Tarjeta gráfica
Tarjeta de expansión que genera una fuente de imágenes de salida a un dispositivo de visualización

Tarjeta gráfica
Radeon HD 5570 de Sapphire , una tarjeta de video PCI Express con puertos VGA, HDMI y DVI y un pequeño ventilador de enfriamiento
Se conecta aPlaca base  a través de uno de:

Visualizar mediante uno de los siguientes métodos:

Una imagen de una tarjeta gráfica AMD Radeon RX 6900 XT
Una tarjeta gráfica de consumo moderna: una Radeon RX 6900 XT de AMD

Una tarjeta gráfica (también llamada tarjeta de video , tarjeta de pantalla , acelerador de gráficos , adaptador de gráficos , tarjeta VGA/VGA , adaptador de video , adaptador de pantalla o coloquialmente GPU ) es una tarjeta de expansión de computadora que genera una señal de salida gráfica 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 un procesador gráfico integrado en la placa base o la unidad central de procesamiento (CPU). Una unidad de procesamiento gráfico (GPU) que realiza los cálculos necesarios es el componente principal de una tarjeta gráfica, pero el acrónimo "GPU" a veces también se usa para referirse erróneamente a la tarjeta gráfica como un todo. [1]

La mayoría de las tarjetas gráficas no se limitan a la simple salida de pantalla. La unidad de procesamiento gráfico se puede utilizar para procesamiento adicional, lo que reduce la carga de la CPU. [2] Además, las plataformas informáticas como OpenCL y CUDA permiten utilizar tarjetas gráficas para computación de propósito general . Las aplicaciones de computación de propósito general en tarjetas gráficas incluyen entrenamiento de IA , minería de criptomonedas y simulación molecular . [3] [4] [5]

Por lo general, una tarjeta gráfica viene en forma de una placa de circuito impreso (placa de expansión) que se inserta en una ranura de expansión. [6] Otras pueden tener carcasas dedicadas y se conectan al ordenador a través de una estación de acoplamiento o un cable. Estas se conocen como GPU externas (eGPU).

Las tarjetas gráficas suelen preferirse a los gráficos integrados para lograr un mayor rendimiento.

Historia

Las tarjetas gráficas, también conocidas como tarjetas de video o unidades de procesamiento gráfico (GPU), han evolucionado históricamente junto con los estándares de visualización de las computadoras para adaptarse a las tecnologías avanzadas y las demandas de los usuarios. En el ámbito de los IBM PC compatibles, los primeros estándares incluyeron Monochrome Display Adapter (MDA) , Color Graphics Adapter (CGA) , Hercules Graphics Card , Enhanced Graphics Adapter (EGA) y Video Graphics Array (VGA) . Cada uno de estos estándares representó un paso adelante en la capacidad de las computadoras para mostrar más colores, resoluciones más altas e interfaces gráficas más ricas, sentando las bases para el desarrollo de las capacidades gráficas modernas.

A finales de los años 1980, los avances en informática personal llevaron a empresas como Radius a desarrollar tarjetas gráficas especializadas para el Apple Macintosh II . Estas tarjetas eran únicas porque incorporaban capacidades discretas de QuickDraw 2D , mejorando la salida gráfica de las computadoras Macintosh al acelerar la representación de gráficos 2D. QuickDraw, una parte fundamental de la interfaz gráfica de usuario de Macintosh, permitió la representación rápida de gráficos de mapa de bits, fuentes y formas, y la introducción de tales mejoras basadas en hardware marcó una era de procesamiento de gráficos especializado en máquinas de consumo.

La evolución del procesamiento gráfico dio un gran salto a mediados de los años 90 con la introducción de la serie Voodoo por parte de 3dfx Interactive , una de las primeras GPU orientadas al consumidor que admitían aceleración 3D. Sin embargo, estas tarjetas estaban dedicadas por completo al procesamiento 3D y carecían de soporte 2D, por lo que era necesario utilizar una tarjeta gráfica 2D independiente. La arquitectura de Voodoo marcó un cambio importante en la computación gráfica al descargar la exigente tarea de renderizado 3D de la CPU a la GPU, lo que mejoró significativamente el rendimiento de los juegos y el realismo gráfico.

