Tarjeta gráfica

Tarjeta gráfica Descripción de esta imagen, también comentada a continuación Ejemplo de tarjeta gráfica de gama alta, caracterizada por grandes dimensiones: la ATI Radeon 5970 . Caracteristicas
Se conecta a través de
Clasificación de usos Computadora de escritorio, laptop
Fabricantes comunes

Una tarjeta gráfica o de video (anteriormente, por abuso de lenguaje , una tarjeta VGA ) o un adaptador de gráficos es una tarjeta de expansión para computadora , cuya función es producir una imagen visible en una pantalla .

La tarjeta gráfica envía imágenes almacenadas en su propia memoria a la pantalla, a una frecuencia y en un formato que depende de una mano en la pantalla conectada y del puerto al que está conectada (gracias a plug and play , PnP) y su configuración interna por otro lado.

Histórico

Tarjetas gráficas 2D-3D

Al comienzo de la era de las computadoras, las primeras tarjetas gráficas solo permitían la visualización en 2D y se conectaban a un puerto de arquitectura estándar industrial (ISA) de 8 bits; estas son las tarjetas Adaptador de pantalla monocromática (MDA) , también llamadas "Hercules". Aunque denominadas "tarjetas gráficas", solo mostraban, en monocromo, caracteres simples codificados en 8 bits, parte de los cuales estaba reservada para gráficos; se trata de direccionamiento directo en modo ASCII (modo que la BIOS de la mayoría de las computadoras todavía utiliza al inicio en 2009).

Las primeras tarjetas gráficas capaces de direccionar un punto individual de la pantalla no aparecieron hasta 1981 para el público en general, con las tarjetas CGA , ( Color Graphic Adapter ), que permitían direccionar puntos en una resolución de 320 por 200 columnas. Líneas en 4 Colores diferentes. A esto le sigue una sucesión de tarjetas diseñadas para gráficos de computadora, aumentando el número de filas y columnas direccionables cada vez más, así como el número de colores simultáneos que se pueden mostrar (EGA luego VGA); estos son los modos gráficos que se pueden utilizar. Cada vez más funciones realizadas por el procesador son gestionadas gradualmente por el controlador gráfico de las tarjetas, como el dibujo de líneas, superficies sólidas, círculos; funciones muy útiles para acompañar el nacimiento de sistemas operativos basados ​​en interfaces gráficas y para acelerar su visualización.

Con el desarrollo de técnicas, el puerto ISA es reemplazado por el puerto PCI para aumentar la velocidad de transferencia entre el procesador y la tarjeta gráfica. Además de las tarjetas gráficas de visualización en 2D, en la década de 1990 aparecieron tarjetas destinadas a la gestión y visualización de elementos representados en 3D, como las tarjetas 3DFX . Luego aparecieron las tarjetas gráficas 2D-3D con la ventaja de ocupar solo una ranura AGP o PCI en lugar de dos (antes de 1998). De hecho, hasta ahora, las tarjetas 2D se ofrecían por separado de las llamadas tarjetas aceleradoras 3D , cada una con un procesador gráfico específico. Desde el lanzamiento de las primeras tarjetas 2D / 3D integradas por ATI en 1996, todas las tarjetas gráficas modernas admiten 2D y 3D dentro de un solo circuito integrado.

Función

Desde finales de 1995, las tarjetas gráficas han evolucionado considerablemente. En el pasado, la función esencial de una tarjeta gráfica era transmitir las imágenes producidas por la computadora a la pantalla. Esta sigue siendo su función principal en muchas máquinas de automatización de oficinas donde la visualización de imágenes en 3D tiene poco interés. Sin embargo, hoy en día, incluso las tarjetas gráficas más simples también admiten la reproducción de imágenes en 3D. Es una actividad muy cara en términos de cálculos y en términos de ancho de banda de memoria. La GPU (para Graphical Processing Unit ) se ha convertido así en un componente muy complejo, muy especializado y casi imbatible en su categoría (renderizado de imágenes en 3 dimensiones). A excepción de los videojuegos o algunos usos en gráficos por computadora, las posibilidades de las tarjetas gráficas apenas se aprovechan en la práctica. Por lo tanto, son esencialmente los jugadores los que compran y usan GPU cada vez más potentes.

