Tarjeta Gráfica: concepto, funcionamiento y tipos

La tarjeta gráfica, también conocida como tarjeta de vídeo, es un elemento que puede venir incorporado en la placa base de la computadora o instalarse por separado para mejorar sus capacidades. Su función principal consiste en procesar datos relacionados con la reproducción de vídeo e imágenes en el ordenador.

 

Introducción

Cada imagen visualizada en el monitor de tu computadora, ya sea en los gráficos de un videojuego o en lo que escribes en Word, necesita ser procesada por el sistema. Las tarjetas gráficas reciben los datos enviados por el procesador de la computadora y los convierten en información visual. En otras palabras, toman datos representados en unos y ceros y los transforman en imágenes.

Las tarjetas gráficas no se limitan exclusivamente a los ordenadores personales (PC) compatibles con IBM; dispositivos como el Commodore Amiga (conectado a través de las ranuras Zorro II y Zorro III), Apple II, Apple Macintosh, Spectravideo SVI-328, sistemas MSX, e incluso en consolas de videojuegos modernas como la Nintendo Switch, la PlayStation 4 y la Xbox One, también han incorporado o incorporan estas tarjetas.

Ciertamente, también podemos expresar que una tarjeta gráfica o tarjeta de video es un componente de expansión de la placa base de la computadora encargada de procesar los datos provenientes del procesador y convertirlos en información comprensible y representable en el dispositivo de salida, como un monitor, televisor o proyector.

Estas tarjetas hacen uso de una unidad de procesamiento gráfico (GPU), término que a menudo se utiliza de manera incorrecta para referirse a la tarjeta gráfica en sí. Además, son conocidas con otros nombres como Adaptador de pantalla, Adaptador de vídeo, Placa de vídeo y Tarjeta aceleradora de gráficos.

¿Qué hay dentro de una tarjeta gráfica y cómo funciona?

Una tarjeta gráfica, también conocida como GPU (Graphics Processing Unit), es un componente esencial en una computadora que se encarga de procesar y renderizar gráficos para ser mostrados en un monitor. Aquí te explico los componentes principales y cómo funciona una tarjeta gráfica:

• GPU (Graphics Processing Unit): La GPU es el núcleo de la tarjeta gráfica. Es un procesador diseñado específicamente para realizar cálculos relacionados con gráficos y visualización. La GPU es responsable de realizar operaciones intensivas en paralelo, lo que la hace especialmente adecuada para procesar grandes cantidades de datos gráficos simultáneamente.

• Memoria de video: Las tarjetas gráficas tienen su propia memoria dedicada, llamada memoria de video. Esta memoria almacena texturas, shaders, y otros datos necesarios para renderizar gráficos en alta resolución y con buen rendimiento. La cantidad y velocidad de la memoria de video son factores importantes en el rendimiento de la tarjeta gráfica.

• Unidad de procesamiento de geometría: Esta unidad se encarga de procesar información geométrica tridimensional. Realiza cálculos para determinar la posición exacta de los objetos en el espacio 3D.

• Unidad de procesamiento de píxeles: Esta unidad se encarga de realizar operaciones a nivel de píxeles, como sombreado, iluminación y texturización. Trabaja en la información de cada píxel para producir un resultado final.

• Controladores y firmware: La tarjeta gráfica tiene controladores de software que permiten la comunicación entre la tarjeta y el sistema operativo de la computadora. También puede tener firmware, que es un software de bajo nivel que controla el funcionamiento interno de la tarjeta.

• Conectores de salida: Las tarjetas gráficas tienen puertos de salida para conectar monitores y otros dispositivos de visualización. Los tipos de conectores pueden incluir HDMI, DisplayPort, DVI, entre otros.

Funcionamiento básico:

Cuando se ejecuta una aplicación que requiere gráficos, la CPU envía instrucciones y datos a la GPU a través de los controladores. La GPU procesa estos datos, realiza los cálculos necesarios para generar la imagen y envía los resultados a la memoria de video. Posteriormente, la tarjeta gráfica envía la imagen final al monitor a través de los conectores de salida.

La capacidad de la GPU para procesar gráficos complejos, renderizar texturas y realizar cálculos en paralelo contribuye significativamente al rendimiento visual en juegos, aplicaciones de diseño 3D y otras tareas intensivas en gráficos.

Reseña histórica

La historia de las tarjetas gráficas comienza a finales de los años 1960, cuando se produce la transición de utilizar impresoras como elemento de visualización a la incorporación de monitores. Inicialmente, las primeras tarjetas solo podían mostrar texto en formatos como 40x25 u 80x25, pero la introducción de los primeros chips gráficos, como el Motorola 6845, permitió dotar a los equipos basados en bus S-100 o Eurocard de capacidades gráficas. Las tarjetas que añadían un modulador de televisión fueron las pioneras en recibir el término "tarjeta de vídeo".