El desarrollo de GPU totalmente integradas que pudieran manejar renderizado tanto en 2D como en 3D llegó con la introducción de la NVIDIA RIVA 128. Lanzada en 1997, la RIVA 128 fue una de las primeras GPU orientadas al consumidor en integrar unidades de procesamiento tanto 3D como 2D en un solo chip. Esta innovación simplificó los requisitos de hardware para los usuarios finales, ya que ya no necesitaban tarjetas separadas para renderizado 2D y 3D, allanando así el camino para la adopción generalizada de GPU más potentes y versátiles en computadoras personales.

En la actualidad, la mayoría de las tarjetas gráficas se fabrican con chips de dos fabricantes dominantes: AMD y Nvidia . Estas tarjetas gráficas modernas son multifuncionales y admiten varias tareas más allá de la representación de imágenes 3D para juegos. También proporcionan procesamiento de gráficos 2D, decodificación de video , salida de TV y configuraciones de múltiples monitores . Además, muchas tarjetas gráficas ahora tienen capacidades de sonido integradas, lo que les permite transmitir audio junto con la salida de video a televisores o monitores conectados con parlantes incorporados, lo que mejora aún más la experiencia multimedia.

En el sector de los gráficos, estos productos suelen denominarse placas complementarias para gráficos (AIB, por sus siglas en inglés). [7] El término "AIB" enfatiza la naturaleza modular de estos componentes, ya que normalmente se agregan a la placa base de un ordenador para mejorar sus capacidades gráficas. La evolución desde los primeros días de las tarjetas 2D y 3D independientes hasta las GPU integradas y multifuncionales actuales refleja los avances tecnológicos en curso y la creciente demanda de experiencias visuales y multimedia de alta calidad en informática.

Gráficos discretos vs integrados

Arquitectura clásica de computadora de escritorio con una tarjeta gráfica distinta sobre PCI Express . Anchos de banda típicos para tecnologías de memoria dadas, falta la latencia de memoria . No es posible la copia cero entre GPU y CPU , ya que ambas tienen sus memorias físicas distintas. Los datos deben copiarse de una a otra para poder compartirse.
Gráficos integrados con memoria principal particionada : una parte de la memoria del sistema se asigna exclusivamente a la GPU. No es posible realizar copias cero, los datos deben copiarse, a través del bus de memoria del sistema, de una partición a otra.
Gráficos integrados con memoria principal unificada , como los que se encuentran en AMD “Kaveri” o PlayStation 4 ( HSA )

Como alternativa al uso de una tarjeta gráfica, el hardware de video se puede integrar en la placa base , la CPU o un sistema en chip como gráficos integrados. Las implementaciones basadas en la placa base a veces se denominan "video integrado". Algunas placas base admiten el uso de gráficos integrados y la tarjeta gráfica simultáneamente para alimentar pantallas separadas. Las principales ventajas de los gráficos integrados son: un bajo costo, compacidad, simplicidad y bajo consumo de energía. 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) separada, un sistema de enfriamiento y reguladores de energía dedicados. 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 un mayor rendimiento en el procesamiento de gráficos. Tales mejoras en el rendimiento se pueden ver en los videojuegos , la animación 3D y la edición de video . [8] [9]

Tanto AMD como Intel han presentado CPU y chipsets para placas base que admiten la integración de una GPU en el mismo chip que la CPU. AMD anuncia CPU con gráficos integrados bajo la marca registrada Accelerated Processing Unit (APU), mientras que Intel promociona una tecnología similar bajo " Intel Graphics Technology ". [10]

