¿Cómo es una tarjeta de vídeo? ¿Y cómo funciona?

A estas alturas estamos acostumbrados a pensar en el ordenador como una aglomeración de “piezas” todas conectadas en la placa base, pero lo que a veces nos cuesta tener en cuenta es que cada una de estas “piezas” tiene su propia vida y tiene un funcionamiento específico e independiente de los demás (salvo la fuente de alimentación y la propia placa base).

Entre estas “piezas” se encuentra el tarjeta de vídeo, el que necesitas para transformar todo lo que nuestro ordenador procesa en imágenes y reproducirlas en un monitor. Especialmente en los tiempos modernos, esto ha tomado la la apariencia de una placa base reducida que también tiene su propio procesador, sus propios ventiladores, sus propios cables, conectores, etc.

El siguiente artículo pretende explicar, en los términos más sencillos posibles, cómo se fabrica una tarjeta de vídeo y su (complejo) funcionamiento: hay que destacar que el lenguaje será lo más alejado posible de lo técnico y que cada explicación se simplificará al máximo, sacrificando a veces esos “términos y tecnicismos” incomprensibles que podrían asustar a la mayoría.

Dicho esto, ¡empecemos nuestro viaje!

Cómo se fabrica una tarjeta de vídeo: los principales componentes

La imagen de arriba habla por sí misma: incluso el tarjeta de vídeo, al igual que la placa base, se compone de un procesador, RAM, una BIOS y un conjunto de ranuras y conectores instalado en una placa de circuito. Empecemos por echar un vistazo a los principales componentes.

La interfaz del PC.

Como cualquier componente de cualquier ordenador, el la tarjeta de vídeo debe estar conectada a la placa base para poder comunicarse con la CPU y para poder alimentarse a sí misma; sin embargo, puede ocurrir que una tarjeta de vídeo – especialmente si es moderna y potente – tenga un chip que permite la conexión directa con la fuente de alimentación.

Los modos actuales de conexión de las tarjetas de vídeo y de las tarjetas gráficas, que se diferencian entre sí por la forma de la ranura y la funcionalidad, son:

  • PCI: introducido en 1993, no requiere puentes para su configuración;
  • AGP: estándar introducido 4 años más tarde y dedicado únicamente a las tarjetas gráficas, fue introducido y adoptado globalmente con la llegada del fenómeno de las tarjetas aceleradas en 3D;
  • PCI-e (PCI-express): introducido en 2004 como una evolución de PCI, rápidamente suplantó a AGP por su mayor potencia y se convirtió en el estándar de facto para conectar la tarjeta de vídeo y la placa base.

LA GPU

La unidad de procesamiento gráfico -o GPU- es el “corazón” de la tarjeta de vídeo moderna, la que realmente le permite procesar imágenes mientras realiza rápidamente la mayor parte de las matemáticas y geometrías complejas requeridas y coordinar el envío de la imagen al monitor en el momento adecuado. Por lo general, el La GPU es prácticamente invisible porque, dada su alta velocidad de procesamiento y la consiguiente capacidad de producir mucho calor, está “escondido” bajo un gran ventilador o un disipador de calor.

La curiosidad: En las tarjetas de vídeo más antiguas (no aceleradas), el trabajo realizado por la GPU era mucho menos oneroso, ya que se limitaba a “leer secuencialmente” los datos ya procesados por la CPU, enviarlos a la RAM y gestionar el DAC (que veremos más adelante).

LA BIOS

De la misma manera que los ordenadores, la BIOS (sistema básico de entrada/salida) es un chip que almacena la configuración de la tarjeta de vídeo y ejecuta todas las pruebas de diagnóstico de memoria, entrada y salida. de la propia tarjeta.

RAM

Como hemos mencionado antes, es el GPU para hacer los cálculos y crear las imágenes. y, en consecuencia, se necesita un componente que pueda almacenar la información procesada por la GPU y eventualmente el imágenes completadas mientras se espera para enviarlos al monitor: esta tarea es hecho por la RAM.

Cada posición de memoria en la RAM es responsable de. almacena los datos de cada píxel, incluyendo el color y su ubicación en la pantalla; hablamos de la RAM en el modo buffer de fotogramas cuando una parte se dedica a almacenamiento de imágenes completas hasta que se vayan a mostrar.

