Viernes, 12 de Junio de 2015

Placas de video, primera parte: Guía completa

Una tarjeta gráfica discreta ofrece una flexibilidad y potencia que nos permite ejecutar videojuegos con gran calidad y utilizar aplicaciones de desarrollo multimedia y 3D con mayor rapidez y robustez.

Esta nota fue publicada originalmente en la edición 133 de revista POWER. Podes suscribirte a la versión impresa y/o digital aquí

Por Javier Richarte

Este artículo apunta a refrescar los conceptos más importantes relacionados a las interfaces de video y echar un vistazo al mercado para ver qué nos ofrece, clasificando distintas opciones para cada bolsillo.

Si deseamos jugar en serio, hacer modelos o animación 3D, la interfaz gráfica presente en la mayoría de los equipos PC no es suficiente. Al estar incorporada en el motherboard o en el microprocesador, surgen ciertas limitaciones. Una placa discreta (es decir, física y separada, no incorporada dentro de otro hardware) nos permite mayor libertad de elección, mayor potencia y un recambio más simple.

Una tarjeta gráfica discreta ofrece una flexibilidad y potencia que nos permite ejecutar videojuegos con gran calidad y utilizar aplicaciones de desarrollo multimedia y 3D con mayor rapidez y robustez.

Características técnicas

Sin duda los tres parámetros más importantes que posee una tarjeta gráfica son las características de su procesador (GPU, o Graphics Processing Unit), la cantidad de memoria con la que cuenta y el bus de datos que une ambos componentes, aspectos que veremos en breve, junto a otros parámetros también decisivos.

Actualmente en el mercado existen sólo dos fabricantes de chips gráficos para placas de video: Nvidia y AMD (que adquirió la empresa ATI). Sin embargo, existe una enorme cantidad de fabricantes de tarjetas gráficas (o ensambladores) que incorporan uno u otro chip gráfico (de Nvidia o de AMD), tales como Gigabyte, EVGA, MSI, XFX, Sapphire, etcétera.

Cada fabricante de GPU posee características propias que el otro no tiene, pero hay aspectos y parámetros fundamentales comunes a Nvidia y a AMD. Comenzaremos repasando las cuestiones comunes a ambos, para luego ver las tecnologías exclusivas de cada marca.

Tamaño_tarjeta

Si nuestro gabinete no es el adecuado no podrá albergar tarjetas gráficas de gran tamaño.

GPU

La GPU es un procesador, como la CPU, pero que se dedica al procesamiento de gráficos en general y de efectos 3D. Su labor es aligerar la carga de trabajo que tiene el microprocesador, debido a lo cual está optimizado para el cálculo en coma flotante y procesamiento paralelo, que es lo que predomina en las funciones de gráficos 3D.

La relación que permite la velocidad de procesamiento gráfico se da entre la GPU, los buses internos y la memoria de video del dispositivo.

La mayor parte de la información que podemos encontrar en las especificaciones de una tarjeta gráfica se refiere, principalmente, a las características de una GPU, ya que es el elemento más importante. Dos de los parámetros más relevantes de toda GPU son su frecuencia del reloj y la cantidad de pipelines y shaders que se encargan de traducir una imagen 3D compuesta por vértices y líneas, en una representación 2D, integrada sólo por píxeles.

Tarjeta gráfica al desnudo: sistema de refrigeración separado de la tarjeta gráfica en sí.

Tarjeta gráfica al desnudo: sistema de refrigeración separado de la tarjeta gráfica en sí.

Interfaz

Actualmente no hay diferentes interfaces para conectar la tarjeta al motherboard (como sí sucedía hasta hace una década), ya que el único estándar de conexión entre placa base y tarjetas gráficas es el PCI Express. Las distintas versiones se diferencian por la cantidad de carriles (x1, x4, x8 y x16) y sus revisiones (1.0, 2.0, 3.0 y el latente 4.0).

Bus de datos

El bus de una tarjeta gráfica es algo fundamental y en la mayoría de los casos determina de qué gama es el producto. Es un parámetro muy importante y no suele ser uno de los más exhibidos en las especificaciones; por eso, es uno de los primeros aspectos que debemos conocer al comprar una nueva tarjeta.