Demanda de energía

A medida que aumentó la potencia de procesamiento de las tarjetas gráficas, también lo hizo su demanda de energía eléctrica. Las tarjetas gráficas de alto rendimiento actuales tienden a consumir grandes cantidades de energía. Por ejemplo, la potencia de diseño térmico (TDP) de la GeForce Titan RTX es de 280 vatios . [11] Cuando se probó con videojuegos, la GeForce RTX 2080 Ti Founder's Edition promedió 300 vatios de consumo de energía. [12] Si bien los fabricantes de CPU y fuentes de alimentación han apuntado recientemente hacia una mayor eficiencia, las demandas de energía de las tarjetas gráficas continuaron aumentando, con el mayor consumo de energía de cualquier parte individual en una computadora. [13] [14] Aunque las fuentes de alimentación también han aumentado su potencia de salida, el cuello de botella se produce en la conexión PCI-Express , que se limita a suministrar 75 vatios. [15]

Las tarjetas gráficas modernas con un consumo de energía superior a 75 vatios suelen incluir una combinación de conectores 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 computadoras. 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 las computadoras con dos o más tarjetas gráficas de alta gama. [ cita requerida ]

A partir de la serie Nvidia GeForce RTX 30, arquitectura Ampere , se ha registrado que una RTX 3090 personalizada denominada "Hall of Fame" alcanza un consumo máximo de energía de hasta 630 vatios. Una RTX 3090 estándar puede alcanzar un máximo de 450 vatios. La RTX 3080 puede alcanzar hasta 350 vatios, mientras que una 3070 puede alcanzar un consumo máximo de energía similar, si no ligeramente inferior. Las tarjetas Ampere de la variante Founders Edition cuentan con un diseño de enfriador de "flujo axial dual" [16] , que incluye ventiladores por encima y por debajo de la tarjeta para disipar la mayor cantidad de calor posible hacia la parte trasera de la carcasa de la computadora. La tarjeta gráfica Sapphire Radeon RX Vega 56 Pulse utilizó un diseño similar. [17]

Tamaño

Las tarjetas gráficas para computadoras de escritorio tienen diferentes perfiles de tamaño, lo que permite agregar tarjetas gráficas a computadoras de menor tamaño. Algunas tarjetas gráficas no son del tamaño habitual y se denominan "de perfil bajo". [18] [19] Los perfiles de las tarjetas gráficas se basan solo en la altura, y las tarjetas de perfil bajo ocupan menos que la altura de una ranura PCIe, algunas pueden ser tan bajas como "media altura". [ cita requerida ] La longitud y el grosor pueden variar mucho, y las tarjetas de alta gama generalmente ocupan dos o tres ranuras de expansión, y las tarjetas gráficas modernas de alta gama como la RTX 4090 superan los 300 mm de longitud. [20] 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 adaptarse a placas base más grandes en tamaños como ATX y micro ATX. [ cita requerida ]

Caída de la GPU

A finales de la década de 2010 y principios de la de 2020, algunos modelos de tarjetas gráficas de alta gama se han vuelto tan pesados ​​que es posible que se comben hacia abajo después de instalarlos sin el soporte adecuado, por lo que muchos fabricantes proporcionan soportes adicionales. [21] La caída de la GPU puede dañar una GPU a largo plazo. [21]

Escalado de múltiples tarjetas

Algunas tarjetas gráficas se pueden vincular entre sí para permitir el escalado del 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. [22] AMD y Nvidia tienen métodos de escalado propietarios, CrossFireX para AMD y SLI (desde la generación de Turing , reemplazado por NVLink ) para Nvidia. Las tarjetas de diferentes fabricantes de conjuntos de chips o arquitecturas no se pueden usar juntas para el escalado de varias tarjetas. Si las tarjetas gráficas tienen diferentes tamaños de memoria, se utilizará el valor más bajo y se descartarán los valores más altos. Actualmente, el escalado en tarjetas de consumo se puede realizar utilizando hasta cuatro tarjetas. [23] [24] [25] 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. [26] Como se mencionó anteriormente, los usuarios querrán usar 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. [27] Se necesita una fuente de alimentación grande para ejecutar las tarjetas en SLI o CrossFireX. Las demandas de energía deben conocerse antes de instalar una fuente adecuada. Para la configuración de cuatro tarjetas, se necesita una fuente de alimentación de más de 1000 vatios. [27] Con cualquier tarjeta gráfica relativamente potente, no se puede ignorar la gestión térmica. Las tarjetas gráficas requieren un chasis bien ventilado y buenas soluciones térmicas. Por lo general, se requiere refrigeración por aire o agua, aunque las GPU de gama baja pueden usar refrigeración pasiva. Las configuraciones más grandes usan soluciones de agua o refrigeración por inmersión para lograr un rendimiento adecuado sin limitación térmica. [28]