Desde la década de 2000, la potencia informática de las tarjetas gráficas se ha vuelto tan importante a un coste que en última instancia es muy bajo (100 a 700  € para los modelos de consumo) que cada vez más científicos quieren explotar su potencial en otras áreas. Esto puede implicar la ejecución de simulaciones de modelos meteorológicos o financieros o cualquier operación que se pueda paralelizar y requiera una gran cantidad de cálculos. Nvidia y ATI / AMD, los dos principales fabricantes de tarjetas gráficas de consumo de alto rendimiento, ofrecen cada una soluciones patentadas para que su producto se pueda utilizar para la informática científica; para Nvidia, podemos referirnos al proyecto CUDA y para AMD al proyecto ATI Stream . Como tal, hablamos de procesamiento de propósito general en unidades de procesamiento de gráficos (o GPGPU).

Ya en 1996, las tarjetas gráficas comenzaron a integrar funciones de descompresión de video, como la Rage-Pro del fabricante ATI, que ya integraba en 1996 ciertas funciones de descompresión para flujos MPEG2 . Desde entonces, se han desarrollado tecnologías bajo varios nombres que permiten que el procesador se libere de la carga que supone descomprimir una imagen 25 ( PAL / SECAM ) o 30 ( NTSC ) veces por segundo en definiciones cada vez más altas. El soporte parcial o total por GPU de secuencias de video permite ver películas de alta definición en plataformas de hardware con recursos de procesador relativamente modestos; lo que sería imposible sin ellos dada la cantidad de información a procesar casi simultáneamente.

Hoy en día, los modelos móviles se han creado para ser integrados en portátiles . Estas son tarjetas a menudo derivadas de sus contrapartes de escritorio con menos unidades, menor frecuencia,  etc.

Las tarjetas gráficas modernas a veces actúan como tarjetas de sonido gracias a sus salidas de sonido integradas en salidas de video convencionales, como HDMI . Los controladores se pueden adaptar para administrar el sonido, a través de la pestaña de audio de los controladores Catalyst, por ejemplo. Esta nueva función ha crecido gracias a la incorporación de altavoces en las pantallas.

Componentes

Procesador de gráficos

El procesador gráfico ( GPU para Graphical Processing Unit , o VPU para Visual Processing Unit en inglés) se utiliza para liberar el microprocesador de la placa base ocupándose de los cálculos específicos para la visualización y coordinación de gráficos 3D o la conversión de ' YCbCr color espacios a RGB  ; cuando no se trata de funciones vectoriales que permiten la reconstrucción de imágenes comprimidas de ciertos flujos de video como H.264 . Esta división de tareas entre los dos procesadores libera el procesador central de la computadora y aumenta su potencia aparente en consecuencia.

El procesador de gráficos suele estar equipado con su propio disipador de calor o ventilador para disipar el calor que produce.

Memoria de video

La memoria de video almacena datos digitales que el procesador de gráficos debe convertir en imágenes y las imágenes procesadas por el procesador de gráficos antes de que se muestren. Todas las tarjetas gráficas admiten dos métodos para acceder a su memoria. Uno se utiliza para recibir información del resto del sistema, el otro se solicita para su visualización en pantalla. El primer método es un acceso directo convencional ( RAM ) en cuanto a las memorias principales , el segundo método es generalmente un acceso secuencial a la zona de memoria que contiene la información a visualizar en la pantalla.

La capacidad de memoria de la mayoría de las tarjetas de video modernas varía desde 2 GB hasta 32 GB durante los últimos años 2010. Las aplicaciones gráficas son cada vez más potentes y generalizadas, ya que la memoria de video debe ser accesible por GPU y circuitos de visualización, a menudo utiliza alta velocidad especial o memoria multipuerto, como VRAM, WRAM, SGRAM, etc. Alrededor de 2003, la memoria de video se basaba generalmente en tecnología DDR . Desde entonces, los fabricantes han cambiado a DDR2 , GDDR3 , GDDR4 , GDDR5 y luego a GDDR6 .