Este bus es un circuito que interconecta a la GPU con la memoria de la tarjeta. Si contamos con una tarjeta que tiene una GPU de excelente performance y unos chips de memoria de alta calidad y rendimiento, pero el bus que unifica ambos componentes no está a la altura, entonces el desempeño general de la interfaz gráfica estará limitado.

Todo bus de datos tiene un ancho, que se mide en bits. Hoy en día, las tarjetas más económicas, o de gama baja, tienen bus de 64 o 128 bits, lo que limita mucho el uso que le puede dar. Para que una tarjeta gráfica, en términos de ancho de bus, tenga un buen rendimiento gamer, se necesitan como mínimo 128 bits de ancho de bus. Este es, al menos, el valor que ofrece una calidad decente en resoluciones 1080p (1920×1080 píxeles). Actualmente en el mercado existen modelos de 64, 128, 256, 384 y 512 bits de ancho de bus. Cuanto mayor sea este valor, más rápida y más costosa será la tarjeta.

Gpu

Pequeña bestia: este diminuto procesador gráfico para notebooks encierra 3540 millones de transistores gracias al proceso de fabricación de 28 nm.

Memoria

La memoria (cantidad, tipo, frecuencia) de las tarjetas gráficas es un aspecto crucial en la elección de una nueva unidad.

Los modelos actuales pueden tener entre 1 y 12 GB de memoria RAM, aunque existen modelos de tarjetas gráficas profesionales (que no apuntan al mercado gamer, sino al ámbito profesional) que incluso pueden llegar a tener más.

Actualmente se producen y comercializan tarjetas gráficas con memoria GDDR3, GDDR4 y GDDR5 (hay rumores sobre el desarrollo de GDDR6 pero al menos por el momento no existe en el mercado). La memoria GDDR4 y GDDR5 están basadas en GDDR3, con algunas mejoras.

Pero no todo es la cantidad y el tipo, también hay que tener en cuenta la frecuencia de trabajo de la memoria RAM y la frecuencia efectiva, variante que resulta de multiplicar la frecuencia por el factor DDR que corresponda según el tipo de RAM (2 en GDDR3 y GDDR4, y 4 en GDDR5).

Por último, el ancho de banda es un parámetro que se obtiene multiplicando la frecuencia efectiva de la memoria RAM por el ancho de su bus (en bits) y luego se divide ese resultado por 8 (para pasar de gigabits a gigabytes). El valor final obtenido se expresa en GB/s. Básicamente, este valor expresa la velocidad con que el bus es capaz de transferir datos desde la memoria a la GPU.

Shaders

Volvemos a las entrañas mismas de la GPU para mencionar dos aspectos muy importantes de las tarjetas gráficas: los shaders. Se trata de software, o de modelos de software (set de instrucciones) que se ejecutan en unidades de procesamiento específicas de la GPU. Es decir, no es otra cosa que un lenguaje de programación. Técnicas como el HDR y el Parallax mapping se realizan mediante shaders, incluso el efecto del calor, que produce una distorsión visual de ondulación de la imagen.

Los Pixel shaders se dedican exclusivamente a sombrear e iluminar los píxeles de las texturas, se miden en cantidad y mientras más tenga mejor será el rendimiento final de la interfaz gráfica.

Los Vertex shaders cumplen la misma tarea pero en los vértices de los objetos 3D.

Sin embargo, desde hace unos años se habla de un término que unifica a ambos tipos de shaders: Unified shaders, que realizan las tareas de sendos tipos y además agrega las funciones de geometría.

Las GPUs se suelen diferenciar por la cantidad de unidades de procesamiento de shaders que tienen en su interior. Desde luego, cuanto más, mejor.

Salidas

Toda tarjeta gráfica posee al menos una salida hacia el monitor. Hoy en día, la mayoría de los modelos llega a tener varias de ellas, lo cual supone más flexibilidad para conectar distintos tipos de pantalla, e incluso la posibilidad de conectar más de un monitor simultáneamente (escritorio extendido). Veamos los posibles tipos de conectores de salida con los que nos podemos encontrar en una tarjeta gráfica moderna y sus características principales.