SLI y Crossfire se han vuelto cada vez menos comunes ya que la mayoría de los juegos no utilizan completamente múltiples GPU, debido al hecho de que la mayoría de los usuarios no pueden costearlos. [29] [30] [31] Todavía se utilizan múltiples GPU en supercomputadoras (como en Summit ), en estaciones de trabajo para acelerar video [32] [33] [34] y renderizado 3D, [35] [36] [37] [38] [39] efectos visuales , [40] [41] para simulaciones, [42] y para entrenar inteligencia artificial.

API de gráficos 3D

Un controlador de gráficos generalmente admite una o varias tarjetas del mismo proveedor y debe estar escrito para un sistema operativo específico. Además, el sistema operativo o un paquete de software adicional puede proporcionar ciertas API de programación para que las aplicaciones realicen renderizado 3D.

Disponibilidad de la API de renderizado 3D en todos los sistemas operativos
Sistema operativoVulcanoDirectXMetalOpenGLOpenGL ESOpenCL
VentanasSíMicrosoftNoSíSíSí
macOS , iOS y iPadOSVK fundidoNoManzanaSistema operativo MaciOS/iPadOSManzana
LinuxSíVinoNoSíSíSí
AndroideSíNoNoNvidiaSíSí
TizenEn desarrolloNoNoNoSí—
Sistema operativo SailfishEn desarrolloNoNoNoSí—

Uso específico

Algunas GPU están diseñadas teniendo en mente un uso específico:

  1. Juego de azar
  2. Juegos en la nube
  3. Puesto de trabajo
  4. Estación de trabajo en la nube
  5. Nube de inteligencia artificial
  6. Coche automatizado/sin conductor

Industria

A partir de 2016, los principales proveedores de las GPU (chips gráficos o chipsets) utilizadas en las tarjetas gráficas son AMD y Nvidia. En el tercer trimestre de 2013, AMD tenía una participación de mercado del 35,5%, mientras que Nvidia tenía el 64,5%, [43] según Jon Peddie Research. En economía, esta estructura de la industria se denomina duopolio . AMD y Nvidia también construyen y venden tarjetas gráficas, que se denominan placas complementarias gráficas (AIB) en la industria. (Véase Comparación de las unidades de procesamiento gráfico de Nvidia y Comparación de las unidades de procesamiento gráfico de 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 se refieren como "socios". [44] El hecho de que Nvidia y AMD compitan directamente con sus clientes/socios complica las relaciones en la industria. El hecho de que AMD e Intel sean competidores directos en la industria de las CPU también es digno de mención, ya que las tarjetas gráficas basadas en AMD pueden usarse en computadoras con CPU Intel. Los gráficos integrados de Intel pueden debilitar a AMD, en la que esta última obtiene una parte significativa de sus ingresos de sus APU . A partir del segundo trimestre de 2013, había 52 proveedores de AIB. [44] 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 , construyen tarjetas gráficas basadas en AMD y Nvidia. Otros, como EVGA , construyen solo 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 proveedores de AIB más grandes tienen su sede en Taiwán e incluyen a ASUS , MSI , GIGABYTE y Palit . Los fabricantes de AIB con sede en Hong Kong incluyen a Sapphire y Zotac . Sapphire y Zotac también venden tarjetas gráficas exclusivamente para las GPU AMD y Nvidia respectivamente. [45]

Mercado

Los envíos de tarjetas gráficas alcanzaron un máximo de 114 millones en 1999. En contraste, 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. [43] Los envíos alcanzaron un total anual de 44 millones en 2015. [ cita requerida ] Las ventas de tarjetas gráficas han tendido a la baja debido a las mejoras en las tecnologías gráficas integradas; los gráficos de alta gama integrados en la CPU 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, ya que los fabricantes han cambiado su enfoque para priorizar el mercado de juegos y entusiastas. [45] [46]

