Guía para entender las características de una tarjeta gráfica

El proceso de montar un PC por primera vez por nuestra parte es un trabajo que va más allá de ensamblar las piezas, consiste además en escoger las que son adecuadas. Debido a la cadencia de lanzamientos continua nos encontramos en las tiendas con tarjetas gráficas de diferentes generaciones y bajo el mismo precio. Por lo que el usuario final sin conocimientos se puede encontrar con una de peores especificaciones habiendo pagado lo mismo. Es por ello que es necesario conocer lo que significan las características de una tarjeta gráfica antes de hacer su compra para saber si es lo que necesitamos,

Modelos, marcas, fabricantes y ensambladores

Antes de ponernos a describir los puntos que definen una tarjeta gráfica, hemos de tener en cuenta que no todas son iguales e incluso entre las que comparten el mismo nombre. Es por ello ello es importante saber una serie de diferencias básicas:

• El modelo nos indica la generación y la gama a la que pertenece la tarjeta gráfica.
• NVIDIA y AMD son dos fabricantes de GPU, es decir, el chip central encargado de generar esas imagenes tan espectaculares que veís en pantalla. Dicho procesador especializado influenciará el modelo que montarán los ensambladores.
• Un ensamblador le compra la GPU a los fabricantes y siguiendo una serie de especificaciones estándar monta una variante propia de cada tarjeta gráfica. Un mismo ensamblador puede tener diferentes modelos con una misma GPU.

AMD

Si nuestra GPU es de AMD entonces debemos buscar las que se inicien como RX, y descartar modelos muy antiguos que tienen siglas como R9, R7. Y si, por si no lo sabíais las siglas de RX significan R10, pero AMD se quedó el nombre por motivos de mercadeo. Lo siguiente que veréis son 3 cifras si estáis ente una que tiene una GPU con arquitectura GCN o de 4 cifras si es RDNA, estas últimas son mejores en especificaciones y en el caso de las RX 6×00 en adelante tendréis soporte DirectX 12 Ultimate.

En cuanto a la segunda cifra marca en que gama se encuentra la tarjeta gráfica, así pues, una RX 6900 será mejor que una RX 6800, que a la vez tendrá mejores características que una RX 6700. Ya para terminar os podéis encontrar con modelos XT, estos son de especificaciones algo mejores.

NVIDIA

En el caso de que vuestras GPU sean de NVIDIA, si queréis tener una tarjeta gráfica que este a la última tenéis que buscar una que empiece con las siglas RTX en vez de GTX, ya que esto os asegurará tener soporte completo para DirectX 12 Ultimate. En cuanto al número de cuatro cifras, las dos primeras indican la generación y va creciendo por decenas. Así pues, una RTX 30×0 será de una generación más avanzada que una RTX 20.

Las dos últimas cifras indican la gama a la que pertenece y, por tanto, la potencia dentro de la misma arquitectura. Así pues, la RTX 3090 es más potente que la RTX 3080. De tanto en cuanto NVIDIA lanza modelos Ti que tienen mejores especificaciones que los modelos normales y también suele lanzar revisiones al cabo de un tiempo que reciben el apellido SUPER.

Intel

Intel se adentró oficialmente en campo de las tarjetas gráficas en 2021, cuando presentó la Intel Arc Alchemist, una gráfica que no llegó al mercado hasta mediados de 2022. Desde entonces, no hay vuelto a sacar ningún otro modelo al mercado. Será en 2024 cuando lance la segunda, denominada Arc Battlemage Xe2 y la tercera, bautizada como Celestial Xe3, aunque esta última es probable que no se a luz hasta 2025.

Dentro de la gama Intel Arch Alchemist, la primera y única generación que Intel lanzado en el momento de actualizar este artículo, encontramos 4 modelos y 3 versiones: Intel Arc Alchemist 3 A380, Intel Arc Alchemist 5 A580, Intel Arc Alchemist 7 A750 e Intel Arc Alchemist 7 A770. Cuanto más elevado es el número, mayores prestaciones nos ofrece. Cuando mayor el número (3, 5 y 7) mayores prestaciones nos ofrecerá.