RAMDAC

RAMDAC ( convertidor digital a analógico de memoria de acceso aleatorio ) convierte las imágenes almacenadas en la memoria de video en señales analógicas para enviarlas a la pantalla de la computadora. Se ha vuelto innecesario con las salidas DVI (digitales).

BIOS de video

El BIOS de video es para la tarjeta gráfica lo que el BIOS es para la placa base . Es un pequeño programa almacenado en una memoria de solo lectura (ROM para memoria de solo lectura ) que contiene cierta información sobre la tarjeta gráfica (por ejemplo, modos gráficos admitidos por la tarjeta) y se utiliza para iniciar la tarjeta gráfica.

Conexión a la placa base

La conexión a la placa base se realiza mediante un puerto injertado en un bus . A lo largo de los años, varias tecnologías se han sucedido para satisfacer las crecientes necesidades de velocidad de transferencia de las tarjetas gráficas:

PCI-Express 1.x PCI-Express 2.x PCI-Express 3.x PCI-Express 4.x PCI-Express 5.x PCI-Express 6.x
Año de introducción 2003 2007 2012 2017 2019 2021 (planificado)
Frecuencia 100 MHz 100 MHz 100 MHz 100 MHz 100 MHz 100 MHz
Potencia máxima entregada (12V + 3V3) 75 vatios 75 vatios 75 vatios 75 vatios 75 vatios 75 vatios
Banda ancha 2,5 GT / s 5 GT / s 8 GT / s 16 GT / s 32 GT / s 64 GT / s
Rendimiento por línea 250 MB / s 500 MB / s 984,6 MB / s 1969,2 MB / s 3938 MB / s
Velocidad para 16 líneas 4 GB / s 8 GB / s 15.754 GB / s 31,508 GB / s 63,02 GB / s

Existen otros tipos de conexiones en otras arquitecturas informáticas, por ejemplo, se puede mencionar el bus VME  ; pero se trata de tecnologías que no se utilizan mucho y están reservadas para el mundo de la informática profesional y la industria.


Conectividad

Interfaces analógicas

Las interfaces analógicas tienden a desaparecer gradualmente en favor de las interfaces digitales (marzo de 2011). Aunque las señales analógicas todavía están presentes en ciertos pines de las interfaces DVI , lo que permite la transformación de un conector DVI en un conector VGA mediante un simple adaptador pasivo: esta adaptación ya no es posible con interfaces puramente digitales como interfaces HDMI sin componentes activos. .

Interfaces digitales

La interfaz DVI ( Interfaz de video digital ), presente en ciertas tarjetas gráficas, permite enviar datos digitales a las pantallas que la soportan. Esto hace posible evitar conversiones innecesarias de digital a analógico y luego de analógico a digital. Una interfaz HDMI que permite conectar la tarjeta a una pantalla de alta definición y al mismo tiempo transmitir la parte de audio (versátil, este formato sustituye al euroconector ). La señal es una señal puramente digital. Una interfaz DisplayPort , una interconexión de audio / video digital de nueva generación, sin derechos ni licencias, es la única interfaz que puede garantizar una transmisión nativa de 4K a 60  Hz . Tenga en cuenta que DVI y HDMI pueden admitir DRM .

Los modelos 2000-2010 generalmente asociaron dos tipos de interfaces: una interfaz de televisión (S-Video o HDMI) con una interfaz de pantalla de computadora (VGA o DVI). En el caso de las interfaces analógicas, determinadas líneas de señal se utilizan para transmitir información relativa a determinados datos específicos de la pantalla utilizada. La pantalla puede transmitir información como la resolución óptima y sus límites de frecuencia de actualización. Esto permite informar de forma inteligente al sistema operativo sobre la mejor definición para mostrar, por ejemplo (consulte DDC para obtener información sobre la información transmitida). En el caso de las interfaces digitales, la información se intercambia entre la pantalla y la tarjeta gráfica para brindar las mismas funciones que en las analógicas; con ellos, al mismo tiempo, transmiten cierta información sobre funcionalidades adicionales, protección anti-copia por ejemplo, o las capacidades de transporte de sonido en formato digital.

