convierte en una consideración de diseño importante para computadoras con dos o más tarjetas gráficas de alta gama. [ cita necesaria ]
A partir de la serie Nvidia GeForce RTX 30, arquitectura Ampere , se ha registrado que una RTX 3090 flasheada personalizada llamada "Salón de la Fama" alcanza un consumo máximo de energía de hasta 630 vatios. Un RTX 3090 estándar puede alcanzar un máximo de 450 vatios. El RTX 3080 puede alcanzar hasta 350 vatios, mientras que un 3070 puede alcanzar un consumo máximo de energía similar, si no ligeramente inferior. Las tarjetas Ampere son las primeras tarjetas que cuentan con un diseño de refrigeración pasante para disipar la mayor cantidad de calor posible, especialmente con grandes consumos de energía. [ cita necesaria ]
Las tarjetas gráficas para computadoras de escritorio tienen perfiles de diferentes tamaños, lo que permite agregar tarjetas gráficas a computadoras de menor tamaño. Algunas tarjetas gráficas no tienen el tamaño habitual y se denominan "de perfil bajo". [17] [18] Los perfiles de las tarjetas gráficas se basan únicamente en la altura; las tarjetas de perfil bajo ocupan menos que la altura de una ranura PCIe; algunas pueden ser tan bajas como "media altura". [ cita necesaria ] La longitud y el grosor pueden variar mucho, ya que las tarjetas de gama alta suelen ocupar dos o tres ranuras de expansión y las tarjetas gráficas modernas de alta gama, como la RTX 4090, superan los 300 mm de longitud. [19] Se prefiere una tarjeta de perfil más bajo cuando se intenta colocar varias tarjetas o si las tarjetas gráficas tienen problemas de espacio con otros componentes de la placa base, como las ranuras DIMM o PCIE. Esto se puede solucionar con una carcasa de computadora más grande , como una torre media o una torre completa. Las torres completas generalmente pueden acomodar placas base más grandes en tamaños como ATX y micro ATX. [ cita necesaria ]
Algunas tarjetas gráficas se pueden vincular entre sí para permitir escalar el procesamiento de gráficos en varias tarjetas. Esto se hace utilizando el bus PCIe de la placa base o, más comúnmente, un puente de datos. Por lo general, las tarjetas deben ser del mismo modelo para vincularse y la mayoría de las tarjetas de gama baja no se pueden vincular de esta manera. [20] AMD y Nvidia tienen métodos de escalado patentados, CrossFireX para AMD y SLI (desde la generación Turing , reemplazada por NVLink ) para Nvidia. Las tarjetas de diferentes fabricantes o arquitecturas de conjuntos de chips no se pueden utilizar juntas para escalar varias tarjetas. Si las tarjetas gráficas tienen diferentes tamaños de memoria, se utilizará el valor más bajo y se ignorarán los valores más altos. Actualmente, el escalado de tarjetas de consumo se puede realizar utilizando hasta cuatro tarjetas. [21] [22] [23] El uso de cuatro tarjetas requiere una placa base grande con una configuración adecuada. La tarjeta gráfica GeForce GTX 590 de Nvidia se puede configurar en una configuración de cuatro tarjetas. [24] Como se indicó anteriormente, los usuarios querrán utilizar tarjetas con el mismo rendimiento para un uso óptimo. Las placas base, incluidas ASUS Maximus 3 Extreme y Gigabyte GA EX58 Extreme, están certificadas para funcionar con esta configuración. [25] Se necesita una gran fuente de alimentación para ejecutar las tarjetas en SLI o CrossFireX. Se deben conocer las demandas de energía antes de instalar un suministro adecuado. Para la configuración de cuatro tarjetas, se necesita un suministro de más de 1000 vatios. [25] Con cualquier tarjeta gráfica relativamente potente, la gestión térmica no se puede ignorar. Las tarjetas gráficas requieren chasis bien ventilados y buenas soluciones térmicas. Generalmente se requiere refrigeración por aire o agua, aunque las GPU de gama baja pueden utilizar refrigeración pasiva. Las configuraciones más grandes utilizan soluciones de agua o enfriamiento por inmersión para lograr un rendimiento adecuado sin estrangulamiento térmico. [26]
SLI y Crossfire se han vuelto cada vez menos comunes ya que la mayoría de los juegos no utilizan completamente múltiples GPU, debido a que la mayoría de los usuarios no pueden pagarlos. [27] [28] [29] Todavía se utilizan múltiples GPU en supercomputadoras (como en Summit ), en estaciones de trabajo para acelerar video [30] [31] [32] y renderizado 3D, [33] [34] [35] [ 36] [37] efectos visuales , [38] [39] para simulaciones, [40] y para entrenamiento de inteligencia artificial.