  • VGA: su sigla significa Video Graphics Adapter. Es el conector que se ha utilizado durante más tiemp para conectar computadoras y notebooks con monitores, televisores HD y proyectores de video. Se basa en un único cable y su conector es de 15 pines (conocido como D-Sub o DB-15).
    La información que transmite este estándar es analógica, a diferencia de nuevos estándares que lo suceden, como el DVI, el HDMI y el DisplayPort. Se lo utiliza desde hace tres décadas y, si bien actualmente sigue siendo popular, está siendo reemplazado desde hace años, paulatinamente, por diferentes nuevos estándares.
  • DVI: el significado de esta sigla es Digital Video Interface. Sin embargo, en realidad, los cables y conectores DVI puramente digitales son muy raros y difíciles de encontrar, siendo más comunes las versiones analógicas o híbridas (capaces de transmitir señales analógicas y digitales). Existen seis tipos de conexiones DVI. Todas usan el mismo conector pero varía la cantidad y distribución de los pines, a saber:
    DVI-I: permite conexiones analógicas y digitales.
    DVI-A: permite conexiones únicamente analógicas.
    DVI-D: es el cable/conector más popular y utilizado, permite conexiones digitales.
    Estos tres tipos de conexiones permiten transmitir imágenes en una resolución de hasta 1920×1080 píxeles (es decir, Full HD) a 60 Hz o cuadros por segundo. Sin embargo, existen conexiones DVI de enlace dual, que soportan resoluciones mayores:
  • DVI-I Dual Link: permite conexiones analógicas y digitales de hasta 2048×1536 píxeles a 60 Hz.
    P & D: soporta conexiones analógicas y digitales de hasta 2048×1536 píxeles a 60 Hz.
    DVI-D (Digital Only): permite conexiones digitales de hasta 2048×1536 píxeles a 60 Hz.
    El estándar DVI se emplea en tarjetas gráficas para computadoras, monitores, televisores de pantalla plana y proyectores de video.
    Existen adaptadores de DVI análogo a VGA (y viceversa) y de DVI digital a HDMI.
  • HDMI: al ser la interfaz más utilizada hoy en día, le vamos a dedicar mayor espacio, para conocer más en profundidad sus características y las ventajas que ofrece.
    La sigla HDMI significa High Definition Multimedia Interface o Interfaz multimedia de alta definición. Es un estándar que posibilita la comunicación entre dos equipos digitales, como un aparato de DVD, Blu-ray, HD-DVD, PC, notebook, cámara filmadora, consola de videojuegos o un sintonizador de televisión digital (DTV) hacia un monitor LCD, panel de plasma, proyector o televisor digital. Se trata de un bus serie bidireccional que utiliza un delgado cable y usa la tecnología TDMS para trasmitir los datos.
    Esta conexión se lleva a cabo por medio de un único cable, también llamado HDMI, que en su interior aloja 19 hilos. A través de él se puede transferir video estándar o de alta resolución, y múltiples canales de audio digital.
DisplayPort, HDMI y DVI son los tres conectores más comunes hoy en día.

DisplayPort, HDMI y DVI son los tres conectores más comunes hoy en día.

 

Requerimientos

No cualquier tarjeta gráfica es para cualquier PC. Si contamos con un procesador realmente potente pero contamos con una tarjeta gráfica de gama baja, los resultados serán flojos. Lo mismo al revés. Un cuello de botella se produce generalmente entre el procesador y la tarjeta grafica. Es decir, si tenemos una tarjeta gráfica muy potente pero un procesador modesto (como un Intel Celeron o un AMD Sempron) debido a que la tarjeta gráfica genera demasiada información que el procesador no es capaz de procesar en tiempo y forma, se generan “tirones” en la imagen de juegos o en reproducción de video de alta definición. En estos casos lo ideal es cambiar el procesador por uno que esté a la altura de la interfaz gráfica.

No sólo el microprocesador tiene requerimientos mínimos a la hora de adquirir una tarjeta gráfica, sino también las fuentes de energía y los motherboards.

