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

Seguramente la confusión venga de los primeros tiempos de la aceleración gráfica, a finales de los 90, cuando el mercado empezó a descubrir la existencia de aquellas primeras aceleradoras que no eran exactamente como las actuales. Al igual que se iutilizan mal otros términos, anglicismos que pasamos a usar en español sin preguntarnos qué significan, esa intoxicación seguramente vino de esos primeros instantes en los que los fabricantes y medios en EE.UU. –y otros territorios-– usaban la idea de la GPU para definir la tarjeta gráfica en general, como si no existiera en ella otros componentes importantes. Así que de ese uso que hacían fabricantes y medios a nivel internacional llegó aquí e, inconscientemente, lo asimilamos como propio, permeando hasta los propios usuarios con el paso de los años.

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. Pero aunque no lo creáis, la GPU no es sinónimo de la gráfica que tenemos porque esta se compone de muchos más elementos pero, antes de que nos anticipemos con ninguna explicación, a continuación os vamos a explicar exactamente cuáles son esas diferencias.

Cuando uno piensa en una GPU lo hace pensando en ese concepto, el de tarjeta gráfica, porque 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 que funcionan organizadamente. Así que nuestra misión con este artículo es aclarar todas las dudas que provocan que muchas veces se confunda eso de qué tarjeta gráfica y GPU es lo mismo y, aunque al final todos vamos a entendernos, lo mejor es ir adoptando nuestro lenguaje para que sea más preciso.

Definición de GPU: debemos ser mucho más concisos

Las Graphics Processing Unit (GPU) es el nombre que recibe 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, sino uno de los componentes que la forman. Es más, se trata del que podemos considerar que es el corazón del conjunto, porque es la que atesora toda la potencia de proceso que será capaz de asumir nuestra gráfica cuando le pidamos rendir al mayor nivel con los videojuegos más avanzados.

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 muchas más cosas que, todas juntas, son capaces de llevar a cabo las tareas que un juego exigente, o una tarea específica con contenidos audiovisuales, nos puede demandar en el ordenador.

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 estás 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, y aun siendo específicos depende del chip en concreto, por lo que solo podemos generalizar al hablar del concepto aunque normalmente tienen la costumbre los fabricantes de diferenciarlas por familias. Simplificando mucho, las GPU de las serie 3 ó 4 de las RTX NVIDIA o las AMD de tal otra familia, etc. Así podemos conocer a qué generación pertenecen y qué tecnologías incorporan respecto de modelos o revisiones anteriores.

Tamaño medio de una GPU

Normalmente, tienen un tamaño bastante superior al del 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 que son cada vez más por razones obvias. Cada vez las GPU son capaces de rendir más y más y la tecnología de fabricación tiene mucho que decir aquí.

Es, a fin de cuentas, una especie de interposer muy básica para cablear conexiones con el propio chip, ya que sería mucho más caro hacerlo simplemente en el DIE. Dichos interposer conectan el bus, las VRAM, las señales de control, voltajes y relojes con nuestra protagonista, así que, por lo tanto, no se entiende el uno sin el otro y son esenciales para hacer trabajar al conjunto como debe.

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 cuál sea la marca y generación de una GPU, estas siempre se componen por 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 vértices 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 píxeles finales sobre el búfer de imagen. Es junto a la Caché 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 redondeado 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.

Esta lista hace referencia a los elementos básicos de cualquier GPU. Pero, estas se han ido actualizando y con el paso de los años y avance de la tecnología han recibido agregados. Por ejemplo, NVIDIA con sus tarjetas gráficas RTX introdujo nuevos elementos como son los RT Cores para el Ray Tracing y los Tensor Cores que son especiales para la IA. AMD también ha incluido, más recientemente, sus propios núcleos para el Ray Tracing, que reciben el nombre de Ray Accelerators.

Tipos de GPU

Debes saber que existen diferentes denominaciones para las Graphics Processing Unit según donde se instalan. Realmente, en todos los casos, tienen el mismo funcionamiento, características básicas y demás, pero tienen ciertas particularidades. Actualmente, podemos diferenciar tres tipos de GPU:

• iGPU: es la denominación que recibe cualquier GPU que se encuentra dentro del mismo encapsulado de la CPU. Su nombre proviene de «Integrated Graphics Processing Unit». La unica particularidad que tienen es que son de baja potencia y pueden ofrecer, algunos modelos, soporte para juegos livianos.
• dGPU: término que se usa técnicamente para referirse a cualquier tarjeta gráfica del mercado que se conecta a la placa base mediante PCIe. Esta denominación proviene de «Dedicated Graphics Processing Unit».
• eGPU: denominación bastante más moderna que se utiliza para referirse a las tarjetas gráficas que están fuera del PC. Esencialmente, son tarjetas gráficas que se instalan en cajas o gabinetes especiales y que se conectan al ordenador mediante OCuLink, Thunderbolt o USB4. Las «External Graphics Processing Unit» se desarrollaron para poder «actualizar» los ordenadores portátiles y poder seguir usándolos para jugar.

Realmente, en todos estos casos, lo que nos indica es dónde se encuentra la GPU. Los elementos básicos, así como características fundamentales, son las mismas en todos los casos pero en ocasiones es la GPU la que marca de verdad las diferencias porque es el core de lo que es capaz de hacer después el conjunto, tanto en potencia bruta como en calidad del trabajo gráfico que se le puede encargar.

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. Todo eso junto que es lo que sacamos de la caja perfectamente ensamblada y que conectamos a la placa base de nuestro PC para ganar rendimiento, sobre todo, con videojuegos.

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.