Targeta gràfica

miniatura|Targeta Gràfica PCI-Express Una targeta, carta o placa gràfica, de vídeo o acceleradora de grafismes o encara, un adaptador de pantalla és una targeta d'expansió per a un ordinador, encarregada de processar les dades provinents de la unitat central de processament i transformar-les en informació comprensible i representable en un dispositiu de sortida, com un monitor o televisor. La targeta gràfica és un element habitual en quasi tots els ordinadors per raó de les febles prestacions que ofereixen els adaptadors gràfics integrats a la plaça de base. Les més comunes són les disponibles per als ordinadors compatibles amb l'IBM PC, a causa de la seva enorme popularitat, però d'altres arquitectures també fan ús d'aquest tipus de dispositius. És usual que s'utilitzi el mateix terme tant a les habituals targetes dedicades i separades com a les GPU integrades en la placa base. Algunes targetes gràfiques han ofert funcionalitats afegides com captura de vídeo, sintonització de TV, descodificació MPEG-2 i MPEG-4 o fins i tot connectors Firewire, de ratolí, llapis òptic o palanca de control.

Les targetes gràfiques no són domini exclusiu dels PC; van comptar o compten amb elles dispositius com els Commodore Amiga (connectades mitjançant les ranures Zorro II i Zorro III), Apple II, Apple Macintosh, Spectravideo SVI-328, equips MSX i, per descomptat, en les videoconsoles modernes, com la Switch, la Playstation 5 o la Xbox Series X.

Història miniatura|PCI S3 ViRGE miniatura|IBM XGA-2 MCA miniatura|Apple Display Card 24AC NuBus miniatura|Cirrus Logic VESA miniatura|AVIEW2E EISA miniatura|Enhanced Graphics Adapter Paradise Bus ISA

La història de les targetes gràfiques comença a la darreria de la dècada del 1960, quan es passa d'utilitzar impressores com a element de visualització a utilitzar monitors. Les primeres targetes només eren capaces de visualitzar text a 40x25 o 80x25, però l'aparició dels primers xips gràfics com el Motorola 6845 permeten començar a dotar els equips basats en bus S-100 o Eurocard de capacitats gràfiques. Juntament amb les targetes que afegien un modulador de televisió van ser les primeres a rebre el terme targeta de vídeo.

L'èxit de l'ordinador domèstic i les primeres videoconsoles fan que per abaratiment de costos (principalment són dissenys tancats), aquests xips vagin integrats en la placa base. Fins i tot en els equips que ja venen amb un xip gràfic es comercialitzen targetes de 80 columnes, que afegien un mode de text de 80x24 o 80x25 caràcters, principalment per executar softCP/M (com les dels Apple II i Spectravideo SVI-328).

Curiosament, la targeta de vídeo que ve amb l'IBM PC, que amb el seu disseny obert herència dels Apple II popularitzarà el concepte de targeta gràfica intercanviable, és una targeta de només text. La Monochrome Display Adapter (MDA), desenvolupada per IBM el 1981, treballava en mode text i era capaç de representar 25 línies de 80 caràcters en pantalla. Comptava amb una memòria VRAM de 4KB, de manera que només podia treballar amb una pàgina de memòria. S'usava amb monitors monocroms, de tonalitat normalment verda.

A partir d'aquí es van succeir diverses controladores per a gràfics, resumides en la taula adjunta.

Any Mode text Mode gràfics Colors Memòria MDA 1981 80*25 - 1 4 KiB CGA 1981 80*25 640*200 4 16 KiB HGC 1982 80*25 720*348 1 64 KiB EGA 1984 80*25 640*350 16 256 KiB IBM 8514 1987 80*25 1024*768 256 - MCGA 1987 80*25 320*200 256 - VGA 1987 720*400 640*480 256 256 KiB SVGA 1989 80*25 1024*768 256 1 MiB XGA 1990 80*25 1024*768 65K 2 MiB VGA va tenir una acceptació massiva, el que va portar a companyies com ATI, Cirrus Logic i S3 Graphics, a treballar sobre aquesta targeta per millorar la resolució i el nombre de colors. Així va néixer l'estàndard SVGA (Super VGA). Amb aquest estàndard es van aconseguir els 2 MB de memòria VRAM, així com resolucions de 1024 x 768 píxels a 256 colors.

La competència dels PC, Commodore Amiga 2000 i Apple Macintosh van reservar, en canvi, aquesta possibilitat a ampliacions professionals, integrant gairebé sempre la GPU (que batia en potència amb total tranquil·litat a les targetes gràfiques dels PC del moment) en les seves plaques base. Aquesta situació es perpetua fins a l'aparició del Bus PCI, que situa a les targetes de PC al nivell dels busos interns dels seus competidors, en eliminar el coll d'ampolla que representava el Bus ISA. Encara que sempre per sota en eficàcia (amb la mateixa GPU S3 VERGE, el que en un PC és una targeta gràfica avançada esdevé accelerador 3D professional en els Commodore Amiga amb ranura Zorro III), la fabricació massiva (que abarateix substancialment els costos) i l'adopció per altres plataformes del Bus PCI fa que els xips gràfics VGA comencin a sortir del mercat del PC.

