UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANASEDE CUENCA

FACULTADA DE INGENIARÍA EN SISTEMAS

TARJETAS GRAFICAS EN LA ACTUALIDAD

Integrantes

CARLOS ESPINOZA FAJARDOADRIAN CARCHIPULLA

DocentePAOLA CRISTINA INGAVELEZ GUERRA

CUENCA-ECUADOR11-Mayo-2014

OBJETIVO PRINCIPAL

Conocer los componentes, funciones y las características mas relevantes acerca de las tarjetas gráficas o tarjetas de video, con un enfoque en la actualidad, el año 2014.

INTRODUCCIÓN

Una tarjeta gráfica es como un pequeño ordenador (PC) que tiene su propia CPU, memoria RAM y todos los componentes básicos que tiene una PC, con la diferencia que este solamente está dedicado a gráficos.Una tarjeta gráfica o tarjeta de video es un componente de un PC el cual está diseñado para mostrar imágenes en alguno de los distintos medios de visualización, normalmente un monitor, utilizando una gran variedad de estándares de visualización, cumple dos funciones importantes.

Interpreta los datos que llegan al procesador, ordenándoles y calculando para poder presentarlos en pantalla en forma de un rectángulo compuesto de puntos (pixeles).

Recoge la salida de datos digitales resultante de ese proceso y lo trasforma en una señal analógica que pueda entender el monitor.

HISTORIA

En este apartado se intenta mostrar la mejor recopilación de información sobre el desarrollo tecnológico que ha sufrido el mundo de las tarjetas gráficas, desde sus inicios, en los años 60:

MDA ( ANTIGUA)

En los primeros ordenadores, los gráficos brillaban... por su ausencia. Las primeras tarjetas de vídeo presentaban sólo texto monocromo, generalmente en un agradable tono ámbar o verde fosforito que dejaba los ojos hechos polvo en cuestión de minutos. De ahí que se las denominase MDA, Monochrome Display Adapter.

CGA (ANTIGUA)

Luego, con la llegada de los primeros PCs, surgió una tarjeta de vídeo capaz de presentar gráficos: la CGA (Computer Graphics Array, dispositivo gráfico para ordenadores). Tan apasionante invento era capaz de presentar gráficos de varias maneras:

Resolución (horizontal x vertical) Colores

320x200 4

640x200 2 (monocromo)Lo cual, aunque parezca increíble, resultó toda una revolución. Aparecieron multitud de juegos que aprovechaban al máximo tan exiguas posibilidades, además de programas más serios, y los gráficos se instalaron para siempre en el PC.

Hércules

Se trataba ésta de una tarjeta gráfica de corte profundamente profesional. Su ventaja, poder trabajar con gráficos a 720x348 puntos de resolución, algo alucinante para la época; su desventaja, que no ofrecía color. Es por esta carencia por la que no se extendió más, porque jugar sin color no es lo mismo, y el mundo PC avanza de la mano de los diseñadores de juegos.

EGA

Otro inventito exitoso de IBM. Una tarjeta capaz de:

Resolución (horizontal x vertical) Colores

320x200 16

640x200 16

640x350 16

Estas cifras hacían ya posible que los entornos gráficos se extendieran al mundo PC (los Apple llevaban años con ello), y aparecieron el GEM, el Windows y otros muchos.

VGA

El estándar, la pantalla de uso obligado desde hace ya 10 años. Tiene multitud de modos de vídeo posibles, aunque el más común es el de 640x480 puntos con 256 colores, conocido generalmente como "VGA estándar" o "resolución VGA".