La A380 tiene 8 núcleos y 6 GB de memoria GDDR6, la A580 dispone de 24 núcleos y 8 GB de memoria GDDR6, la A750 incluye 28 núcleos y 8 GB memoria GDDR6 y el modelo A770 incluye hasta 32 núcleos y está disponible en versiones de 8 y 16 GB de memoria GDDR6.

Cuando se lance la Intel Arc Battlemage, esta será superior en todos sus modelos a la gama Intel Arch Alchemist. Lo mismo sucederá cuando se lance Intel Arc Celestial con las dos generaciones anteriores.

Ensambladores

Cuando nos referimos a ensambladores, son terceras empresas que personalizan los modelos de AMD y NVIDIA. Esta personalización puede ir desde cambiar el disipador hasta la PCB. Adicionalmente, suelen agregar overclocking, un pequeño aumento de las frecuencias de trabajo sin que afecte a la estabilidad.

Algunos de los principales ensambladores son:

• ASUS que opera con gráficas de NVIDIA y AMD
• Gigabyte que opera con gráficas de NVIDIA y AMD
• MSI que opera con gráficas de NVIDIA (parece que ya no trabaja con AMD)
• PowerColor que opera con gráficas de AMD
• ASRock que opera con gráficas de AMD
• KFA2/GALAX que opera con gráficas de NVIDIA
• EVGA que opera con gráficas de NVIDIA
• Zotact que opera con gráficas de NVIDIA
• XFX que opera con gráficas de AMD
• Gainward que opera con gráficas de NVIDIA

La GPU de la tarjeta gráfica y sus características

En el centro de la tarjeta gráfica se encuentra una compleja pieza de hardware que conocemos como GPU o Graphical Processing Unit, unidad de procesamiento gráfico, y que se encarga de generar las escenas que aparecen en tu monitor en la memoria de vídeo o VRAM que la rodea. El final del proceso es el envío de dicha imagen al monitor para que lo puedan ver nuestros ojos y esto se hace varias decenas de veces por segundo.

A día de hoy las GPU son piezas de hardware que tienen un nivel de complejidad en su arquitectura al nivel de un procesador central o CPU, no obstante no son necesarias conocer todas las características de la tarjeta gráfica para su compra. Por otro lado, el término también se suele utilizar para hablar del hardware gráfico al completo, lo cual lleva a la confusión pese a que esta pieza de hardware no puede funcionar sin el resto de elementos que la rodean.

Arquitectura de la GPU

Con arquitectura nos referimos a los elementos entornos de la misma y la forma en la que estos se encuentran distribuidos. La explicación es tan simple como que arquitecturas más avanzadas permiten añadir nuevas capacidades visuales, un mayor rendimiento en modo de mayores resoluciones o más altas velocidades a la hora de reproducir nuestros juegos favoritos.

Tanto AMD, NVIDIA e Intel con cada nueva arquitectura mejoran las especificaciones de las anteriores. En el caso de Intel dado que las ARC Alchemist son su primera tarjeta gráfica dedicada no supone en una confusión, en cambio, en el caso de NVIDIA y AMD han aparecido varias generaciones de tarjetas gráficas en los últimos años.

Además, no es lo mismo el nombre de la arquitectura gráfica que el nombre comercial de la tarjeta gráfica, es por ello que muchas veces encontraréis mencionadas ciertas tarjetas gráficas no por el nombre de la caja, pero si el de su arquitectura. De la misma manera, también podemos cuál es la arquitectura de la GPU mirando la serigrafía en el encapsulado de la misma, al menos en el caso de las de NVIDIA.

