En el ámbito de la informática, se denomina GPU (en inglés “Graphics Processing Unit”, Unidad de procesamiento gráfico), a un circuito electrónico especialmente diseñado para acelerar la creación de imágenes a la salida a un dispositivo de visualización. Las GPUs se utilizan en sistemas embebidos, teléfonos móviles, computadoras personales, estaciones de trabajo y consolas de videojuegos. El término GPU fue popularizado por Nvidia en 1999, cuando comercializó la GeForce 256 como “La primera GPU del mundo”.
Características de las GPU
La unidad de procesamiento gráfico o GPU (en inglés “Graphics Processing Unit”) es un circuito electrónico muy eficiente en la manipulación de gráficos por ordenador y procesamiento de imágenes. La estructura altamente paralela de las GPU las hace más eficientes que las CPU convencionales para algoritmos en los que el procesamiento de grandes bloques de datos se realiza en paralelo.
La GPU es un coprocesador optimizado para el procesamiento gráfico, cuya función es aligerar la carga de trabajo del procesador principal, de tal modo que mientras todo lo relacionado con los gráficos se procesa en la GPU, la CPU puede dedicarse a otro tipo de cálculos.
En una computadora personal, la GPU puede estar presente en la tarjeta gráfica interna o externa, puede estar incrustada en la placa base o incluso en la propia CPU.
Hoy en día las GPU son muy potentes debido a su especialización, ya que al estar pensadas para desarrollar una sola tarea, son diseñadas para llevar a cabo esa tarea más eficientemente. Por otro lado, los modelos actuales de GPU suelen tener cientos de procesadores que proporcionan un alto grado de paralelismo, lo que se traduce en una gran potencia de cálculo gracias a su arquitectura en paralelo, a pesar de tener una frecuencia de reloj muy baja en comparación con lo ofrecido por las CPU.
Veamos las formas principales de GPU en las computadoras personales:
- Tarjeta gráfica dedicada: Las GPU dedicadas normalmente se conectan a la placa base mediante una ranura de expansión como PCI Express (PCIe) o AGP (Accelerated Graphics Port) y pueden ser reemplazadas o actualizadas con relativa facilidad, suponiendo que la placa base sea capaz de soportar la actualización. Las tarjetas gráficas dedicadas tienen RAM que se dedica al uso de la tarjeta, seleccionada especialmente para la carga de trabajo esperada en la tarjeta gráfica. Algunas tecnologías permiten a múltiples GPUs dibujar imágenes simultáneamente para una sola pantalla, aumentando la potencia de procesamiento disponible para los gráficos.
- Tarjeta gráfica integrada (“onboard”): Los procesadores gráficos integrados (IGP, Integrated Graphics Processors) utilizan una parte de la RAM del sistema del ordenador en lugar de una memoria gráfica específica, por lo que tienden a ser menos capaces que el procesamiento gráfico dedicado, ya que la GPU es extremadamente intensiva en memoria y el procesamiento integrado competirá con la CPU por la RAM del sistema. Los IGP se pueden integrar en la placa base como parte del chipset, o bien en el mismo circuito integrado que la CPU. Las computadoras con gráficos integrados representan alrededor del 90% de los PC, ya que los IGP son menos costosos de implementar que el procesamiento gráfico dedicado.
- Procesamiento gráfico híbrido: Esta nueva clase de GPUs compite con los gráficos integrados en los mercados de gama baja de escritorio y portátiles. Las tarjetas gráficas híbridas son un poco más caras que las gráficas integradas, pero mucho menos caras que las tarjetas gráficas dedicadas. Comparten memoria con el sistema pero tienen una pequeña caché de memoria dedicada, para compensar la alta latencia de la RAM del sistema.
- GPU externa (eGPU): Una GPU externa es un procesador gráfico situado fuera de la carcasa de la computadora. Los procesadores gráficos externos se suelen utilizar con ordenadores portátiles, que a menudo carecen de un procesador gráfico lo suficientemente potente como para jugar los últimos juegos, o para otras tareas como edición de vídeo.
GPGPU
Se denomina GPGPU (General Purpose computing on GPU, Computación de propósito general en GPU, o GPU de propósito general) al uso de una unidad de procesamiento gráfico (GPU), que normalmente sólo realiza cálculos relativos a gráficos, para realizar cálculos en aplicaciones que usualmente eran realizados por una CPU. En especial, los sistemas GPGPU encajan bien con las necesidades de la computación científica, y se han desarrollado en esta dirección.
Un sistema GPU-CPU ofrece ventajas que múltiples CPUs no ofrecen debido a la especialización de cada chip. El uso de múltiples tarjetas de vídeo en una computadora, o un gran número de chips gráficos, paraleliza aún más la naturaleza ya paralela del procesamiento gráfico.
Básicamente, un sistema GPGPU es una clase de procesamiento paralelo entre una o más GPUs y CPUs que analiza los datos como si estuvieran en una imagen o gráfico. Aunque las GPU funcionan a frecuencias de reloj más bajas, normalmente son multi-núcleo, por lo que las GPU pueden procesar imágenes y datos gráficos de manera mucho más rápida que una CPU tradicional. Convertir los datos a formato gráfico y luego usar la GPU para analizarlos y escanearlos puede suponer una aceleración del cómputo.