La memoria RAM actúa a alta velocidad, es de doble puerto (se puede leer y escribir en ella al mismo tiempo) y está directamente conectada al DAC (para tarjetas de vídeo con salida VGA).

EL DAC (O RAMDAC)

El DAC no es otro que un componente capaz de convertir la señal digital generado por la GPU y la RAM en un señal analógica que puede ser leída y utilizada por los monitores VGA… (sólo se utiliza para la “sincronización” de la paleta en caso de conexión DVI/HDMI, ya que en este caso el monitor es capaz de leer la señal digital y no hay necesidad de conversión).

Algunas tarjetas gráficas específicas (por ejemplo, las de los portátiles o algunas tarjetas de gama alta) tienen múltiples DACs, esto permite mejorar aún más la calidad de la imagen y admiten más de un monitor.

El DAC envía las imágenes al monitor a través de un cable de conexión disponible hasta la fecha en diversos formatos.

La conexión tarjeta-monitor (salidas de vídeo)

Existen varios tipos de conexión entre la tarjeta de vídeo y el monitor, todos ellos reconocibles por la diferente forma de la carcasa de la parte posterior de la tarjeta (la parte que “sale” y permite introducir los cables). Los más utilizados hoy en día son:

  • VGA: se trata de una norma de 1987, compatible con los monitores de tubo de rayos catódicos (CRT), pero que todavía se utiliza hoy en día para la compatibilidad en un gran número de monitores LCD. Al ser un estándar bastante antiguo, sufre algunos problemas estructurales, los más conocidos están relacionados con la resolución y la distorsión de la imagen;
  • DVI: introducido debido a los monitores LCD, resuelve los problemas relacionados con la resolución y que se encuentran en el estándar VGA; puede ser utilizado por monitores LCD, proyectores y televisores de plasma;
  • HDMI: Se trata de una norma de 2003 capaz de para soportar resoluciones de alta definición (y, por consiguiente, los monitores HDMI) y que sigue tratando de imponerse a todos los demás estándares.

Otros tipos de conexión pueden ser:

  • S-Video: para conectar a televisores, reproductores de DVD y proyectores;
  • ViVo: utilizado para conectarse a las cámaras analógicas;
  • DisplayPort: Competidor directo de HDMI, se utiliza tanto para las conexiones de PC a monitor como para los sistemas de cine en casa.

Los modos de funcionamiento

Aunque estemos acostumbrados a pensar en la tarjeta de vídeo como algo que produce de forma autónoma las imágenes que vemos en la pantalla, debemos subrayar algunos aspectos sobre su funcionamiento: una tarjeta de vídeo puede, de hecho, mostrar contenidos siguiendo diferentes modos de funcionamiento, que explicamos a continuación.

Modo texto

Prácticamente todas las tarjetas de vídeo tienen este modo: el monitor es “organizado” por la tarjeta como una cuadrícula de casillas, cada una de las cuales contendrá un carácter creado por un generador de la tarjeta – un generador que no sólo creará el carácter, sino que también creará el texto. gestión y envío al monitor – y eventualmente almacenado en código ASCII por la RAM de vídeo.

Modo gráfico

También este modo está presente en todas las tarjetas gráficas: a diferencia del modo texto, los códigos ASCII leídos no serán “convertidos” en caracteres por un generador sino la imagen completa se creará píxel a píxel principalmente en formato de mapa de bits, especificando el color de cada uno en la RAM – claramente, la cantidad de RAM requerida por el modo gráfico es más que la requerida por el modo texto.

Modo acelerado 2D

Las tarjetas gráficas con aceleración 2D son las que estamos acostumbrados a ver desde hace al menos una década, es decir, las equipadas con GPU que puede “ayudar” al procesador del ordenador… en realizar parte de las funciones (dibujar líneas, arcos y formas simples) y de los cálculos necesarios para mostrar las imágenes.

También está presente en ellos un avanzado generador de caracteres, capaz de funcionar también en modo gráfico.

Modo acelerado 3D

Este tipo de tarjeta tiene la funcionalidad de aceleración 2D y un modo 3D, en el que la GPU realiza más cálculos – para alegría de la CPU, cuyo único trabajo es proporcionar los datos geométricos a través de los cuales la propia GPU calculará los píxeles fotograma a fotograma.