Un controlador de gráficos generalmente admite una o varias tarjetas del mismo proveedor y debe escribirse para un sistema operativo específico. Además, el sistema operativo o un paquete de software adicional pueden proporcionar ciertas API de programación para que las aplicaciones realicen renderizado 3D.
Algunas GPU están diseñadas teniendo en cuenta un uso específico:
A partir de 2016, los principales proveedores de GPU (chips gráficos o conjuntos de chips) utilizados en las tarjetas gráficas son AMD y Nvidia. En el tercer trimestre de 2013, AMD tenía una cuota de mercado del 35,5%, mientras que Nvidia tenía el 64,5%, [41] según Jon Peddie Research. En economía, esta estructura industrial se denomina duopolio . AMD y Nvidia también fabrican y venden tarjetas gráficas, que en la industria se denominan placas complementarias de gráficos (AIB). (Consulte Comparación de unidades de procesamiento de gráficos Nvidia y Comparación de unidades de procesamiento de gráficos AMD ). Además de comercializar sus propias tarjetas gráficas, AMD y Nvidia venden sus GPU a proveedores autorizados de AIB, a los que AMD y Nvidia denominan "socios". [8] El hecho de que Nvidia y AMD compitan directamente con sus clientes/socios complica las relaciones en la industria. También es digno de mención que AMD e Intel son competidores directos en la industria de las CPU, ya que las tarjetas gráficas basadas en AMD pueden usarse en computadoras con CPU Intel. Los gráficos integrados de Intel pueden debilitar a AMD, donde esta última obtiene una parte importante de sus ingresos de sus APU . En el segundo trimestre de 2013, había 52 proveedores de AIB. [8] Estos proveedores de AIB pueden comercializar tarjetas gráficas con sus propias marcas, producir tarjetas gráficas para marcas privadas o producir tarjetas gráficas para fabricantes de computadoras. Algunos proveedores de AIB, como MSI, fabrican tarjetas gráficas basadas tanto en AMD como en Nvidia. Otros, como EVGA , construyen sólo tarjetas gráficas basadas en Nvidia, mientras que XFX , ahora construye solo tarjetas gráficas basadas en AMD. Varios proveedores de AIB también son proveedores de placas base. La mayoría de los mayores proveedores de AIB tienen su sede en Taiwán e incluyen a ASUS , MSI , GIGABYTE y Palit . Los fabricantes de AIB con sede en Hong Kong incluyen Sapphire y Zotac . Sapphire y Zotac también venden tarjetas gráficas exclusivamente para GPU AMD y Nvidia respectivamente. [42]
Los envíos de tarjetas gráficas alcanzaron un máximo de 114 millones en 1999. Por el contrario, totalizaron 14,5 millones de unidades en el tercer trimestre de 2013, una caída del 17% con respecto a los niveles del tercer trimestre de 2012. [41] Los envíos alcanzaron un total anual de 44 millones en 2015. [ cita necesaria ] Las ventas de tarjetas gráficas han tendido a la baja debido a las mejoras en las tecnologías de gráficos integrados; Los gráficos integrados en la CPU de alta gama pueden proporcionar un rendimiento competitivo con las tarjetas gráficas de gama baja. Al mismo tiempo, las ventas de tarjetas gráficas han crecido dentro del segmento de alta gama, a medida que los fabricantes han cambiado su enfoque para priorizar el mercado de juegos y entusiastas. [42] [43]
Más allá de los segmentos de juegos y multimedia, las tarjetas gráficas se han utilizado cada vez más para la informática de uso general , como el procesamiento de big data . [44] El crecimiento de las criptomonedas ha generado una demanda muy alta de tarjetas gráficas de alta gama, especialmente en grandes cantidades, debido a sus ventajas en el proceso de minería de criptomonedas. En enero de 2018, las tarjetas gráficas de gama media y alta experimentaron un importante aumento de precio, y muchos minoristas tuvieron escasez de existencias debido a la importante demanda en este mercado. [43] [45] [46] Las compañías de tarjetas gráficas lanzaron tarjetas específicas para minería diseñadas para funcionar las 24 horas del día, los siete días de la semana y sin puertos de salida de video. [5] La industria de las tarjetas gráficas sufrió un revés debido a la escasez de chips en 2020-21 . [47]
Una tarjeta gráfica moderna consta de una placa de circuito impreso en la que se montan los componentes. Éstas incluyen:
Una unidad de procesamiento de gráficos ( GPU ), también llamada ocasionalmente unidad de procesamiento visual ( VPU ), es un circuito electrónico especializado diseñado para manipular y alterar rápidamente la memoria para acelerar la creación de imágenes en un búfer de cuadros destinado a su salida a una pantalla. Debido al alto grado de complejidad computacional programable para tal tarea, una tarjeta gráfica moderna es también una computadora en sí misma.
