Tarjeta gráfica (GPU): definición, funcionamiento y tipos
Descubre qué es una tarjeta gráfica, cómo funciona y los tipos existentes para elegir la GPU ideal para juegos, diseño 3D y rendimiento profesional.
En informática, una tarjeta de vídeo (también llamada tarjeta gráfica o acelerador de gráficos) es una placa de circuito especial que controla lo que se muestra en el monitor de un ordenador y calcula imágenes y gráficos en 3D.
Una tarjeta de vídeo puede utilizarse para mostrar una imagen bidimensional (2D), como un escritorio, o una imagen tridimensional (3D), como un juego de ordenador. Los arquitectos, ingenieros y diseñadores suelen utilizar programas de diseño asistido por ordenador (CAD) para crear modelos 3D en sus ordenadores. Si un ordenador tiene una tarjeta de vídeo muy rápida, el usuario puede crear modelos 3D muy detallados.
La mayoría de los ordenadores tienen una capacidad básica de vídeo y gráficos integrada en la placa base del ordenador. Estos chips de vídeo "integrados" no son tan rápidos como los de las tarjetas gráficas independientes o "discretas". Son lo suficientemente rápidos para el uso básico del ordenador y los juegos de ordenador básicos. Si el usuario quiere gráficos más rápidos y detallados, puede instalar una tarjeta de vídeo.
Cómo funciona una tarjeta gráfica (GPU)
La tarjeta gráfica incluye un procesador especializado llamado GPU (unidad de procesamiento gráfico) y memoria dedicada (VRAM). Mientras la CPU se encarga de la lógica general del sistema y tareas secuenciales, la GPU está optimizada para realizar muchísimas operaciones en paralelo, lo que la hace ideal para calcular píxeles, vértices y efectos visuales simultáneamente.
El flujo básico de trabajo suele ser:
- La CPU envía comandos y datos a la GPU a través del bus del sistema (habitualmente PCI Express).
- La GPU procesa geometría, texturas y sombreado mediante shaders y unidades de cómputo paralelas.
- Los resultados quedan almacenados en la VRAM o se envían directamente al monitor mediante salidas de vídeo (HDMI, DisplayPort, DVI, etc.).
Componentes principales
- GPU: núcleo de procesamiento gráfico (mide el rendimiento mediante núcleos, frecuencia y TFLOPS).
- VRAM: memoria dedicada para texturas y buffers (GDDR5, GDDR6, HBM son tipos comunes).
- Sistema de refrigeración: ventiladores, disipadores o soluciones líquidas para gestionar el calor.
- Conectores de energía: pines PCIe de 6 u 8 contactos en tarjetas de gama media/alta.
- Salidas de vídeo: HDMI, DisplayPort, DVI o VGA en modelos antiguos.
- PCB y componentes eléctricos: reguladores de voltaje, fases de alimentación y condensadores.
Tipos de tarjetas gráficas
- Integradas: vienen dentro de la placa base o el procesador. Adecuadas para uso cotidiano, reproducción multimedia y tareas ligeras.
- Discretas (dedicadas): tarjetas independientes con su propia VRAM; orientadas a juegos, edición y aplicaciones profesionales.
- Profesionales/Workstation: optimizadas y certificadas para CAD, modelado 3D y aplicaciones científicas (por ejemplo, las gamas Quadro/RTX A de NVIDIA o Radeon Pro de AMD).
- eGPU: soluciones externas que conectan una tarjeta potente a un portátil mediante Thunderbolt u otras interfaces.
- Especializadas: tarjetas diseñadas para minería o cómputo de aprendizaje automático (frecuentemente optimizadas para el rendimiento de cálculo más que para el renderizado en pantalla).
Interfaz y conectividad
La mayoría de las tarjetas modernas utilizan PCI Express (PCIe) para comunicarse con la placa base. Las versiones actuales (PCIe 3.0, 4.0, 5.0) ofrecen mayor ancho de banda, pero para la mayoría de usuarios PCIe 3.0 o 4.0 es suficiente.
Las salidas de vídeo comunes son:
- DisplayPort: ideal para altas resoluciones y altas tasas de refresco.
- HDMI: común en monitores y televisores; soporta audio integrado.
- DVI/VGA: legado; menos frecuentes en equipos nuevos.
Memoria (VRAM) y rendimiento
La cantidad y el tipo de VRAM influyen en la capacidad para manejar texturas grandes, resoluciones altas y buffers. Recomendaciones generales:
- 1080p gaming básico: 4–6 GB VRAM mínimo.
- 1440p gaming o edición ligera: 6–8 GB o más.
- 4K gaming y trabajo profesional (edición de vídeo, modelado): 8–12 GB+.
Además de la VRAM, el rendimiento depende de la arquitectura de la GPU, la frecuencia de reloj, número de núcleos (CUDA cores/Stream Processors), ancho de banda de memoria y optimizaciones del driver y la API (DirectX, OpenGL, Vulkan, Metal).
Aplicaciones y usos
- Juegos: renderizado en tiempo real, efectos visuales y altas tasas de frames.
- Edición y creación de contenido: aceleración de render, transcodificación de vídeo y trabajo con texturas grandes.
- Diseño y CAD: visualización y manipulación de modelos 3D complejos.
- Aprendizaje automático y cómputo: muchas GPUs están optimizadas para entrenar y ejecutar modelos de IA.
- Reproducción multimedia: decodificación y codificación de vídeo por hardware.