SVGA, XGA y superiores

El éxito del VGA llevó a numerosas empresas a crear sus propias ampliaciones del mismo, siempre centrándose en aumentar la resolución y el número de colores disponibles. Entre ellos estaban:

Modo de vídeo

Máxima resolución y máximo número de colores

SVGA 800x600 y 256 colores

- XGA 1024x768 y 65.536 colores

- IBM 8514/A 1024x768 y 256 colores (no admite 800x600)

TABLA DE LA EVOLUCIÓN DE LAS TARJETAS DE VIDEO

AÑO MODO GRÁFICO

COLORES MEMORIA

CARACTERÍSTICAS

MDA (Monochrome Display Adapter)

1981 - 1 4 KB monocromática

CGA (Computer Graphics Array)

1981 320x200

640*200

4

2

16 KB Doble modo grafico

HGC (Hercules Graphics Card)

1982 720*348 1 64 KB Alta resolución

monocromática

EGA (Enhaced Graphics Adapter)

1984 320x200

600x200

640*350

16 256 KB

Tres modos gráficos

Extiende gráficos a PC

IBM 8514 1987 1024*768 256 - Resolución única

VGA (Video Graphics Array)

1987 640*480 256 256 KB Varios modos

Estándar

SVGA (Super Video Graphics Array)

1989 800*600 256 1 MiB Ampliación de VGA

Aumenta la resolución

XGA (Extended Graphics Array)

1990 1024*768 65K 2 MiB Mejora resolución

LA RESOLUCIÓNLa resolución es el número de puntos que es capaz de presentar por pantalla una tarjeta de vídeo, tanto en horizontal como en vertical. Así, "800x600" significa que la imagen está formada por 600 rectas horizontales de 800 puntos cada una.

RESOLUCIONES COMUNESEstándar Resolución Escala Escala

normalizadaPíxeles

CGA 320×200 16:10 1,6:1 64 KQVGA 320×240 4:3 1,33:1 77 KB&W Macintosh/Macintosh LC 512×384 4:3 1,33:1 197 KEGA 640×350 aprox. 11:6 1,83:1 224 KMCGA 640×480 4:3 1,33:1 307 KHGC 720×348 60:29 2,07:1 251 KMDA 720×350 72:35 2,06:1 252 KApple Lisa 720×360 2:1 2:1 259 KSVGA 800×600 4:3 1,33:1 480 KWVGA 850×480 16:9 1,78:1 409 KXGA 1024×768 4:3 1,33:1 786 KXGA+ 1152×864 4:3 1,33:1 995 KWXGA 1280×768 15:9 1,67:1 983 KWXGA 1360×7681 16:9 1,78:1 1020 KWXGA+ ? 1280×800 16:10 1,6:1 1 MSXGA 1280×1024 5:4 1,25:1 1'3 MWSXGA o WXGA+ 1440×900 16:10 1,6:1 1'4 MSXGA+ 1400×1050 4:3 1,33:1 1'5 MWSXGA 1600×900 16:10 1,56:1 1'6 MWSXGA+ 1680×1050 16:10 1,6:1 1'8 MUXGA 1600×1200 4:3 1,33:1 1'9 MWUXGA 1920×1200 16:10 1,6:1 2'3 MUXGA+ 1920×1440 4:3 1,33:1 2'76 MQWXGA 2048×1152 16:9 1,78:1 2'36 MQXGA 2048×1536 4:3 1,33:1 3'15 MWQXGA 2560×1600 16:10 1,6:1 4'1 MQSXGA 2560×2048 5:4 1,25:1 5'2 MWQSXGA 3200×2048 25:16 1,56:1 6'6 MQUXGA 3200×2400 4:3 1,33:1 7'7 MWQUXGA 3840×2400 16:10 1,6:1 9'2 MHSXGA 5120×4096 5:4 1,25:1 21 MWHSXGA 6400×4096 25:16 1,56:1 26 MHUXGA 6400×4800 4:3 1,33:1 31 MWHUXGA 7680×4800 16:10 1,6:1 35 M

COMPONENTES

1. Puntos de anclaje con la carcasa del PC2. Controlador RAMDAC3. Oscilador de reloj4. Conectores de ampliación5. BIOS de vídeo6. Jumper7. GPU8. Memoria de vídeo9. Conectores AGP

A continuación analizaremos las 4 componentes más importantes de la tarjeta gráfica.A. GPU (Unidad de procesamiento gráfico)

Una GPU es un procesador dedicado exclusivamente al procesamiento de gráficos, para aligerar la carga de trabajo del procesador central en aplicaciones como los videojuegos y o aplicaciones 3D interactivas. Una GPU implementa ciertas operaciones gráficas llamadas primitivas optimizadas para el procesamiento gráfico.