Tamaño del chip o GPU en una tarjeta gráfica

Debido a que no todo el mundo tenemos el mismo monitor, ni presupuesto, y tampoco las mismas necesidades, dentro de una misma arquitectura de GPU se lanzan varios modelos en forma de diferentes chips. ¿En qué difieren estos? Pues en puntos clave como:

• La interfaz con la memoria de vídeo y, por tanto, el ancho de banda con esta y la memoria de vídeo en total. Hay que tener en cuenta que a cuantos más bits de ancho de banda se pueden conectar más chips VRAM. Una buena manera de ver si una tarjeta gráfica es de una gama más baja que otra es a partir de la cantidad de memoria alrededor de la GPU.
• La cantidad de unidades de proceso dentro de la GPU, como es obvio a menos espacio dentro del chip se pueden colocar menos en su interior y esto repercute en que tengan una menor potencia de cálculo

Todas las GPU dentro de una misma arquitectura pese a tener diferentes tamaños comparten todos los elementos comunes que definen a la misma, pero a diferentes niveles de potencia. El hecho de que un modelo tenga un tamaño de GPU y menos memoria que otro también se traduce en una gama de precios para todas las necesidades.

Unidades Shader y «núcleos»

Una trampa de marketing que realizan los fabricantes de tarjetas gráficas es llamar como núcleos a lo que son unidades de cálculo en coma flotante de 32 bits. Siendo realistas un núcleo es la unidad mínima que puede ejecutar una instrucción completa de un programa, por lo que una unidad de ejecución que solo es una parte del núcleo no puede ser considerada un núcleo en sí misma.

Las unidades shaders en el caso de AMD son llamadas Compute Units o Workgroup Processors dependiendo de la arquitectura de la que hablemos, en cambio, NVIDIA lleva tiempo utilizando el término Streaming Multiprocessors o SM. No obstante, cuando hablan de núcleos en sus especificaciones se refieren por lo general a las unidades capaces de hacer cálculos aritméticos en coma flotante de 32 bits bajo el nombre de núcleos CUDA, NVIDIA, o Stream Processors, AMD.

En realidad, desde el momento en que dichas unidades de cálculo se encuentran dentro de lo que son unidades shader el hecho de que una GPU tenga más núcleos CUDA o más Stream Processors significa que es más potente que otra que tiene menos.

ROPs y TMUs

El Raster OutPut o ROP es una unidad encargada de generar los búferes de imagen y por lo tanto puede escribir en la VRAM de manera directa e incluso sobre la Cache L2.

Actúa en dos etapas durante el pipeline, la primera en la etapa de rasterización donde genera el Z-Búfer, un búfer de imagen que indica a que distancia esta cada elemento de la escena respecto a la cámara. La segunda tras el texturizado donde genera los búferes de color en formato RGBA.

Las TMUs o Texture Mapping Unit es una unidad fija que se encarga del llamado mapeo de texturas donde lógicamente se encarga de darle las texturas a las formas y píxeles ya trabajados para finalmente rotar o redimensionar estas para hacerlas más reales. Básicamente les da textura a los píxeles procesados.

Velocidades o frecuencia de reloj de la GPU

En las características de la tarjeta gráfica os vais a encontrar varias velocidades de reloj que puede alcanzar la GPU en determinados momentos. Se ha de tener en cuenta que en la mayor parte del tiempo la GPU se mantendrá a una velocidad de reloj relativamente baja con tal de consumir lo menos posible, no generar calor y no encender los ventiladores de su sistema de refrigeración.

No obstante, cuando iniciemos una aplicación gráficamente pesada como puede ser el renderizado de una escena en 3D con Blender o a la hora de reproducir un videojuego entonces esta se pondrá en marcha a su velocidad de reloj base marcada en sus especificaciones, por lo que su sistema de refrigeración se pondrá en marcha y la GPU operará todo el rato a dicha frecuencia, al menos hasta que no la necesitemos.

En algunas configuraciones la tarjeta gráfica se mantiene durmiente, ya que la CPU suele incluir una GPU integrada en su interior para funciones tan simples como mover el escritorio de Windows.