Consideraciones al comprar e instalar
- Compatibilidad física: comprobar el tamaño (longitud y altura) de la tarjeta y el espacio libre en la caja del ordenador.
- Fuente de alimentación (PSU): asegurarse de que tiene suficiente potencia y los conectores PCIe necesarios (6/8 pines).
- Requisitos de refrigeración: buena ventilación en el gabinete para mantener temperaturas adecuadas.
- Objetivo de uso: elegir según resolución y tasa de refresco del monitor (1080p vs 1440p vs 4K), y el tipo de aplicaciones que se usarán.
- Drivers: mantener los controladores actualizados (NVIDIA, AMD, Intel) para compatibilidad y rendimiento.
Mantenimiento y buenas prácticas
- Limpiar el polvo de disipadores y ventiladores periódicamente para evitar sobrecalentamiento.
- Evitar overclocking extremo si no se dispone de una fuente y refrigeración adecuadas.
- Instalar controladores oficiales y usar herramientas de monitorización de temperatura/fps.
- Apagar y desconectar la corriente antes de manipular la tarjeta para prevenir daños por electricidad estática.
Terminología útil
- GPU: Unidad de procesamiento gráfico.
- VRAM: Memoria de vídeo dedicada.
- TDP: Potencia térmica máxima que la tarjeta puede disipar.
- Frame rate (FPS): número de imágenes por segundo que la GPU puede renderizar en un juego o aplicación.
- APIs gráficas: DirectX, OpenGL, Vulkan, Metal — permiten que el software comunique instrucciones a la GPU.
En resumen, la tarjeta gráfica es un componente clave para todo lo relacionado con imágenes y gráficos en un ordenador. La elección adecuada depende del uso previsto (juego, creación de contenido, trabajo profesional o uso general), la compatibilidad con el sistema y el presupuesto.
Nvidia GeForce GTX 780 con el disipador quitado.
Hardware
Las tarjetas de vídeo tienen su propio procesador (llamado Unidad de Procesamiento Gráfico o GPU). La GPU es distinta del procesador principal del ordenador (llamado Unidad Central de Procesamiento o CPU). El trabajo de la CPU es procesar los cálculos necesarios para que el ordenador funcione. La GPU se encarga de los cálculos gráficos. Los cálculos de los gráficos en 3D requieren mucha potencia de la CPU, por lo que tener una tarjeta de vídeo que se encargue de los cálculos gráficos permite a la CPU trabajar en otras cosas, como ejecutar programas informáticos.
Las tarjetas de vídeo también tienen su propia memoria, separada de la memoria principal del ordenador. También suele ser mucho más rápida que la memoria principal del ordenador. Esto ayuda a la GPU a realizar sus cálculos gráficos aún más rápido. La mayoría de las tarjetas de vídeo también pueden hacer que un ordenador utilice más de un monitor al mismo tiempo. Los fabricantes de gráficos Nvidia y AMD (Advanced Micro Devices) disponen de tecnologías especiales que permiten enlazar dos tarjetas idénticas en un mismo ordenador para obtener un rendimiento mucho más rápido. Nvidia llama a su tecnología SLI y AMD a su tecnología CrossFire. Algunas tarjetas gráficas modernas pueden incluso procesar cálculos de física para crear mundos 3D de aspecto aún más realista.
Las tarjetas de vídeo suelen conectarse a la placa base mediante la Interconexión de Componentes Periféricos (PCI), el Puerto de Gráficos Avanzados (AGP) o la Interconexión de Componentes Periféricos Express (PCI Express o PCI-E). PCI-E es la conexión más nueva y rápida; que casi todas las tarjetas de vídeo y placas base modernas tienen esta conexión. Antes de que se utilizara PCI-E, AGP era la conexión estándar para las tarjetas de vídeo. Antes de AGP, las tarjetas de vídeo estaban diseñadas para PCI (a veces llamado PCI "normal").
Historia
En los primeros años de la informática, el procesamiento de gráficos era muy básico y podía hacerlo la CPU junto con el resto del procesamiento. Sin embargo, a medida que los juegos de ordenador avanzaban y empezaban a utilizar gráficos en 3D, la CPU tenía demasiado que hacer y los fabricantes de CPU no podían seguir el ritmo para hacerlas más rápidas. Finalmente, se inventaron las tarjetas de vídeo, con su propia GPU, para resolver este problema. Esto permite a la CPU hacer más trabajo, ya que no tiene que dedicar tiempo a los cálculos gráficos avanzados; simplemente puede pasar estos cálculos a la GPU para que los haga.
Las primeras tarjetas de vídeo se conectaban a la placa base a través de la conexión ISA. Las primeras tarjetas de vídeo populares que no eran de IBM fueron fabricadas por una empresa llamada Hercules Computer Technology, Inc. A lo largo de los años, la importancia de las tarjetas de vídeo ha crecido. A medida que evolucionaban, se desarrolló un nuevo estándar de conexión llamado Advanced Graphics Port (AGP). Fue la primera conexión de placa base diseñada exclusivamente para tarjetas de vídeo. Era mucho más rápida en la transferencia de información entre la tarjeta de vídeo y el resto del ordenador. Con el tiempo, la conexión AGP quedó obsoleta y una nueva conexión, llamada PCI Express (PCI-E), se convirtió en el estándar para las tarjetas de vídeo. La mayoría de las tarjetas de vídeo fabricadas hoy en día utilizan PCI-E para conectarse a la placa base.
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