Shaders: Es elemento más notable de potencia de una GPU, estos shaders unificados reciben el nombre de núcleos CUDA en el caso de nvidia y Procesadores Stream en el caso de AMD. Son una evolución natural de los antiguos pixel shader (encargados de la rasterización de texturas) y vertex shader (encargados de la geometría de los objetos), los cuales anteriormente actuaban de forma independiente. Los shaders unificados son capaces de actuar tanto de vertex shader como de pixel shader según la demanda, aparecieron en el 2007 con los chips G90 de nvidia (Series 8000) y los chips R600 para AMD (Series HD 2000), antigua ATi, incrementando la potencia drásticamente respecto a sus familias anteriores

ROP: Se encargan de representar los datos procesados por la GPU en la pantalla, además también es el encargado de los filtros como Antialiasing.

B. MEMORIALa memoria de una tarjeta gráfica y la memoria principal del PC es exactamente lo mismo, se usan para lo mismo y funciona, dependiendo del tipo, de la misma manera, su única diferencia se encuentra en la velocidad de funcionamiento.

Las características de memoria gráfica de una tarjeta gráfica se expresan en 3 características:

Capacidad: La capacidad de la memoria determina el número máximo de datos y texturas procesadas, una capacidad insuficiente se traduce en un retardo a espera de que se vacíen esos datos. Sin embargo es un valor muy sobrevalorado como estrategia recurrente de márketing para engañar al consumidor, tratando de hacer creer que el rendimiento de una tarjeta gráfica se mide por la capacidad de su memoria.

Interfaz de Memoria: También denominado Bus de datos, es la multiplicación resultante del de ancho de bits de cada chip por su número de unidades. Es una característica importante y determinante, junto a la velocidad de la memoria, a la cantidad de datos que puede transferir en un tiempo determinado, denominado ancho de banda. Una analogía al ancho de banda se podría asociar al ancho de una autopista o carriles y al número de vehículos que podrían circular a la vez. La interfaz de memoria se mide en bits.

Velocidad de Memoria: Es la velocidad a la que las memorias pueden transportar los datos procesados, por lo que es complemento a la interfaz de memoria para determinar el ancho de banda total de datos en un tiempo determinado. Continuando la analogía de la circulación de los vehículos de la autopista, la velocidad de memoria se traduciría en la velocidad máxima de circulación de los vehículos, dando resultado a un mayor transporte de mercancía en un mismo periodo de tiempo. La velocidad de las memorias se mide en Hertzios (su frecuencia efectiva) y se van diseñando tecnologías con más velocidad, se destacan las adjuntas en la siguiente tabla.

Tecnología Frecuencia efectiva (MHz) Ancho de banda (GB/s)

GDDR 166 - 950 1,2 - 30,4

GDDR2 533 - 1000 8,5 - 16

GDDR3 700 - 1700 5,6 - 54,4

GDDR4 1600 - 1800 64 - 86,4

GDDR5 3200 - 7000 24 - 448

Ancho de banda: Es la tasa de datos que pueden transportarse en una unidad de tiempo. Un ancho de banda insuficiente se traduce en un importante limitador de potencia de la GPU. Habitualmente se mide en "Gigabytes por segundo" (GB/s).

Su fórmula general es el cociente del producto de la interfaz de memoria (expresada en bits) por la frecuencia efectiva de las memorias (expresada en Gigahertzios), entre 8 para convertir bits a bytes.