Frecuencia de Boost

En algunas GPU vais a ver una velocidad de reloj más alta, esta es la frecuencia de Boost, la cual funciona igual que en una CPU. Por lo que durante un tiempo limitado la velocidad de reloj subirá para acelerar el renderizado de la escena o que pueda realizar los cálculos necesarios lo más rápido posible.  No obstante, no puede ser alcanzada mucho tiempo, ya que a mayor consumo entonces más temperatura liberada y eso es peligroso para la GPU a largo plazo. En el caso de los modelos de AMD existe una frecuencia de Boost más liviana llamada Game Clock, la cual tiene una duración más larga en el tiempo al no ser una subida tan grande como la de Boost.

Muchos fabricantes a la hora dar las cifras de sus especificaciones técnicas utilizan las tasas de velocidad a partir de la frecuencia de Boost como si esta estuviese activa todo el tiempo. Si bien es cierto que se pueden alcanzar dicho rendimiento, esto solo se puede hacer de forma temporal.

Unidades de función fija y de apoyo

Se llaman así por el hecho que efectúan siempre la misma función, por lo que esta no es programable, sino que se encuentra fija el 100% del tiempo. La función de estas unidades es realizar una serie de procesos que se repiten de manera continua en cada fotograma a la hora de renderizar una escena de manera recursiva.

Además, la GPU incluye una serie de coprocesadores de apoyo para realizar tareas como:

• La copia del búfer de imagen a la salida de vídeo, sea esta HDMI, DisplayPort es llevada a cabo por el controlador de pantalla.
• La tarjeta gráfica usa códecs de vídeo por hardware para reproducir archivos de vídeo en formatos como HEVC, AV1, H.264 y otros. Además, también tiene la capacidad de poder trasladar de un formato a otro y generar archivos de vídeo a partir de lo que vemos en pantalla.
• La unidad o unidades DMA lo que le permite acceder a la VRAM de otras tarjetas gráficas en configuraciones duales, así como acceder a la RAM del sistema para acceder a la lista de comandos.

Pixel Fillrate y Texture Fillrate

La tasa de relleno es la cantidad de píxeles que una GPU escribe sobre la memoria de vídeo para crear el fotograma sobre esta. Esta no coincide con los que se envían a pantalla, ya que por la manera en que se genera una escena en 3D un píxel en la VRAM puede ser escrito varias veces. Para ello se utilizan un tipo de unidades llamadas ROPS, Raster Outputs, que reciben el píxel ya procesado y lo copian en la memoria de vídeo.

La tasa de texturizado, por otro lado, tiene que ver con las unidades de texturas y funcionan a la inversa. Mientras que los ROPS escriben sobre la memoria, la unidad de texturas lee de los mapas de textura almacenados de la VRAM para saber el valor de color base de ese píxel en ese objeto en concreto.

La tasa de relleno (Pixel Fillrate) se lee en píxeles por segundo, mientras que la de texturizado en téxeles por segundo (Texture Fillrate). Acompañado de una letra delante del término, donde M significan millones y G miles de millones.

Poligonos por segundo

En la actualidad hace referencia a la cantidad de triangulos que la unidad de rasterizado puede convertir en bloques de píxeles. Dado que se trata de una tasa fija que la hace una parte dedicada. En todo caso, e historicamente aparte del valor que os hemos comentado puede significar lo siguiente:

• La cantidad de transformaciones que se pueden realizar sobre un vertice, es decir: rotarlo, desplazarlo, etcétera.
• El número de polígonos ya rasterizados sobre el búfer de imagen. Esto se consigue dividiendo la tasa de relleno por un tamaño concreto de píxeles por polígono.

El desuso de estos dos puntos se debe a que desde la aparición de los shaders hace ya casi 20 años la carga visual sobre cada juego varía, así como el tamaño de los polígonos no siempre es igual. Se trata de máximos teóricos en un escenario que no es realista y tampoco se dará nunca en una aplicación real.

Teraflops (TFLOPS) en una tarjeta gráfica

La forma más común de representar la potencia de cálculo de una GPU es a través de la cantidad de operaciones en coma flotante de 32 bits que puede realizar. Bueno, en realidad no es así, ya que estamos hablando de la tasa conseguida a la hora de efectuar una instrucción completa que es la suma con multiplicación o FMA que consiste en dos operaciones por ciclo de reloj.