.jpg/1280px-S3_Graphics_chrome_530_GT_card_(3044640155).jpg)
En la mayoría de las tarjetas gráficas modernas se monta un disipador de calor . Un disipador de calor distribuye el calor producido por la unidad de procesamiento de gráficos de manera uniforme por todo el disipador de calor y la propia unidad. El disipador de calor normalmente tiene un ventilador montado para enfriar el disipador de calor y la unidad de procesamiento de gráficos. No todas las tarjetas tienen disipadores de calor, por ejemplo, algunas tarjetas están refrigeradas por líquido y en su lugar tienen un bloque de agua; Además, las tarjetas de los años 1980 y principios de los 1990 no producían mucho calor y no requerían disipadores de calor. La mayoría de las tarjetas gráficas modernas necesitan soluciones térmicas adecuadas. Pueden refrigerarse por agua o mediante disipadores de calor con tubos de calor conectados adicionales, generalmente hechos de cobre para una mejor transferencia térmica. [ cita necesaria ]
El BIOS o firmware de video contiene un programa mínimo para la configuración inicial y el control de la tarjeta gráfica. Puede contener información sobre la memoria y la sincronización de la memoria, velocidades de funcionamiento y voltajes del procesador de gráficos y otros detalles que a veces pueden cambiarse. [ cita necesaria ]
Las BIOS de vídeo modernas no admiten todas las funciones de las tarjetas gráficas; sólo son suficientes para identificar e inicializar la tarjeta para mostrar uno de los pocos modos de visualización de texto o búfer de cuadros. No admite traducción de YUV a RGB , escalado de video, copia de píxeles, composición ni ninguna otra multitud de funciones 2D y 3D de la tarjeta gráfica, a las que se debe acceder mediante controladores de software. [ cita necesaria ]
La capacidad de memoria de la mayoría de las tarjetas gráficas modernas oscila entre 2 y 24 GB . [48] Pero con hasta 32 GB a partir de la última década de 2010, las aplicaciones para uso gráfico son cada vez más potentes y extendidas. Dado que la GPU y los circuitos de visualización necesitan acceder a la memoria de video, a menudo utiliza memoria especial de alta velocidad o multipuerto, como VRAM , WRAM , SGRAM , etc. Alrededor de 2003, la memoria de video se basaba típicamente en tecnología DDR . . Durante y después de ese año, los fabricantes avanzaron hacia DDR2 , GDDR3 , GDDR4 , GDDR5 , GDDR5X y GDDR6 . La frecuencia de reloj de memoria efectiva en las tarjetas modernas suele estar entre 2 y 15 GHz . [ cita necesaria ]
La memoria de vídeo se puede utilizar para almacenar otros datos además de la imagen de la pantalla, como el Z-buffer , que gestiona las coordenadas de profundidad en gráficos 3D , así como texturas , buffers de vértices y programas de sombreado compilados .