Más allá de los segmentos de juegos y multimedia, las tarjetas gráficas se han utilizado cada vez más para la informática de propósito general , como el procesamiento de big data . [47] 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 a alta experimentaron un aumento importante en el precio, y muchos minoristas tuvieron escasez de existencias debido a la importante demanda en este mercado. [46] [48] [49] Las empresas 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 de 2020-21 . [50]

Regiones

Una Radeon HD 7970 con el disipador térmico principal quitado, mostrando los componentes principales de la tarjeta. El objeto plateado grande e inclinado es la matriz de la GPU, que está rodeada por chips de RAM, que están cubiertos por disipadores térmicos de aluminio extruido. El circuito de suministro de energía está montado junto a la RAM, cerca del lado derecho de la tarjeta.

Una tarjeta gráfica moderna consta de una placa de circuito impreso en la que se montan los componentes, entre los que se incluyen:

Unidad de procesamiento gráfico

Una unidad de procesamiento gráfico ( 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 construcción de imágenes en un búfer de cuadros destinado a ser enviado a una pantalla. Debido al alto grado de complejidad computacional programable para tal tarea, una tarjeta gráfica moderna también es una computadora en sí misma.

Una tarjeta gráfica de media altura

Disipador de calor

La mayoría de las tarjetas gráficas modernas tienen un disipador de calor . Este distribuye el calor producido por la unidad de procesamiento gráfico de manera uniforme por todo el disipador y la unidad misma. El disipador de calor suele tener un ventilador montado para enfriar el disipador y la unidad de procesamiento gráfico. No todas las tarjetas tienen disipadores de calor; por ejemplo, algunas tarjetas se enfrían con líquido y, en su lugar, tienen un bloque de agua; además, las tarjetas de los años 80 y principios de los 90 no producían mucho calor y no necesitaban disipadores de calor. La mayoría de las tarjetas gráficas modernas necesitan soluciones térmicas adecuadas. Pueden refrigerarse con agua o mediante disipadores de calor con tubos de calor adicionales conectados, generalmente hechos de cobre, para lograr la mejor transferencia térmica. [ cita requerida ]

BIOS de vídeo

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 el tiempo de memoria, las velocidades de operación y los voltajes del procesador gráfico y otros detalles que a veces pueden modificarse. [ cita requerida ]

Las BIOS de video 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 de búfer de cuadros. No admite la conversión de YUV a RGB , el escalado de video, la copia de píxeles, la composición ni ninguna de las muchas otras funciones 2D y 3D de la tarjeta gráfica, a las que se debe acceder mediante controladores de software. [ cita requerida ]

Memoria de vídeo

TipoFrecuencia de reloj de memoria ( MHz )Ancho de banda (GB/s)
RDA200–4001.6–3.2
DDR2400–10663.2–8.533
DDR3800–21336.4–17.066
DDR41600–486612,8–25,6
DDR54000-880032-128
Memoria GDDR43000–4000160–256
Memoria GDDR51000–2000288–336,5
Memoria GDDR5X1000–1750160–673
Memoria GDDR61365–1770336–672
HBM250–1000512–1024

La capacidad de memoria de la mayoría de las tarjetas gráficas modernas varía de 2 a 24 GB . [51] Pero con hasta 32 GB a partir de la última década de 2010, las aplicaciones para el uso de gráficos se están volviendo más potentes y generalizadas. Dado que la memoria de video necesita ser accedida por la GPU y el circuito de pantalla, a menudo se utiliza una memoria especial de alta velocidad o multipuerto, como VRAM , WRAM , SGRAM , etc. Alrededor de 2003, la memoria de video generalmente se basaba en tecnología DDR . Durante y después de ese año, los fabricantes avanzaron hacia DDR2 , GDDR3 , GDDR4 , GDDR5 , GDDR5X y GDDR6 . La velocidad de reloj de memoria efectiva en las tarjetas modernas generalmente está entre 2 y 15  GHz . [ cita requerida ]

La memoria de vídeo se puede utilizar para almacenar otros datos además de la imagen de pantalla, como el búfer Z , que administra las coordenadas de profundidad en gráficos 3D , así como texturas , búferes de vértices y programas de sombreado compilados .