¿Entonces cómo se calcula la potencia de cálculo? Pues muy sencillo, con la siguiente fórmula:

Velocidad de reloj * cantidad de Compute Units o Stream Multiprocessing * núcleos CUDA o Stream Processors por unidad*2= potencia de cálculo en FP32.

Siendo la forma más simplificada:

Velocidad de reloj * núcleos CUDA o Stream Processors por unidad en toda la GPU *2= potencia de cálculo en FP32.

Los TFLOPS antiguamente eran un reflejo del rendimiento porque no había características comparativas mejores y además la escalabilidad era total, por lo que comparativamente hablando tenían sentido. Hoy en día no es vinculante de prácticamente nada porque las arquitecturas han evolucionado en FP32 y FP16 de diferente forma con nuevas unidades fijas, así que TFLOPS ya no se puede tomar como algo representativo.

Resolución

Otra de las características de una tarjeta gráfica en la que nos hemos de fijar es en la resolución objetivo soportada, a nivel de mover aplicaciones de escritorio cualquier GPU puede moverlas sin problemas, no obstante, de cara al gaming es distinta y nos encontramos con que dentro de cada arquitectura estás se distribuyen según la resolución para la que están pensadas.

En la actualidad las de gama alta son para 4K y, por tanto, una resolución de 3840 x 2160 píxeles, gama media es QHD con 1440p de resolución y para terminar la gama baja está en Full HD o 1080p. En cada gama la potencia necesaria para renderizar cuasi se duplica, pero en la realidad no es así y a día de hoy las tarjetas de gama baja están más preparadas para mover escenas en Full HD que las de gama alta las que tienen cuatro veces más resolución.

La VRAM y sus tipos

La VRAM es la memoria que utiliza la GPU para trabajar, se trata de una del tipo local y, por tanto, por lo general se encuentra fuera del alcance de la CPU. Es decir, no puede ser usada por el procesador central del PC para ejecutar programa y, por tanto, añadir más VRAM a través de la tarjeta gráfica no significa ampliar la memoria RAM del sistema.

En la actualidad existen dos tipos de esta memoria que podemos encontrar en las características de una tarjeta gráfica. Por un lado, las GDDR donde ya van por la sexta generación y tiene una forma de varios chips montados sobre la misma placa que la GPU. El otro tipo de VRAM que tenemos es la HBM, la cual se puede identificar por ir montada sobre la GPU sobre una pequeña base, a la que llamamos interposer, que se encuentra por encima de la placa de la tarjeta.

Por las especificaciones de ambos tipos de memoria de vídeo las podemos encontrar en diferentes mercados, siendo en la actualidad las GDDR5, GDDR6 y GDDR6X más comunes del mercado doméstico y las memorias HBM2 de tarjetas gráficas para entornos mucho más profesionales.

Bus de ancho de banda (Memory Bus Width)

Si tenemos una memoria del tipo GDDR entonces tenemos que contar la cantidad de chips que hay en la tarjeta gráfica y multiplicarlos por 32 para saber el número de pines de datos entre la VRAM y la GPU. Solo los de una cara, ya que existe la posibilidad de hacer que dos chips de memoria compartan una interfaz. Ese es el caso de la RTX 3090 Ti, que tiene 24 chips de memoria, pero solamente 384 bits de bus, 12 veces 32 bits. En el caso de que tengamos una memoria HBM lo que haremos será contar el número de chips y multiplicarlos por 1024.

El segundo punto es mirar la cantidad de Gbps de las especificaciones de la memoria, esta es la cantidad de información medida en bits por segundo, no bytes, que se transmite en un segundo por cada pin de datos. Por lo que para tener el ancho de banda de la VRAM solamente tendremos que multiplicar los Gbps por el número que habéis obtenido con anterioridad.

Dado que las GPU son procesadores que dependen en su rendimiento del caudal de datos, un ancho de banda más bajo en un modelo con la misma GPU respecto a otro significa un rendimiento menor.