Por ejemplo, tenemos una tarjeta gráfica con 256 bits de interfaz de memoria y 4200 MHz de frecuencia efectiva y necesitamos hallar su ancho de banda:

Una parte importante de la memoria de un adaptador de vídeo es el Z-Buffer, encargado de gestionar las coordenadas de profundidad de las imágenes en los gráficos 3D.

C. RAMDACEs el circuito usado para convertir la señal digital de la tarjeta gráfica en una señal analógica que puede ser enviada al monitor.

D. CONECTORESLos conectores, como su nombre indica es por donde la tarjeta se conecta con otros dispositivos, ya sea un monitor o la placa base. En principio podemos distinguir el que conecta la placa con la placa de los que trabajan con “imágenes”, ya sean de entrada o salida.

Bus de Conexión:Es el conector que une la tarjeta gráfica a la placa base, donde están los distintos contactos metálicos para unirse con la tarjeta como son: PCI, AGP y PCI-Express.

Conector VGA:Se encuentra en todas las tarjetas y es por el que se conecta la tarjeta al monitor. Transmite información de forma analógica.

Conector E/S Video

DISEÑADORES, FABRICANTES Y ENSAMBLADORES

Diseñadores de GPU

Diseñan y generan exclusivamente la GPU. Los dos más importantes son:

o AMD, anteriormente conocida como ATio nVIDIAo Si hablamos de GPU integrada en el chipset de la placa base, también destaca Intel

además de los antes citados nVIDIA y AMD.

Fabricantes de GPU

Son quienes fabrican y suministran las unidades extraídas de las obleas de chips a los ensambladores TSMC y Global Foundities son claros ejemplos.

Ensambladores

Integran las GPUs proporcionadas por los fabricantes con el resto de la tarjeta, de diseño propio. De ahí que tarjetas con el mismo chip tengan formas o conexiones diferentes o puedan dar ligeras diferencias de rendimientos, en especial tarjetas gráficas modificadas u overclokeadas de fábrica.

Diseñadores de GPU

AMD nVIDIA

Ensambladores de Tarjetas

GECUBE POINT OF VIEW

CLUB3D CLUB3D

POWERCOLOR EVGA

MSI MSI

XFX GAINWARD

ASUS ASUS

SAPPHIRE ZOTAC

GIGABYTE GIGABYTE

HIS ECS ELITEGROUP

DIAMOND PNY

- SPARKLE

- GALAXY

- PALIT

REFRIGERACIÓN

Refrigeración PasivaConsta simplemente de un disipador sobre la gpu que reduce la temperatura de esta.Refrigeración con aireConsta del uso de un disipador y sobre este un ventilador que mejora la disipación de calor.Refrigeración líquidaSe basa en tuberías de circuito cerrado por el cual fluye líquido que enfría los disipadores de cada GPU enfriando estos.

AMD EN LA ACTUALIDAD

AMD saco a la vente en 2014 la serie R7 y R9 de procesadores gráficos, estos son: R7 250, R7 260X, R9 270X, R9 280X, R9 290X y la R9 295X2, las cuales se clasidfican de gama baja a gama alta como se ve en la grafica a continuación, en donde la R9 295X2 es la TOP de gama de AMD:

En la siguiente grafica podemos ver y comparar las especificaciones de las tarjetas gráficas de alta gama de esta compañía:

CARACTRISTICAS GENERALES DE LA SERIE R7 Y R9

Arquitectura GCNReduce el tamaño del microprocesador de 40nm a 28nm eso hace posible el poder tener el doble de transistores en el mismo espacio de la generación anterior, esto aumenta mucho la potencia de la GPU haciendo posible usar una nueva arquitectura GCN (Graphics Core Next) que hace que la GPU no solo se encargue del procesamiento de gráficos sino además del procesamiento de operaciones cotidianas del PC aumentando así la velocidad general del computador en un 40%. MantleSimplifica el driver de la tarjeta gráfica exponiéndola a los programadores. Soporte 4kSe puede conectar 4 monitores full hd o un monitor en resolución 4K Tecnología AMD EyefinityEsto permite tener hasta 4 monitores conectados a la vez. Tecnología AMD CrossFirePermite interconectar dos o más tarjetas gráficas AMD a la vez aumentando la potencia de procesamiento de gráficos. Tecnología AMD PowerTunePermite obtener las máximas prestaciones de sus dispositivos. Tecnología AMD ZeroCoreHace que cuando la tarjeta de video no esté siendo utilizada su gasto energético sea minimo, de 4w aumentando así la vida útil de esta y reduciendo el consumo energético. AMD App AcelerationUtiliza la potencia de la GPU para acelerar y mejorar el contenido multimedia. Tecnología AMD HD3DPermite conectar monitres 3D HD DirectX® 11.2Es una colección de API(Interfaz de programación de aplicaciones) desarrollada para facilitar las complejas tareas relacionadas con multimedia, especialmente la programación de juegos y video, plataforma de Microsoft. OpenGL 4.3Es una API multiplataforma y multilenguaje para escribir aplicaciones que generen gráficos 2d y 3d. PCI Express® 3 Arquitectura de GPU de 28nm

De las tarjetas de última generación destaca R9 295X2, nombrada por AMD como la más rápida del mundo:

11.5 TFLOPS 5632 procesadores stream 8 GB de memoria GDDR5 (Graphics double data rate type 5) Interfaz de memoria de 512 bits x 2 GPU dobles refrigeradas por líquido

R9 290x R9 290 R9 270X R9 270 R9 260 R9 255Arquitectura GPU 28nm 28nm 28nm 28nm 28nm 28nmSoporte de la API DirectX ®

11.2, Mantle, OpenGL 4.3

DirectX ® 11.2, Mantle, OpenGL 4.3

DirectX ® 11.2, Mantle, OpenGL 4.3

DirectX ® 11.2, Mantle, OpenGL 4.3

DirectX ® 11.2, Mantle, OpenGL 4.3

DirectX ® 11.2, Mantle, OpenGL 4.3

PCI Express ® Version 3.0 3.0 3.0 3.0 3.0 3.0AMD PowerTune Tecnología 5

Sí Sí Sí Sí Sí Sí

Resolución 4K Soporte 7 Sí Sí Sí Sí Sí SíDDMA Audio Sí Sí Sí Sí Sí SíHDMI (con 4K, estéreo 3D, Deep Color y xvColor ™)

Sí Sí Sí Sí Sí Sí

TrueAudio Tecnología 8 Sí Sí No No Sí No

Velocidad del reloj GPU Hasta 1GHz

Hasta 947MHz

Hasta 1.05GHz

Hasta 925MHz

Hasta 1.1GHz

Hasta 930MHz

Ancho de banda de memoria

Hasta 320 GB / s

Hasta 320 GB / s

Hasta 104 GB / s

Hasta 104 GB / s

Hasta 104 GB / s

Hasta 104 GB / s

Cantidad de memoria Hasta 4 GB GDDR5

Hasta 4 GB GDDR5

Hasta 4 GB GDDR5

Hasta 2 GB GDDR5

Hasta 2 GB GDDR5

Hasta 2 GB GDDR5

Unidades de procesamiento de flujo

Hasta 2816

Hasta 2560

Hasta 1280

Hasta 1280

Hasta 896 Hasta 512

Fuente de alimentación requerida Conectores

1 x 6-pin + 1 x 8-pin

1 x 6-pin + 1 x 8-pin

2 x 6 pines

1 x 6-pin 1 x 6-pin 1 x 6-pin

Factor de forma Altura completa, doble ranura

Altura completa, doble ranura

Altura completa, doble ranura

Altura completa, doble ranura

Altura completa, doble ranura

Altura completa, doble ranura

nVIDIA EN LA ACTUALIDAD

GeForce GTX TITAN Black (Gama alta) GeForce GTX 780 Ti (Gama media) GeForce GTX 750 Ti (Gama baja)