RAMDAC

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 un tipo de chip RAM que regula el funcionamiento de la tarjeta gráfica. Dependiendo de la cantidad de bits utilizados y la tasa de transferencia de datos RAMDAC, el convertidor podrá admitir diferentes frecuencias de actualización de la pantalla de la computadora. Con pantallas CRT, es mejor trabajar por encima de 75  Hz y nunca por debajo de 60 Hz, para minimizar el parpadeo. [52] (Esto no es un problema con las pantallas LCD, ya que tienen poco o ningún parpadeo. [ cita requerida ] ) Debido a la creciente popularidad de las pantallas de computadora digitales y la integración del RAMDAC en la matriz de la GPU, ha desaparecido en su mayoría como un componente discreto. Todos los monitores LCD/plasma y televisores y proyectores actuales con solo conexiones digitales funcionan en el dominio digital y no requieren un RAMDAC para esas conexiones. Hay pantallas que solo tienen entradas analógicas ( VGA , componentes, SCART , etc.) . Estas requieren un RAMDAC, pero reconvierten la señal analógica a digital antes de poder mostrarla, con la inevitable pérdida de calidad que se deriva de esta conversión de digital a analógico a digital. [ cita requerida ] Con la eliminación progresiva del estándar VGA en favor de los formatos digitales, los RAMDAC han comenzado a desaparecer de las tarjetas gráficas. [ cita requerida ]

Una Radeon HD 5850 con un DisplayPort, HDMI y dos puertos DVI

Interfaces de salida

Entrada de vídeo y salida de vídeo (VIVO) para S-Video (salida de TV), Interfaz visual digital (DVI) para televisión de alta definición (HDTV) y DE-15 para matriz de gráficos de vídeo (VGA)

Los sistemas de conexión más comunes entre la tarjeta gráfica y la pantalla del ordenador son:

Matriz de gráficos de vídeo (VGA) (DE-15)

Matriz de gráficos de vídeo ( DE-15 )

También conocido como D-sub , VGA es un estándar basado en analógico adoptado a fines de la década de 1980 diseñado para pantallas CRT, también llamado conector VGA . Hoy, la interfaz analógica VGA se utiliza para resoluciones de video de alta definición que incluyen 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 de resolución incluso mayor, la calidad de la imagen puede degradarse según la calidad y la longitud del cable. El grado de diferencia de calidad depende de la vista de la persona 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.

Interfaz visual digital (DVI)

Interfaz visual digital (DVI-I)

La interfaz visual digital es un estándar basado en lo digital diseñado para pantallas como pantallas planas ( LCD , pantallas de plasma, pantallas anchas de televisión de alta definición ) y proyectores de video. También hubo algunos monitores CRT de gama alta poco comunes que usaban DVI. Evita la distorsión de la imagen y el ruido eléctrico, haciendo corresponder cada píxel de la computadora 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 , lo que permite (a través de un simple adaptador) la salida de señal RGB estándar a un monitor CRT o LCD antiguo con entrada VGA.

Entrada de vídeo y salida de vídeo (VIVO) para S-Video, vídeo compuesto y vídeo componente

Conector VIVO

Estos conectores se incluyen para permitir la conexión con televisores , reproductores de DVD , grabadoras de vídeo y consolas de videojuegos . Suelen venir en dos variantes 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, salida de componente YP B P R y entrada y salida de video compuesto).

Interfaz multimedia de alta definición (HDMI)

Interfaz multimedia de alta definición

HDMI es una interfaz de audio/video compacta 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 compatible, monitor de computadora , proyector de video o televisión digital . [53] HDMI es un reemplazo digital para los estándares de video analógico existentes . HDMI admite protección contra copia a través de HDCP .