El DisplayPort que apareció en 2008 es capaz de admitir resoluciones de hasta 3840x2160 @ 30Hz y 2560x1600 @ 60Hz en la versión 1.1 (velocidad 8.64 Gb / s), 3840x2160 @ 60Hz (velocidad 17.28 Gb / s) en la versión 1.2, 5120x2880 @ 60Hz y 7680x4320 @ 30 Hz (velocidad 25,92 Gb / s) en la versión 1.3 y 7680x4320 @ 60Hz y 3840x2160 @ 120Hz en la versión 1.4.

A partir de 2016, el conector Mini DisplayPort se retira gradualmente de las nuevas máquinas para ser reemplazado por conectores USB Type-C Thunderbolt, que integran, además de la interfaz DisplayPort, funciones de transferencia de datos inherentes al estándar USB, incluso funciones de fuente de alimentación (una fuente de alimentación externa). por lo tanto, la pantalla se puede alimentar y recibir el flujo de video con un solo cable).

Determinar la cantidad de memoria de video

La cantidad de memoria de video necesaria para almacenar la imagen que se mostrará depende de la resolución elegida para la pantalla.

El número de colores es función del número de bits utilizados para la codificación de colores.

Número de bits Numero de colores
1 2
4 dieciséis
8 256
15 32 768
dieciséis 65,536
24 16 777 216
32 4.294.967.296
48 281474976710656
64 18 446 744073 709 552 000

La cantidad de memoria requerida es el número de píxeles útiles multiplicado por el número de bits de color por píxel . El conjunto se divide por ocho para convertirlo en bytes ( 1 byte = 8 bits ).

Ejemplo Cálculo de la cantidad de memoria necesaria para visualizar con una resolución de 640 × 480 y 16 colores ( ).
Solución Cantidad de memoria = bytes = 150 kiB
Recordar KB = 1.024 bytes →
Definición en píxeles 16 colores 256 colores 32,768 colores 65.536 colores 16.777.216 colores 4.294.967.296 colores
640 × 480 150  KB 300  KB 563  KB 600  KB 900  KB 1200  KB
800 × 600 235  KB 469  KB 879  KB 938  KB 1407  KB 1,875  KB
1.024 × 768 384  KB 768  KB 1440  KB 1,536  KB 2,304  KB 3072  KB
1.280 × 1.024 640  KB 1280  KB 2400  KB 2,560  KB 3,840  KB 5 120  KB
1600 × 1200 938  KB 1,875  KB 3,516  KB 3,750  KB 5625  KB 7.500  KB
1920 × 1080 1,012  KB 2025  KB 3,797  KB 4050  KB 6.075  KB 8.100  KB
3.840 x 2.160 (4K UHD) 4050  KB 8.100  KB 15 188  KB 16.200  KB 24,300  KB 32,400  KB

Esta indicación es ahora de poco interés porque la memoria de video de una tarjeta gráfica se usa para muchos propósitos. Permite, entre otras cosas, agilizar la visualización de videos o almacenar la información necesaria para la síntesis de imágenes 3D. Los sistemas operativos modernos como Windows Vista , Windows 7 , Mac OS o GNU / Linux requieren una gran cantidad de memoria de video para optimizar su visualización. En cuanto a los videojuegos más recientes, funcionan mucho mejor ya que la cantidad de memoria de video es importante. En 2016 , comúnmente encontramos tarjetas gráficas equipadas con 4  GiB de memoria.