Cantidad de memoria o VRAM en una tarjeta gráfica

Lo último que nos queda por saber es la capacidad de almacenamiento de la RAM de vídeo, en la actualidad la memoria más utilizada es la GDDR6 que puede tener chips de 1 o 2 GB de capacidad. En PC no es normal ver configuraciones asimétricas de chips en capacidad, por lo que una tarjeta gráfica con 8 chips de memoria puede tener 8 GB o 16 GB. Por otro lado, al contrario que pasa con la interfaz, los chips GDDR6 en ambos lados sí que cuentan a la hora de obtener la capacidad.

En cuanto a la memoria HBM cada chip son varias memorias apiladas y montadas como una sola, por lo que deberás mirar en las especificaciones la cantidad de memoria disponible.

Otras características de una tarjeta gráfica

Aparte de la GPU y la memoria de vídeo hay otras características en una tarjeta gráfica que tampoco debemos pasar por alto y por tanto también son importantes.

Conexión e interfaz

Las tarjetas gráficas se conectan al PC haciendo uso de la interfaz PCI Express de 16 pines, la cual permite la comunicación entre y el resto del PC, en concreto con la CPU y la RAM del sistema. No obstante, pese a que el conector es generalizado en forma han ido apareciendo nuevas versiones del estándar con cada vez más velocidad. Por lo que si vas a comprar una tarjeta gráfica con interfaz PCI Express 4.0 y tu placa base soporta una del tipo 3.0 la vas a poder utilizar, pero perderás rendimiento al no tener esta el suficiente ancho de banda para la comunicación.

El soporte de una versión del estándar PCI Express u otra nos sirve también para marcar la antigüedad de una tarjeta gráfica sobre otra, por lo que ten en cuenta este detalle para que no te cuelen una tarjeta gráfica desfasada en sus especificaciones.

TDP y consumo

Se suele confundir TDP (Thermal Design Power) con consumo y no es así. La realidad es que el TDP (en total desuso hoy en día) hace referencia a la disipación que se necesita en un chip para poder funcionar en un rango de temperatura determinado por el fabricante, no al consumo en sí expresado en vatios.

La medida solo hace hincapié en que necesitaremos un disipador que pueda refrigerar X vatios. Actualmente se usa TGP como medida para especificar el consumo siendo este más acertado porque se refiere a la energía total que necesita la tarjeta gráfica y no solo la GPU.

Alimentación y pines

Las tarjetas gráficas requieren energía eléctrica para funcionar y el puerto PCI Express puede dar hasta 75 W de potencia. No obstante hay tarjetas gráficas que para poder funcionar necesitan de potencia adicional y suelen venir con conector adicional que le da una potencia extra aparte de la otorgada por la interfaz de comunicación. El conector de 6 pines tiene la capacidad de otorgar 75 W de potencia adicional, el de 8 pines 150 W.

Algunas tarjetas gráficas tienen un conector de 12 pines, los cuales pueden dar hasta 500 W de potencia adicional a una GPU y superar el límite de 375 W. En todo caso a más consumo entonces más potencia, por lo que es una forma para los usuarios niveles para saber si están ante una tarjeta gráfica con especificaciones de alta gama o no.

Salidas de vídeo y conectores

Una tarjeta gráfica necesita enviar las imágenes que crea al monitor, no obstante no todas las tarjetas gráficas tienen salidas de vídeo y aunque esto puede dar como resultado una contradicción, en realidad no es así, ya que hay tarjetas gráficas en cuyas especificaciones se puede ver no tienen salidas de vídeo, esto es así porque se utilizan para la computación científica o para minería.

Las salidas de vídeo más usadas a día de hoy son el HDMI y el DisplayPort, por lo que si te encuentras con una tarjeta gráfica con salidas DVI o VGA entonces será muestra que te encuentras ante un modelo muy antiguo y que, por tanto, no llegará a las especificaciones mínimas. No suele ocurrir esto, pero vigila que no te la cuelen en ese aspecto.