Con el éxito de los ordenadores domésticos y las primeras videoconsolas, los costos se redujeron al integrar estos chips directamente en la placa base, especialmente en diseños cerrados. Incluso en equipos con un chip gráfico incorporado, se comercializaron tarjetas de 80 columnas para añadir un modo de texto de 80x24 u 80x25 caracteres, especialmente para ejecutar programas CP/M, como los de Apple II y Spectravideo SVI-328.

Curiosamente, la tarjeta de vídeo del IBM PC, con su diseño abierto, popularizó el concepto de tarjeta gráfica intercambiable, a pesar de ser inicialmente una tarjeta de solo texto. El adaptador monocromo de pantalla (MDA) desarrollado por IBM en 1981 trabajaba en modo texto y podía representar 25 líneas de 80 caracteres en pantalla, utilizando una memoria VRAM de 4KB. Mientras tanto, el adaptador gráfico de vídeo (VGA) logró una aceptación masiva, dando paso al estándar Super Video Graphics Array (SVGA), que alcanzó los 2 MB de memoria VRAM y resoluciones de 1024 × 768 píxeles a 256 colores.

La competencia entre las PC, Commodore Amiga 2000 y Apple Macintosh reservó la integración de GPU en sus placas base, manteniendo la superioridad en rendimiento frente a las tarjetas gráficas de las PC de la época. Sin embargo, con la llegada del bus Peripheral Component Interconnect (PCI), que eliminó la limitación del bus Industry Standard Architecture (ISA), las tarjetas de PC se equipararon a los buses internos de sus competidores. Aunque menos eficientes en comparación (una GPU S3 ViRGE, una tarjeta gráfica avanzada en una PC, se convertía en un acelerador 3D profesional en Commodore Amiga con ranura Zorro III), la fabricación masiva y la adopción del bus PCI por otras plataformas hicieron que los chips gráficos VGA empezaran a salir del mercado de PC.

En 1995, la evolución de las tarjetas gráficas dio un giro importante con la aparición de las primeras tarjetas 2D/3D fabricadas por Matrox, Creative, S3 y ATI, que cumplían el estándar SVGA pero incorporaban funciones 3D.

En 1997, 3dfx lanzó el chip gráfico Voodoo, destacando por su potencia de cálculo y nuevos efectos 3D. A partir de este punto, se lanzaron tarjetas gráficas como Voodoo2 de 3dfx, TNT y TNT2 de NVIDIA. La potencia alcanzada por estas tarjetas saturó el ancho de banda del puerto PCI, llevando a Intel a desarrollar el Accelerated Graphics Port (AGP) en 1998 para solucionar esta limitación.

Desde 1999 hasta 2002, NVIDIA dominó el mercado de las tarjetas gráficas con su serie GeForce, centrando las mejoras en algoritmos 3D y la velocidad de los procesadores gráficos. Las memorias DDR se incorporaron a las tarjetas gráficas para mejorar la velocidad, aumentando las capacidades de memoria de vídeo de 32 MB en GeForce a 64 y 128 MB en GeForce 4.

Las videoconsolas de sexta generación y posteriores utilizaron chips gráficos derivados de los aceleradores 3D más potentes de su momento. Los Apple Macintosh incorporaron chips de NVIDIA y ATI desde el primer iMac, y los modelos PowerPC con bus PCI o AGP podían utilizar tarjetas gráficas de PC con BIOS independiente de la CPU.

A partir de 2006, NVIDIA y ATI (adquirida por AMD ese mismo año) lideraron el mercado con sus series exitosas de chips gráficos GeForce y Radeon, respectivamente.

En 2009, Intel intentó nuevamente ingresar al mercado de tarjetas gráficas con el proyecto "Larrabee", que no tuvo éxito, pero las tecnologías desarrolladas durante el proyecto persistieron como coprocesadores vectoriales especializados. En 2018, Intel anunció nuevos esfuerzos para desarrollar gráficos, dando lugar a la arquitectura Xe en 2020 y el lanzamiento de las primeras tarjetas gráficas dedicadas de la serie Intel Arc en 2022, marcando su regreso al mercado después de más de 20 años.

Tipos de Tarjetas graficas

Existen diferentes tipos de tarjetas gráficas diseñadas para satisfacer necesidades específicas, desde juegos hasta tareas profesionales de diseño gráfico o cálculos científicos. Aquí te presento algunos de los tipos comunes de tarjetas gráficas:

• Tarjetas gráficas de consumo general:

Propósito: Diseñadas para el usuario promedio, son ideales para tareas cotidianas, reproducción de videos y juegos casuales.

Ejemplos: NVIDIA GeForce GTX/RTX series, AMD Radeon RX series.

• Tarjetas gráficas para juegos de gama alta:

Propósito: Optimizadas para juegos intensivos en gráficos, ofrecen un rendimiento superior y características específicas para juegos.

Ejemplos: NVIDIA GeForce RTX 30 series, AMD Radeon RX 6000 series.