Comparación de tarjetas gráficas no integradas compatibles con PC fijas

Año AMD ( ATI hasta 2010) Nvidia (y 3dfx hasta 2000) Matrox Videologic y / o STMicroelectronics
1986 Maravilla MDA / CGA SM-640
1987 Maravilla EGA, Maravilla VGA
1991 Mach 8
1992 Mach 32
1993 MGA Ultima, MGA Ultima Plus, MGA Impression, MGA Impression Pro
1994 Mach 64 CX, Mach 64 GX Impresión MGA Plus
1995 EXM321, Mach 64 CT, Mach 64 VT Nvidia NV1 / STG2000 / Diamond Edge 3D MGA Millenium, Pulsar ?
1996 Todo en Maravilla, 3D Rage, 3D Rage II, Mach 64 VT2 Gráficos vudú Místico Potencia VR o PCX1
1997 3D Rage Pro Riva 128, Voodoo Rush elemento, Millennium II, Mystique 220 Apocalipsis 3Dx, Apocalipsis 5D Sonic
1998 Rage XL, Rage 128 VR, Rage 128 GL, Rage 128 VR, Mach 64 VT4 RIVA 128 ZX, Riva TNT, Voodoo2, Voodoo Banshee Millennium G200, Productiva G100, Productiva G100-Quad ?
1999 Rage 128 pro, Rage 128 Ultra, Rage Fury Maxx Vanta, Riva TNT2, GeForce 256, Voodoo 3 1000, 2000, 3000 y 3500, Velocidad 100, 200 Millennium G400, Millennium G400 MAX, Millennium G200 LE Poder VR Kyro
2000 Radeon SDR, Radeon DDR, Radeon VE, All-in-Wonder Radeon GeForce 2 GTS, MX, MX 200, MX 400, Voodoo 4 4500, Voodoo 5 5000, 5500 y 6000 Millennium G450, G200 MMS 3D Prophet 4500, Power VR Kyro 2
2001 FireGL, Radeon 7000, 7200, 7500, 8500 GeForce 3, Ti 200, Ti 500 Millennium G550
2002 Imageon, Radeon 9000, 9100, 9500, 9700 GeForce 4 Ti, Ti 4200, Ti 4400, Ti 4600, Ti 4800 Parhelia 512
2003 Radeon 9200, 9600 y 9800 GeForce 5200, 5600, 5700, 5800, 5900 Millennium P650, P750 \
2004 Radeon 9250, 9550, X300, X500, X600, X700, X800, X850 GeForce 4300, 5500, 5750, 5950, 6200, 6500, 6600, 6800 QID LP PCIe \
2005 Radeon X1300, X1600 y X1800 GeForce 7800 \
2006 Radeon X1600, X1650, X1900, X1950 GeForce 7100, 7200, 7300, 7500, 7600, 7700, 7900, 7950, 7950GX2, 8800 \
2007 Radeon HD 2400, HD 2600, HD 2900, HD 3800 GeForce 8800, 8600, 8500, 8400, 8300 Millennium P690 \
2008 Radeon HD3870X2, HD4550, HD4650 HD4670, HD4850, HD4870, HD4850X2, HD4870X2 GeForce 9200, 9300, 9400, 9500, 9600, 9800, GTX260, GTX280, 9800GX2, 9800 GTX M9120 \
2009 Radeon HD 4770, HD4890, HD 5750, HD 5770, HD 5850, HD 5870, HD 5970 GeForce GTX260 +, GTX275, GTX295, GTX 285, G210, GT220, GT240 M9148 \
2010 Radeon HD5450, HD5570, HD5670, HD5650, HD5750, HD5770, HD5850, HD5870, HD6850, HD6870, HD6950, HD6970 GeForce GTX 480, GTX 470, GTX465, GTX 460, GTS 450, GT 430, GTX 580, GTX 570 \
2011 Radeon HD6990 GeForce GTX 560t Ti, GTX550 Ti, GTX590 GTX 580 GTX 570 \
2012 Radeon HD7970, HD7950, HD7770, HD7750, HD7850, HD7870 GeForce GTX 690, GTX 680, GTX 670, GTX 660, GTX 650, GTX 650 Ti, GTX 660 Ti, GT 610 \
2013 Radeon HD7990, R9 290X / 290, R9 280X / 280, R9 270X / 270, R7 265, R7 260X / 260, R7 250X / 250, R7 240X / 240 GeForce GTX Titan, GTX 780 Ti, GTX 780, GTX 770, GTX 760, \
2014 R9 295X2, R7 230, R5 240, R5 235X, R5 235, R5 220 GeForce GTX 750, GTX 750 Ti, GeForce GTX Titan Black, GTX Titan Z, GeForce GTX 970, GeForce GTX 980 C420, C680 \
2015 R7 360, R7 370, R9 380, R9 390, R9 390X, R9 Furia X GeForce GTX 950, GeForce GTX 960, GTX 970, GTX 980, GTX Titan X (Maxwell), GTX 980 Ti \
2016 RX 480, RX 470, RX 460 GeForce Titan X (Pascal), GTX 1080, GeForce GTX 1070, GTX 1060, GTX 1050Ti, GTX 1050 \
2017 RX 560, RX 570, RX 580, RX Vega 56, RX Vega 64 GTX 1080 Ti, GeForce Titan Xp (Pascal), GeForce Titan V (Volta), GTX 1070 Ti, GT 1030 \
2018 RX 590 RTX 2080, RTX 2080 Ti, RTX 2070, RTX 2060 \
2019 RX 5300 XT, RX 5500, RX 5500 XT, RX 5700, RX 5700 XT GTX 1660 Ti, GTX 1660/1660 Super, GTX 1650/1650 Super, RTX 2060 Super, RTX 2070 SUPER, RTX 2080 Super \
2020 RX 5300, RX 5600, RX 5600 XT, RX 6800, RX 6800 XT, RX 6900 XT RTX 3060 Ti,