Puerto de visualización

Puerto de visualización

DisplayPort es una interfaz de pantalla digital desarrollada por la Asociación de Estándares de Electrónica de Vídeo (VESA). La interfaz se utiliza principalmente para conectar una fuente de vídeo a un dispositivo de visualización como un monitor de ordenador , aunque también se puede utilizar para transmitir audio, USB y otras formas de datos. [54] La especificación VESA no está sujeta a regalías . VESA la diseñó para sustituir a VGA , DVI y LVDS . La compatibilidad con versiones anteriores de VGA y DVI mediante el uso de adaptadores permite a los consumidores utilizar fuentes de vídeo equipadas con DisplayPort sin tener que sustituir 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 sustituya. [55] [56]

USB-C

Otros tipos de sistemas de conexión

TipoConectorDescripción
Vídeo compuesto
Para la visualización en sistemas analógicos con resoluciones SD ( PAL o NTSC ) [57] se puede utilizar la salida del conector RCA . El conector de un solo pin transporta toda la información de resolución, brillo y color, lo que lo convierte en la conexión de video dedicada de menor calidad. [58] Dependiendo de la tarjeta, es posible que se admita el sistema de color SECAM , junto con modos no estándar como PAL-60 o NTSC50 .
S-vídeo
Para la visualización en sistemas analógicos con resoluciones SD ( PAL o NTSC ), el cable S-video lleva dos pares de señal y tierra sincronizados, denominados Y y C , en un conector mini-DIN de cuatro pines . En el video compuesto, las señales coexisten en diferentes frecuencias. Para lograr esto, la señal de luminancia debe filtrarse con un filtro de paso bajo, lo que opacará la imagen. Como S-Video mantiene las dos señales separadas, este filtrado de paso bajo perjudicial para la luminancia es innecesario, aunque la señal de crominancia aún tiene un ancho de banda limitado en relación con el video componente.
7P
En algunos equipos informáticos (PC y Mac) se utilizan conectores mini-DIN de 7 pines no estándar (denominados "7P"). Un conector 7P acepta y es compatible con un conector S-Video estándar de 4 pines. [59] Los tres conectores adicionales se pueden utilizar para suministrar señal de video compuesto (CVBS) , RGB o YPbPr, o una interfaz I²C . [59] [60]
Mini DIN de 8 pines
Diagrama MiniDIN-8
El conector mini-DIN de 8 pines se utiliza en algunas tarjetas de vídeo ATI Radeon . [61]
Vídeo componente
Utiliza tres cables, cada uno con un conector RCA ( YC B C R para componentes digitales, o YP B P R para componentes analógicos); se utiliza en proyectores antiguos, consolas de videojuegos y reproductores de DVD. [62] Puede transportar resoluciones SDTV 480i / 576i y EDTV 480p / 576p , y resoluciones HDTV 720p y 1080i , pero no 1080p debido a las preocupaciones de la industria sobre la protección contra copias. Su calidad gráfica es equivalente a HDMI para las resoluciones que transporta, [63] pero para un mejor rendimiento para Blu-ray, otras fuentes de 1080p como PPV o 4K Ultra HD , se requiere un conector de pantalla digital.
DB13W3
Un estándar analógico utilizado anteriormente por Sun Microsystems , SGI e IBM .
DMS-59
Un conector que proporciona una salida DVI o VGA en un solo conector.
DE-9
El conector utilizado históricamente por las tarjetas gráficas EGA y CGA es un conector D-sub hembra de nueve pines ( DE-9 ). El estándar de señal y la distribución de pines son compatibles con versiones anteriores de CGA, lo que permite utilizar monitores EGA en tarjetas CGA y viceversa.

Interfaces de la placa base

ATI Graphics Solution Rev 3 de 1985/1986, compatible con gráficos Hercules . Como se puede ver en la placa de circuito impreso, el diseño se realizó en 1985, mientras que la marca en el chip central CW16800-A dice "8639", lo que significa que el chip se fabricó en la semana 39 de 1986. Esta tarjeta utiliza la interfaz ISA de 8 bits (XT) .