Este modo requiere una gran cantidad de memoria RAM -que contendrá las texturas que se aplicarán a los píxeles-, alta frecuencia y capacidad de cálculo en paralelo (con múltiples “corazones” para cada GPU): el procesador gráfico debe ser capaz de calcular rápidamente los detalles de la superficie (visibilidad, coordenadas, texturas y píxeles relacionados) a partir de los datos geométricos proporcionados por la CPU.

La curiosidad: hay algunas características de aceleración que mejoran la calidad de la imagen, además del proceso de texturización realizado por la GPU, y se implementan a nivel de software. Entre ellos se encuentra el sombreadores de píxeles, renderizado, sombreadores de vértices y filtros antialiasing y ansiotrópicos.

¿Múltiples tarjetas de vídeo a la vez? SLI y CrossFire

Dadas las velocidades que alcanzan las tarjetas gráficas actuales, todavía hay casos en los que es necesario… para conseguir aún más potencia, al tener -prácticamente- dos o más placas trabajando en paralelo al mismo tiempo.

Los dos mayores fabricantes de tarjetas de vídeo que existen actualmente en el mercado -NVIDIA y AMD/ATI- han respondido a esta demanda con dos tecnologías diferentes pero con un objetivo común, SLI para el primer fabricante y CrossFire para el segundo.

Tecnología SLI – Interfaz de enlace escalable – por NVIDIA le permite conectar dos tarjetas de vídeo absolutamente idénticas (o más, en hardware de nueva generación) en paralelo, capaces de compartir el trabajo dividiendo virtualmente la pantalla en múltiples “sectores”, cada uno de los cuales será asumido por cada una de las tarjetas de vídeo conectadas en SLI; los datos se fusionarán y se enviarán al monitor.

Evidentemente, para aprovechar las ventajas de SLI, es necesario tener un una fuente de alimentación lo suficientemente potente para apoyarlo todo, un placa base compatible (que tiene varias ranuras PCI-e): las tarjetas se conectan entre sí a través de dos conectores disponible en el paquete.

Al igual que con SLI, CrossFireX requiere una placa base capaz de dos ranuras PCI-e para insertar ambas tarjetas, sin embargo las dos tarjetas de vídeo no tienen por qué ser idénticas. (Hybrid CrossFire) pero basta con que uno de ellos sea a CrossFire Master capaz de distribuir independientemente la carga entre el hardware disponible.

Las tarjetas conectadas en CrossFire se conectaron inicialmente con un conector especial de para conectarse a los dos puertos DVI de las tarjetas… y luego al propio monitor; actualmente el modo de conexión en CrossFireX es interno, similar a la tecnología SLI..

Tarjetas de vídeo integradas

Este es un escenario que concierne más que nada a los portátiles o a todos esos dispositivos “comprimidos”: la tarjeta de vídeo en este caso se deriva directamente de la placa base y comparte tanto la CPU como la memoria RAM, con problemas evidentes en caso de solicitud de características 3D particulares.

Sin embargo, con el paso del tiempo y el perfeccionamiento de los procesos de producción, se ha podido para superar al menos parcialmente este problema y crear tarjetas de vídeo dedicadas. (discreto) que pueden equipar los ordenadores portátiles, tarjetas que en ese caso tienen sus propios recursos y pueden alcanzar un rendimiento incluso notable, casi a la par de sus homólogas de sobremesa.

Con las últimas tecnologías es posible obtener un procesamiento gráfico paralelo a través de tarjetas de vídeo duales también en los portátiles, con grandes ventajas para el rendimiento y el ahorro de energía: la solución proporcionada por NVIDIA (tarjeta NVIDIA discreta + tarjeta Intel integrada) se llama Optimus, mientras que la proporcionada por AMD (tarjeta discreta AMD + APU AMD) responde al nombre de Gráficos duales Radeon (antes Hybrid CrossFireX).

El funcionamiento de Optimus y Dual Graphics puede ser gestionado y definido a través de un software de gestión especial ofrecido por los fabricantes y habilitado/deshabilitado a través de la BIOS EFI.