Qué es una tarjeta gráfica y cómo funciona

Las imágenes que ves en tu monitor de ordenador están formadas por pequeños puntos llamados píxeles. En la mayoría de las configuraciones de resolución comunes, una pantalla muestra más de 2 millones de píxeles, y el ordenador tiene que decidir qué hacer con cada uno para crear una imagen.

Para hacer esto, necesita un traductor, algo que tome datos binarios de la CPU y los convierta en una imagen que puedas ver. Este traductor se conoce como procesador gráfico, o GPU. La mayoría de los ordenadores portátiles y de escritorio de consumo básico vienen ahora con una GPU secundaria incorporada en su procesador principal, conocida como gráficos integrados.

Sin embargo, las máquinas de nivel profesional o personalizado a menudo también tendrán espacio para una tarjeta gráfica dedicada. La ventaja de una tarjeta gráfica, es que puede renderizar visualizaciones más complejas mucho más rápido que un chip integrado. El trabajo de una tarjeta gráfica es complejo, pero sus principios y componentes son fáciles de entender.

Cómo funciona una tarjeta gráfica

Imagina un ordenador como una empresa con su propio departamento de arte. Cuando las personas en la empresa quieren una obra de arte, envían una solicitud al departamento de arte. El departamento de arte decide cómo crear la imagen y luego la pone en papel. El resultado final es que la idea de alguien se convierte en una imagen real y visible.

Una tarjeta gráfica funciona según los mismos principios. La CPU, trabajando en conjunto con aplicaciones de software, envía información sobre la imagen a la tarjeta gráfica. La tarjeta gráfica decide cómo usar los píxeles en la pantalla para crear la imagen. Luego envía esa información al monitor a través de un cable.

Crear una imagen a partir de datos binarios es un proceso exigente. Para hacer una imagen 3D, la tarjeta gráfica primero crea un marco de alambre de líneas rectas. Luego, rasteriza la imagen (rellena los píxeles restantes). También añade iluminación, textura y color. Para juegos de ritmo rápido, el ordenador tiene que pasar por este proceso unas 60 a 120 veces por segundo.

Sin una tarjeta gráfica para realizar los cálculos necesarios, la carga de trabajo sería demasiado para que el ordenador funcione adecuadamente. La tarjeta gráfica realiza esta tarea utilizando cuatro componentes principales:

• Una conexión a la placa base para datos y energía
• Un procesador gráfico (GPU) para decidir qué hacer con cada píxel en la pantalla
• Memoria de vídeo (VRAM) para mantener información sobre cada píxel y para almacenar temporalmente imágenes completadas
• Una conexión al monitor para que puedas ver el resultado final

Procesador y memoria

Una GPU es un circuito electrónico que tu ordenador utiliza. para acelerar el proceso de creación y renderizado de gráficos por ordenador.

Al igual que una placa base, una tarjeta gráfica es una placa de circuito impreso que alberga un procesador y VRAM. También tiene un chip de sistema de entrada/salida (BIOS) que almacena los ajustes de la tarjeta y realiza diagnósticos en la memoria, entrada y salida en el arranque.

El procesador de una tarjeta gráfica, llamado unidad de procesamiento gráfico (GPU), es similar a la CPU de un ordenador. Sin embargo, una GPU está diseñada específicamente para realizar los cálculos matemáticos y geométricos complejos necesarios para el renderizado de gráficos. Algunas de las GPUs más rápidas tienen más transistores que la CPU promedio.

Una GPU produce mucho calor, por lo que suele estar ubicada bajo un disipador de calor o un ventilador. Los chips integrados difieren ligeramente, en el sentido de que no tienen su propia VRAM y tienen que sacar de la misma reserva de RAM que la CPU. Esta distinción puede hacer que tu sistema se quede sin memoria mientras juegas con una GPU integrada.

Además de su potencia de procesamiento, una GPU utiliza programación especial para ayudarla a analizar y utilizar datos. AMD y Nvidia producen la gran mayoría de las GPUs en el mercado, y ambas compañías han desarrollado sus propias mejoras para el rendimiento de las GPUs. Los procesadores de vídeo actuales pueden proporcionar:

• Anti-aliasing de escena completa (FSAA), que suaviza los bordes de los objetos 3D
• Filtrado anisotrópico (AF), que hace que las imágenes se vean más nítidas
• Física en tiempo real y efectos de partículas
• Pantallas multiscreen
• Salida de vídeo de alta velocidad de fotogramas
• Vídeo de ultra alta definición con muchos millones de píxeles
• Cálculos acelerados por GPU

Cada compañía también ha desarrollado técnicas específicas para ayudar a la GPU en la aplicación de colores, sombras, texturas y patrones. A medida que la GPU crea imágenes, necesita un lugar donde almacenar información e imágenes completadas. Utiliza la RAM de la tarjeta para este propósito, almacenando datos sobre cada píxel, su color y su ubicación en la pantalla.