El RAMDAC , o convertidor digital a analógico de memoria de acceso aleatorio, convierte señales digitales en señales analógicas para su uso en una pantalla de computadora que utiliza entradas analógicas, como pantallas de tubo de rayos catódicos (CRT). El RAMDAC es una especie de chip RAM que regula el funcionamiento de la tarjeta gráfica. Dependiendo de la cantidad de bits utilizados y la velocidad de transferencia de datos RAMDAC, el convertidor podrá admitir diferentes frecuencias de actualización de la pantalla de la computadora. Con las pantallas CRT, es mejor trabajar por encima de 75 Hz y nunca por debajo de 60 Hz, para minimizar el parpadeo. [49] (Esto no es un problema con las pantallas LCD, ya que tienen poco o ningún parpadeo. [ cita necesaria ] ) Debido a la creciente popularidad de las pantallas de computadora digitales y la integración del RAMDAC en la matriz de la GPU, prácticamente ha desaparecido. como componente discreto. Todos los monitores LCD/plasma, televisores y proyectores actuales con conexiones únicamente digitales funcionan en el dominio digital y no requieren un RAMDAC para esas conexiones. Hay pantallas que cuentan únicamente con entradas analógicas ( VGA , componentes, SCART , etc.) . Estos requieren un RAMDAC, pero reconvierten la señal analógica a digital antes de poder mostrarla, con la inevitable pérdida de calidad derivada de esta conversión de digital a analógico a digital. [ cita necesaria ] Con la eliminación gradual del estándar VGA en favor de los formatos digitales, los RAMDAC han comenzado a desaparecer de las tarjetas gráficas. [ cita necesaria ]
Los sistemas de conexión más habituales entre la tarjeta gráfica y la pantalla del ordenador son:
También conocido como D-sub , VGA es un estándar de base analógica adoptado a finales de los años 1980 diseñado para pantallas CRT, también llamado conector VGA . Hoy en día, la interfaz analógica VGA se utiliza para resoluciones de vídeo de alta definición, incluidas 1080p y superiores. Algunos problemas de este estándar son el ruido eléctrico , la distorsión de la imagen y el error de muestreo en la evaluación de píxeles. Si bien el ancho de banda de transmisión VGA es lo suficientemente alto como para admitir una reproducción con una resolución aún mayor, la calidad de la imagen puede degradarse según la calidad y la longitud del cable. El alcance de la diferencia de calidad depende de la vista del individuo y de la pantalla; Cuando se utiliza una conexión DVI o HDMI, especialmente en monitores o televisores LCD/LED de mayor tamaño, la degradación de la calidad, si está presente, es claramente visible. La reproducción de Blu-ray a 1080p es posible a través de la interfaz analógica VGA, si el token de restricción de imagen (ICT) no está habilitado en el disco Blu-ray.
La interfaz visual digital es un estándar digital diseñado para pantallas como pantallas planas ( LCD , pantallas de plasma, pantallas de televisión anchas de alta definición ) y proyectores de video. También hubo algunos monitores CRT de alta gama poco comunes que usan DVI. Evita la distorsión de la imagen y el ruido eléctrico, correspondiendo cada píxel del ordenador a un píxel de la pantalla, utilizando su resolución nativa . Vale la pena señalar que la mayoría de los fabricantes incluyen un conector DVI- I , que permite (mediante un simple adaptador) la salida de señal RGB estándar a un monitor CRT o LCD antiguo con entrada VGA.
Estos conectores se incluyen para permitir la conexión con televisores , reproductores de DVD , grabadores de vídeo y consolas de videojuegos . A menudo vienen en dos variaciones de conector mini-DIN de 10 pines , y el cable divisor VIVO generalmente viene con 4 conectores ( entrada y salida de S-Video más entrada y salida de video compuesto ) o 6 conectores (entrada y salida de S-Video). , componente YP B P R fuera y compuesto dentro y fuera).
HDMI es una interfaz compacta de audio/video para transferir datos de video sin comprimir y datos de audio digital comprimidos/sin comprimir desde un dispositivo compatible con HDMI ("el dispositivo fuente") a un dispositivo de audio digital , monitor de computadora , proyector de video o televisión digital compatible . [50] HDMI es un sustituto digital de los estándares de vídeo analógico existentes . HDMI admite protección de copia a través de HDCP .
DisplayPort es una interfaz de pantalla digital desarrollada por la Video Electronics Standards Association (VESA). La interfaz se utiliza principalmente para conectar una fuente de vídeo a un dispositivo de visualización, como un monitor de computadora , aunque también se puede utilizar para transmitir audio, USB y otras formas de datos. [51] La especificación VESA está libre de regalías . VESA lo diseñó para reemplazar VGA , DVI y LVDS . La compatibilidad con versiones anteriores de VGA y DVI mediante el uso de dongles adaptadores permite a los consumidores utilizar fuentes de vídeo equipadas con DisplayPort sin reemplazar los dispositivos de visualización existentes. Aunque DisplayPort tiene un mayor rendimiento de la misma funcionalidad que HDMI , se espera que complemente la interfaz, no que la reemplace. [52] [53]
.png/1280px-ATI_Hercules_Card_1986_(cropped_and_transparent).png){kind=spacer}
Cronológicamente los sistemas de conexión entre tarjeta gráfica y placa base fueron, principalmente:
La siguiente tabla es una comparación entre las características de algunas interfaces enumeradas anteriormente.
