Seguro que sabes lo que es una tarjeta gráfica, pero ¿qué es una GPU?

Para entender mejor el concepto de GPU quizás es más sencillo comenzar respondiendo a la última pregunta citada, ya que es posiblemente la más pertinente. La confusión de ambos términos viene dada por la generalización de uno de ellos: tarjeta gráfica.

Cuando uno piensa en una GPU lo hace pensando en ese concepto, el de tarjeta gráfica, por que es el componente clave y general para dar vida a los gráficos en PC, pero al mismo tiempo obvia el hecho de que son varios componentes dentro de un todo.

Definición de GPU: debemos ser mucho más concisos

GPU es el acrónimo de Graphics Processing Unit y representa precisamente el corazón de una tarjeta gráfica al igual que la CPU lo hace en un PC. Aparte del corazón, también es su cerebro, ya que es la encargada de realizar todos los cálculos complejos que nos permiten disfrutar de nuestros juegos en pantalla. En definitiva es la pieza de silicio que tanto AMD como NVIDIA o Intel fabrican y donde se graban los transistores, por decirlo de manera común, es el llamado chip de la tarjeta gráfica.

El concepto es importante desde el punto de vista de la utilidad, ya que como hemos comentado, una GPU no es una tarjeta gráfica en sí misma.

En cambio, una tarjeta gráfica sí integra una GPU en su haber, ya que además de dicha GPU necesita un PCB, resistencias, SMD, capacitadores, controladores de voltaje, reguladores de fase, VRAM, salidas de pantalla y más.

Características y especificaciones principales

Una GPU se basa en un chip de silicio que alberga una serie de millones de transistores bajo una arquitectura específica y con unas prestaciones dedicadas para cada modelo en concreto. La importancia del propio concepto nos llega desde las APU (por ejemplo) donde estas albergan también una GPU, solo que lo hacen en un sustrato de mucho menor tamaño y de la mano de una CPU.

Las características técnicas puras de una GPU dependen del modelo en concreto, siendo específicos depende del chip en concreto, por lo que solo podemos generalizar al hablar del concepto.

Tamaño medio de una GPU

Normalmente tienen un tamaño bastante superior al del die de una CPU y en la actualidad es muy complicado que bajen de los 100 mm2 incluso en los procesos litográficos más avanzados. Incluye un sustrato de un tamaño que normalmente ronda entre el triple y el cuádruple del área del chip, principalmente por la cantidad de elementos a conectar con ella.

Es a fin de cuentas, una especie de interposer muy básico para cablear conexiones con el propio chip, ya que sería mucho más caro hacerlo simplemente en el die. Dichos interposer conecta el bus, las VRAM, las señales de control, voltajes y clocks con nuestra protagonista, así que por lo tanto no se entiende el uno sin el otro.

Esto representa en los procesos más avanzados de GPU un escalado vertical llamado 2.5D IC, como el que consiguen AMD y NVIDIA con sus GPU y memoria HBM. Aun así, una GPU sigue siendo una unidad independiente y que debe ser tratada como tal. Actualmente el diseño está siendo puesto en duda, ya que dentro de poco no podremos hablar de una GPU por tarjeta gráfica, sino que tendremos que hablar de varias GPUs en una tarjeta, ya que todos se están centrando en múltiples chips bajo un mismo interposer, por lo que tendremos que hablar en plural como con los chiplets.

Los diferentes elementos de una GPU

Independientemente de cual sea la marca y generación de una GPU, estas siempre se componen par los mismos elementos en mayor o menor número, y son los que os detallamos a continuación (en seguida también os explicamos que hay algunos elementos adicionales pero en este caso son exclusivos de ciertas GPUs y no de todas en general).

• Procesador de comandos: Lee la lista de pantalla o de instrucciones que le envía la CPU, tanto para generar gráficos como para hacer cálculos complejos.
• Unidad de Rasterizado: Unidad que realiza la transformación del espacio tridimensional basado en vertices a uno bidimensional basado en píxeles.
• Unidad de Texturizado: Se encarga de aplicar una imagen sobre una superficie para simular textura o color en la vida real.
• Raster Output: Unidad encargada de dibujar los pixeles finales sobre el búfer de imagen. Es junto a la Cache de último nivel la única pieza que tiene permisos de escritura sobre la VRAM.
• Unidad Shader: Un núcleo capaz de ejecutar programas pensados para manipular primitivas gráficas a tiempo real.
• Unidad de intersección: Calcula la intersección de los rayos de la escena con los objetos. Es esencial para el Ray Tracing.
• Unidad de teselación: Unidad que subdivide los vértices de los objetos para darles un aspecto más redondeada y pulido.
• CODEC de Vídeo: Procesador independiente que descodifica vídeo en varios formatos multimedia y los reproduce, así como se encarga de generar vídeo e incluso pasar de un formato a otro.
• Interfaz de memoria: Lo que le permite a la GPU leer de su memoria RAM, conocida como VRAM.
• DMA: Unidad que le permite a la GPU leer de la RAM principal del sistema.

A medida que va pasando el tiempo se van añadiendo más elementos a una GPU como en las gráficas RTX de NVIDIA donde se han añadido elementos específicos para el procesamiento del trazado de rayos (RT Cores, por ejemplo), pero estos son a día de hoy los principales. Igualmente, también se han añadido en los últimos modelos de NVIDIA los Tensor Cores, que son los responsables de posibilitar el Machine Learning a tiempo real en los videojuegos que permiten utilizar la tecnología DLSS.

No confundas los términos

Así pues y a modo de resumen, la GPU es el procesador gráfico, que a su vez se compone de una gran cantidad de elementos. Por su parte, la tarjeta gráfica es el dispositivo de hardware que supone el conjunto de la GPU, la memoria VRAM, el PCB, las fases de potencia, disipador, salidas de vídeo y el largo etcétera que compone este dispositivo.

A modo de comparación, es como llamar CPU a un ordenador completo, cuando todos sabemos que la CPU es simplemente el procesador, y luego el PC completo tiene también placa base, memoria RAM, discos duros, etc.