RTX 3070, RTX3080, RTX 3090

\
2021 RX 6700 XT RTX 3060

Actores

La historia de las tarjetas gráficas no se limita al duelo entre ATI y Nvidia. Otros actores tuvieron su hora de gloria; entre ellos se pueden citar: S3 Graphics , Trident, Matrox, Cirrus Logic y SGI que fabricaron hasta 2004 sus propias soluciones gráficas destinadas al mundo profesional. Sin olvidar a Intel que, aunque perdiendo terreno, siguió cumpliendoabril 2010la mayoría de soluciones gráficas para PC en el mundo en forma de chipsets con controlador de gráficos integrado. En 2012, Intel, con su gama Ivy Bridge , lanzó el circuito de gráficos integrados HD4000 .

Notas y referencias

Notas

  1. Ingrese la fecha de publicación de la especificación cuando se desconozca la fecha de la primera industrialización.
  2. PCI-SIG expresa la velocidad de transferencia en GT / S, Giga Transfer por segundo, en lugar de Gbit / s. Esto significa que los buses PCI Express hasta la versión 2.x utilizan un sistema de codificación de 10 bits, que incluye 8 bits para datos (los dos bits restantes se utilizan para la codificación: sincronización, delimitación de bytes, control de la integridad de la transferencia).
  3. Por par diferencial y en cada dirección (canales simplex bidireccionales).

Referencias

  1. Fabien Pellegrini, "  Tarjetas gráficas y videojuegos: el glosario  " , en Clubic.com ,28 de diciembre de 2012(consultado el 1 st de septiembre de 2020 ) .
  2. (en) Chris Ramseyer, "  PCI Express 4.0 trae 16 GT / sy al menos 300 vatios en la ranura  " en tomshardware.com ,21 de agosto de 2015(consultado el 23 de agosto de 2016 )  :“  Solomon vicepresidente de PCI-SIG  (en) , el consorcio responsable del estándar PCI Express declaró que el mínimo sería 300W, pero el techo“ puede ser 400 o 500W ”. PCI Express 3.0 proporciona un máximo de 75 vatios hasta ahora  ”.
  3. https://www.reichelt.com/magazin/fr/linterface-displayport-quest-ce-que-displayport/
  4. "GeForce2 MX" , Nvidia .fr (consultado el 24 de julio de 2016).
  5. https://www.01net.com/actualites/3d-prophet-4500-dhercules-une-carte-graphique-rapide-a-un-prix-accessible-150707.html
  6. "GeForce3" , Nvidia .fr (consultado el 24 de julio de 2016).
  7. GeForce 4 , Nvidia .fr (consultado el 24 de julio de 2016).
  8. (in) PCGamesN, "  Nvidia Volta - Fechas de lanzamiento de GPU, precio, especificaciones, rendimiento y rumores  " , PCGamesN ,26 de abril de 2017( lea en línea , consultado el 7 de mayo de 2017 )
  9. "  Graphics  " , en fortniteconfig.fr (consultado el 18 de diciembre de 2019 )

Ver también

Artículos relacionados

Bibliografía