Las características generales de estas son:

Arquitectura de GPU KeplerPermite realizar varias cantidades de caculo por la gran cantidades de procesadores que tienen, competencia a arquitectura GCN de AMD. GeForce ExperienceFacilita la actualización y descarga de drivers actualizados para tu tarjeta gráfica entre otras cosas más. Tecnología SLIPermite interconectar varias tarjetas gráficas a la vez NVIDIA Surround con hasta 4 monitoresPermite conectar 4 monitores a la vez Tecnología PhysXSimula la física mejorando el realismo en animaciones y videojuegos. NVIDIA 3D Vision readyPara el uso de monitores 3D NVIDIA GPU Boost 2.0Permite sacar partido al máximo de recursos de la GPU

La tarjeta de gama alta que destaca en nVIDIA es la GeForce GTX TITAN Black que tiene:

Núcleos CUDA 2880 Frecuencia de reloj normal 889 MHz Cantidad de memoria 6144 MB Interfaz de memoria 384-bit GDDR5 Tasa de relleno de texturas 213 GigaTexels/s

Tarjetas gráficas para portátiles

GeForce GTX 880MVelocidad del reloj 954 MHzCantidad de memoria 4 GB GDDR5 160.0 GB/s

AMD Radeon R9 M290X Velocidad del reloj 900 MHzCantidad de memoria 4 GB GDDR5 153,6 GB/s

Intel Iris ProIncluida en los procesadores de Intel serie HASWELL

COMPARACIÓN DE PRECIOS

Carlos Espinoza Adrián Carchipulla

CONCLUSIONES:La evolución de las tarjetas de video se ha dado de una manera increíble llegando a ser muchas de estas incluso más potentes que los CPU de gama alta de la actualidad, esto está haciendo que las compañías que fabrican estas se preocupen por el trabajo que debe realizar el CPU tratando de aligerar sus procesos para poder obtener lo máximo posible de las GPU.La compañía que en este año 2014 tiene la tarjeta gráfica más potente es AMD superando por mucho a nVIDIA que tratara de recuperarse con la salida al mercado de la GTX Titán Z, esto ocurrió de igual manera en año 2013 ocasionando que las compañías Sony (PS4) y de Microsoft (XBOX ONE) eligieran la AMD HD 7990 para la implementación en sus consolas de video.Tanto AMD y nVIDIA desarrollan tecnologías semejantes pero con nombres diferentes teniendo cada una de estas su contraparte en la otra compañía: (Crossfire=SLI) (Kepler=GCN) (Eyefinity=Surround) (Cuda=Stream).

BIBLIOGRAFÍA:http://www.nvidia.es/http://www.amd.com/http://www.pcactual.com/articulo/laboratorio/especiales/7443/tarjetas_graficas_ultima_generacion.htmlhttp://ortihuela.galeon.com/video.htmhttp://www.informaticamoderna.com/Tarjetas_de_video.htmhttp://www.duiops.net/hardware/tarjgraf/tarjgraf.htmhttp://www.info-ab.uclm.es/labelec/Solar/elementos_del_pc/Tarjetas_graficas/indice.htmlhttp://tarjetasgraficas.wikispaces.com/componenteshttp://www.taringa.net/posts/info/10079235/Tarjetas-graficas-tipos-y-caraceristicas.htmlhttp://es.wikipedia.org/wiki/Tarjeta_gr%C3%A1fica http://www.monografias.com/trabajos37/tarjetas-video/tarjetas-video2.shtml#tiposhttp://guindo.pntic.mec.es/~pold0000/trabajosDAI/dai114/monitor.htmhttp://www.slideshare.net/joseakdinf/tipos-de-tarjetas-de-vdeo-1roinfhttp://www.geektopia.es/es/technology/2013/05/07/noticias/las-mejores-tarjetas-graficas-del-momento-por-rango-de-precio-mayo-2013.html