Parte de la VRAM también puede actuar como un búfer de cuadro, lo que significa que guarda imágenes completadas hasta que llega el momento de mostrarlas. Por lo general, la RAM de vídeo funciona a velocidades muy altas y es de doble puerto, lo que significa que el sistema puede leer y escribir en ella al mismo tiempo.

Las tarjetas gráficas modernas se conectan a una ranura de expansión PCIe x16. Los ordenadores de formato pequeño con gráficos integrados, como los portátiles y los mini ordenadores de sobremesa, pueden no venir con una ranura así. Sin embargo, las tarjetas gráficas aún pueden conectarse mediante un dispositivo de solución alternativa costosa llamado GPU externa.

Evolución de las tarjetas gráficas

Las tarjetas gráficas han recorrido un largo camino desde que IBM presentó la primera en 1981. Llamada Adaptador de Pantalla Monocromo (MDA), la tarjeta proporcionaba visualizaciones solo de texto en verde o blanco sobre una pantalla negra.

Ahora, tanto las tarjetas gráficas como los chips integrados pueden enviar fácilmente una señal HD (1.920 x 1.080 píxeles) a través de un cable HDMI o DisplayPort. Las tarjetas independientes a menudo emiten vídeo Ultra HD 4K (3.840 x 2.160), con resoluciones aún más altas disponibles en GPUs de especificaciones superiores.

Elegir una buena tarjeta gráfica

Una tarjeta gráfica de gama alta es fácil de reconocer. Tiene mucha memoria y un procesador rápido. A menudo, también es más visualmente atractiva que cualquier otra cosa que esté destinada a ir dentro de la carcasa de un ordenador. Muchas tarjetas de vídeo de alto rendimiento están ilustradas o tienen ventiladores decorativos o disipadores de calor.

Pero una tarjeta de gama alta proporciona más potencia de la que la mayoría de la gente realmente necesita. Las personas que utilizan sus ordenadores principalmente para correo electrónico, procesamiento de texto o redes sociales pueden encontrar todo el soporte gráfico necesario en una CPU con gráficos integrados. Una tarjeta de gama media es suficiente para la mayoría de los jugadores casuales. Las personas que necesitan la potencia de una tarjeta de gama alta incluyen a los entusiastas de los videojuegos y a las personas que realizan mucho trabajo gráfico en 3D.

Una buena medida general del rendimiento de una tarjeta es su velocidad de fotogramas, medida en fotogramas por segundo (FPS). La velocidad de fotogramas describe cuántas imágenes completas puede mostrar la tarjeta por segundo.

El ojo humano puede procesar alrededor de 25 fotogramas por segundo, pero los juegos de acción rápida requieren una velocidad de fotogramas de al menos 60 FPS para proporcionar una animación y desplazamiento suaves. Los componentes de la velocidad de fotogramas son:

Triángulos o vértices por segundo: las imágenes 3D están formadas por triángulos o polígonos. Esta medida describe qué tan rápido la GPU puede calcular el polígono completo o los vértices que lo definen. En general, describe qué tan rápido la tarjeta construye una imagen de marco de alambre.
Tasa de relleno de píxeles: esta medida describe cuántos píxeles puede procesar la GPU en un segundo, lo que se traduce en qué tan rápido puede rasterizar la imagen.

Gráficos Integrados y Overclocking

Muchas CPU tienen capacidades de gráficos integrados y funcionan sin una tarjeta gráfica separada. Estos procesadores manejan fácilmente imágenes 2-D, por lo que son ideales para aplicaciones de productividad e internet. Al enchufar una tarjeta gráfica separada en uno de estos sistemas, se anulan las funciones de gráficos integrados.

Algunas personas eligen mejorar el rendimiento de su tarjeta gráfica ajustando manualmente la velocidad de reloj a una tasa más alta, conocida como overclocking. Por lo general, las personas hacen overclocking a su memoria, ya que hacer overclocking a la GPU puede provocar sobrecalentamiento. Aunque el overclocking puede llevar a un mejor rendimiento, también invalida la garantía del fabricante.