Si bien son muy pocos los modelos de tarjetas gráficas capaces de exprimir la interfaz de conexión con el motherboard, lo ideal es que –más allá de la siempre bienvenida compatibilidad entre las distintas versiones de PCI-Express- el motherboard cumpla con el mismo estándar al cual pertenece la tarjeta gráfica. Por ejemplo: si planeamos comprar una tarjeta gráfica que es de interfaz PCI Express 2.0 debemos asegurarnos de que el motherboard sea de esa misma especificación o superior (como las versiones 2.1 o 3.0).

Para conocer todos los detalles de nuestra tarjeta gráfica nada mejor que GPU-Z de TechPowerUp. Es gratuito y se descarga de www.techpowerup.com/gpuz.

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Fuentes de energía

En cuanto a la fuente de energía, debemos recordar que las tarjetas gráficas de alta gama necesitan mucha potencia eléctrica para poder funcionar (más precisamente una buena cantidad de amperes en cada línea de 12 volts). En la hoja de datos o especificaciones de cada modelo de tarjeta gráfica se suele aclarar cuáles son las necesidades en materia de energía. Dato que hay que considerar no sólo al armar un equipo nuevo, sino al actualizar nuestra interfaz gráfica.

Además, si la fuente existente en nuestro equipo no cuenta con los conectores dedicados a tarjetas gráficas, nuestra placa no podrá funcionar adecuadamente. Incluso algunos modelos, como los de gama alta y extrema, requieren más de uno de estos conectores por su gran demanda energética.

Si planeamos adquirir una tarjeta de gama media a alta, necesitaremos una fuente de marca obligatoriamente. Las fuentes genéricas, las de mala calidad o las de especificaciones engañosas no podrán suplir las necesidades de una placa gráfica moderna. Cuanta más potencia tenga una fuente, mejor. Pero las fuentes de gran potencia son costosas. Debemos encontrar el balance entre potencia y costo que se ajuste a nuestras necesidades.

Para guiarnos en la elección de la fuente, debemos considerar el valor “TDP” de la tarjeta de video, que nos puede dar una indicación aproximada sobre su consumo eléctrico en Watts.

Los 75 Watts que el motherboard le provee a la tarjeta gráfica no siempre son suficientes. Por este motivo hay placas con uno, dos o tres conectores PCIe (o PEG) para energía adicional.

Los 75 Watts que el motherboard le provee a la tarjeta gráfica no siempre son suficientes. Por este motivo hay placas con uno, dos o tres conectores PCIe (o PEG) para energía adicional.

 

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  • gst990wrz.b

    La mejor medida para saber la potencia de la placa de video es el Poder de Procesamiento medido en TeraFlops o GigaFlops (millones de operaciones de punto flotante por segundo):

    https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_AMD_graphics_processing_units#Radeon_R600_.28HD_2xxx.2C_HD_3xxx.29_Series

    aunque no suele aparecer en la caja, por lo que si no podes fijarte en internet el mejor referente en el momento es el Ancho de Bus.

  • Pedro Marmol

    Vale aclarar que el tema del “Bus” y los Gb/Seg que maneje la VGA ya no son parametro para comparar directamente entre Nvidia y AMD, las placas de Nvidia tienen un metodo de compresion de textura que ya no hace necesario manejarse con memorias con un bus elevado y grandes tasas de transferencia, el ejemplo perfecto es la GTX960.

  • kolla carlos

    se agradece la nota muy buena

  • Thomas

    Excelente nota sobre programadores Senior. Los mas buscados de Argentina. léanla es buenísima. No es un virus ni ninguna pavada.

    http://www.linkbucks.com/CY556

    • =P

      con que necesidad tenias que ponerle linkbucks -.-‘

    • -.-

      Hacia falta linkbucks, no podes!!

    • gst990wrz.b

      uff se nota que no es un virus siendo que ocultas la URL…

    • Magnamuz

      terrible virus…

  • mlaborem

    ¡Buen artículo, en general! Pero faltó la explicación de la conexión DislplayPort.

  • Santiago Postorivo

    Muy bueno

  • Andres

    Excelente artículo! Salu2