• Tarjetas gráficas de estación de trabajo:

Propósito: Diseñadas para profesionales que realizan tareas como diseño gráfico, modelado 3D, animación y edición de video.

Ejemplos: NVIDIA Quadro series, AMD Radeon Pro series.

• Tarjetas gráficas externas (eGPU):

Propósito: Permiten mejorar el rendimiento gráfico de una computadora portátil conectándola a una tarjeta gráfica externa.

Ejemplos: Razer Core, ASUS ROG XG Station.

• Tarjetas gráficas integradas:

Propósito: Incorporadas directamente en la placa madre, son adecuadas para tareas ligeras y no requieren una tarjeta gráfica dedicada.

Ejemplos: Intel UHD Graphics, AMD Radeon Vega Graphics.

• Tarjetas gráficas para minería de criptomonedas:

Propósito: Optimizadas para realizar cálculos intensivos necesarios para la minería de criptomonedas.

Ejemplos: NVIDIA CMP (Cryptocurrency Mining Processor), AMD Radeon RX 470/480 (utilizadas comúnmente para minería).

• Tarjetas gráficas de baja potencia:

Propósito: Consumen menos energía y son ideales para sistemas con limitaciones de potencia.

Ejemplos: NVIDIA GeForce GT series, AMD Radeon R5/R7 series.

 

Cabe destacar que dentro de cada categoría, hay diferentes modelos con variaciones en rendimiento, capacidades y precios. Al elegir una tarjeta gráfica, es importante considerar tus necesidades específicas, el presupuesto disponible y la compatibilidad con el resto de los componentes de tu sistema. Además, la tecnología y los modelos pueden evolucionar con el tiempo, por lo que es útil consultar revisiones y comparativas actualizadas al tomar decisiones de compra.

Preguntas Frecuentes

• ¿Qué es una tarjeta gráfica y para qué sirve? Una tarjeta gráfica, también conocida como GPU (Unidad de Procesamiento Gráfico), es un componente de hardware diseñado para procesar y renderizar gráficos y vídeos en una computadora. Su función principal es acelerar el procesamiento de imágenes, permitiendo una representación visual más rápida y eficiente en pantallas, lo que es crucial para actividades como juegos, diseño gráfico, edición de video y otras aplicaciones visuales intensivas.

• ¿Cuál es la función de los gráficos? Los gráficos en el contexto de las computadoras se refieren a la representación visual de datos o información. La función de los gráficos es proporcionar una interfaz visualmente comprensible para el usuario, mejorar la experiencia de usuario y facilitar la interpretación de la información. Los gráficos incluyen imágenes, animaciones, videos y otros elementos visuales que permiten una comunicación más efectiva y atractiva.

• ¿Cómo saber cuál es mi tarjeta gráfica? Puedes encontrar información sobre tu tarjeta gráfica de varias maneras:

En sistemas Windows, puedes abrir el "Administrador de dispositivos" (puedes buscarlo en el menú de inicio), expandir la categoría "Adaptadores de pantalla" y encontrarás tu tarjeta gráfica.

En sistemas macOS, puedes hacer clic en el logotipo de Apple en la esquina superior izquierda, seleccionar "Acerca de este Mac" y luego hacer clic en "Informe del sistema". Bajo "Hardware", selecciona "Gráficos/Visualización".

En sistemas Linux, puedes utilizar comandos como lspci | grep VGA en la terminal.

• ¿Cómo saber si mi PC tiene tarjeta gráfica integrada? Puedes verificar la presencia de una tarjeta gráfica integrada de varias maneras:

Utilizando el "Administrador de dispositivos" en Windows y buscando en la categoría "Adaptadores de pantalla".

En sistemas macOS, puedes revisar la información del sistema como se describió anteriormente.

En sistemas Linux, el comando lspci | grep VGA también mostrará la información de la tarjeta gráfica, indicando si es integrada.

• ¿Qué es mejor, tarjeta de video integrada o dedicada? Depende del uso previsto. Las tarjetas integradas comparten recursos con la memoria principal de la computadora y son adecuadas para tareas básicas. Las tarjetas dedicadas tienen su propia memoria y ofrecen un rendimiento superior, siendo ideales para juegos exigentes, diseño gráfico y edición de video. Para aplicaciones intensivas, una tarjeta dedicada es preferible, pero para un uso básico, una integrada puede ser suficiente.

• ¿Qué memoria utiliza una tarjeta gráfica integrada? Las tarjetas gráficas integradas comparten la memoria RAM principal del sistema. Utilizan parte de la memoria RAM de la computadora para almacenar datos temporales relacionados con gráficos y procesos visuales. Este enfoque puede limitar el rendimiento en comparación con tarjetas dedicadas que tienen su propia memoria GDDR (por ejemplo, GDDR5, GDDR6) más rápida y diseñada específicamente para tareas gráficas.