Cronológicamente, los sistemas de conexión entre tarjeta gráfica y placa base eran, principalmente:

  • Bus S-100 : Diseñado en 1974 como parte del Altair 8800, es el primer bus estándar de la industria para la industria de microcomputadoras.
  • ISA : Introducido en 1981 por IBM , se volvió dominante en el mercado en la década de 1980. Es un bus de 8 o 16 bits con una velocidad de reloj de 8 MHz.
  • NuBus : Utilizado en Macintosh II , es un bus de 32 bits con un ancho de banda promedio de 10 a 20 MB/s.
  • MCA : Introducido en 1987 por IBM, es un bus de 32 bits con una velocidad de reloj de 10 MHz.
  • EISA : Lanzado en 1988 para competir con el MCA de IBM, era compatible con el bus ISA anterior. Es un bus de 32 bits con una frecuencia de reloj de 8,33 MHz.
  • VLB : una extensión de ISA, es un bus de 32 bits con una velocidad de reloj de 33 MHz. También conocido como VESA.
  • PCI : Sustituyó a los buses EISA, ISA, MCA y VESA a partir de 1993. PCI permitía la conectividad dinámica entre dispositivos, evitando los ajustes manuales necesarios con jumpers . Es un bus de 32 bits con una velocidad de reloj de 33 MHz.
  • UPA : Una arquitectura de bus de interconexión introducida por Sun Microsystems en 1995. Es un bus de 64 bits con una velocidad de reloj de 67 u 83 MHz.
  • USB : Aunque se utiliza principalmente para dispositivos diversos, como dispositivos de almacenamiento secundario o periféricos y juguetes , existen pantallas y adaptadores de pantalla USB. Se utilizó por primera vez en 1996.
  • AGP : Se utilizó por primera vez en 1997. Es un bus dedicado a gráficos. Es un bus de 32 bits con una frecuencia de reloj de 66 MHz.
  • PCI-X : una extensión del bus PCI, se introdujo en 1998. Mejora el PCI al ampliar el ancho del bus a 64 bits y la frecuencia de reloj hasta 133 MHz.
  • PCI Express : abreviado como PCIe, es una interfaz punto a punto lanzada en 2004. En 2006, proporcionó una velocidad de transferencia de datos que duplica la de AGP. No debe confundirse con PCI-X , una versión mejorada de la especificación PCI original. Es el estándar para la mayoría de las tarjetas gráficas modernas.

La siguiente tabla es una comparación entre las características de algunas interfaces enumeradas anteriormente.

AutobúsAncho (bits)Frecuencia de reloj ( MHz )Ancho de banda (MB/s)Estilo
ISA XT84.778Paralelo
ISA EN168.3316Paralelo
MCA321020Paralelo
NUBUS321010–40Paralelo
EISA328.3332Paralelo
VESA3240160Paralelo
PCI32–6433–100132–800Paralelo
AGP 1x3266264Paralelo
AGP 2x3266528Paralelo
AGP 4x32661000Paralelo
AGP 8x32662000Paralelo
PCIe x112500 / 5000250 / 500De serie
PCIe x41 × 42500 / 50001000 / 2000De serie
PCIe x81 × 82500 / 50002000 / 4000De serie
PCIe x161 × 162500 / 50004000 / 8000De serie
PCIe ×1 2.0 [64]1500 / 1000De serie
PCIe ×4 2.01 × 42000 / 4000De serie
PCIe ×8 2.01 × 84000 / 8000De serie
PCIe ×16 2.01 × 165000 / 100008000 / 16000De serie
PCIe ×1 3.011000 / 2000De serie
PCIe ×4 3.01 × 44000 / 8000De serie
PCIe ×8 3.01 × 88000 / 16000De serie
PCIe ×16 3.01 × 1616000 / 32000De serie
PCIe ×1 4.012000 / 4000De serie
PCIe ×4 4.01 × 48000 / 16000De serie
PCIe ×8 4.01 × 816000 / 32000De serie
PCIe ×16 4.01 × 1632000 / 64000De serie
PCIe ×1 5.014000 / 8000De serie
PCIe ×4 5.01 × 416000 / 32000De serie
PCIe ×8 5.01 × 832000 / 64000De serie
PCIe ×16 5.01 × 1664000 / 128000De serie

Véase también

Referencias

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Fuentes

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Wikimedia Commons tiene medios relacionados con Tarjeta gráfica.
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