L'evolució de les targetes gràfiques va fer un gir important el 1995 amb l'aparició de les primeres targetes 2D/3D, fabricades per Matrox, Creative, S3 i ATI, entre d'altres. Aquestes targetes complien l'estàndard SVGA, però incorporaven funcions 3D. El 1997, 3dfx va llançar el xip gràfic Voodoo, amb una gran potència de càlcul, així com nous efectes 3D (Mip Mapping, Z-Buffer ing, Antialiasing…). A partir d'aquest punt, se succeeixen una sèrie de llançaments de targetes gràfiques com Voodoo2 de 3dfx, TNT i TNT2 de NVIDIA. La potència assolida per aquestes targetes va ser tal, que el port PCI on es connectaven va fer curt d'amplada de banda. Intel va desenvolupar el port AGP (Accelerated Graphics Port) que solucionaria els colls d'ampolla que començaven a aparèixer entre el processador i la targeta. Des de 1999 fins al 2002, NVIDIA va dominar el mercat de les targetes gràfiques (comprant fins i tot la majoria de béns de 3dfx) amb la seva gamma GeForce. En aquest període, les millores es van orientar cap al camp dels algorismes 3D i la velocitat dels processadors gràfics. No obstant això, les memòries també necessitaven millorar la seva velocitat, de manera que es van incorporar les memòries DDR a les targetes gràfiques. Les capacitats de memòria de vídeo en l'època passen dels 32 MB de GeForce, fins als 64 i 128 MB de GeForce 4.

La majoria de videoconsoles de sisena generació i successius utilitzen xips gràfics derivats dels més potents acceleradors 3D del seu moment. Els Apple Macintosh incorporen xips de NVIDIA i ATI des del primer iMac, i els models PowerPC amb bus PCI o AGP poden usar targetes gràfiques de PC amb BIOS no dependents de CPU. El 2006 i en endavant, NVIDIA i ATI (aquest mateix any comprada per AMD) es repartien el lideratge del mercat amb les seves sèries de xips gràfics GeForce i Radeon, respectivament.

Components miniatura|Una unitat de processament gràfic. GPU La GPU —acrònim de «graphics processing unit», que significa «unitat de processament gràfic»— és un processador (com la CPU) dedicat al processament de gràfics, la seva raó de ser és alleugerir la càrrega de treball del processador central i, per això, està optimitzada per al càlcul en coma flotant, predominant en les funcions 3D. La major part de la informació oferta en l'especificació d'una targeta gràfica es refereix a les característiques de la GPU, ja que constitueix la part més rellevant de la targeta gràfica, així com la principal determinant del rendiment. Tres de les més importants d'aquestes característiques són la freqüència de rellotge del nucli, que en l'actualitat oscil·la entre 500 MHz en les targetes de gamma baixa i 850 MHz en les de gamma alta, el nombre de processadors shaders i el nombre de pipelines (vertex i fragment shaders), encarregades de traduir una imatge 3D composta per vèrtexs i línies en una imatge 2D composta per píxels. Elements generals d'una GPU:

Shaders: És element més notable de potència d'una GPU, aquests shaders unificats reben el nom de nuclis CUDA en el cas de NVIDIA i Processadors Stream en el cas d'AMD. Són una evolució natural dels antics pixel shader (encarregats de la rasterització de textures) i vertex shader (encarregats de la geometria dels objectes), els quals anteriorment actuaven de forma independent. Els shaders unificats són capaços d'actuar tant de vertex shader com de píxel shader segons la demanda, van aparèixer el 2007 amb els xips G90 de nvidia (Sèries 8000) i els xips R600 per AMD (Series HD 2000), antiga ATi, incrementant la potència dràsticament respecte a les seves famílies anteriors.

ROP: S'encarreguen de representar les dades processades per la GPU a la pantalla, a més també és l'encarregat dels filtres com l'antialiàsing.

Memòria gràfica d'accés aleatori Són xips de memòria que emmagatzemen i transporten informació entre si, no són determinants en el rendiment màxim de la targeta gràfica, però bé unes especificacions reduïdes poden limitar la potència de la GPU. N'hi ha de dos tipus, dedicada, quan la targeta gràfica o la GPU disposa exclusivament per a si aquestes memòries, aquesta manera és la més eficient i la que millors resultats dona, i compartida quan s'utilitza memòria en detriment de la memòria RAM, aquesta memòria és molt més lenta que la dedicada i, per tant, rendeix molt pitjor, és recurrent en campanyes de màrqueting amb missatges tipus Targeta gràfica de "Fins #MB" per enganyar al consumidor fent-li creure que la potència d'aquesta targeta gràfica resideix en la seva quantitat de memòria.

Les característiques de memòria gràfica d'una targeta gràfica s'expressen en 3 característiques:

Capacitat: La capacitat de la memòria determina el nombre màxim de dades i textures processades, una capacitat insuficient es tradueix en un retard a espera que es buidin aquestes dades. No obstant això, és un valor molt sobrevalorat com a estratègia recurrent de màrqueting per enganyar al consumidor, tractant de fer creure que el rendiment d'una targeta gràfica es mesura per la capacitat de la seva memòria, com és aquesta tendència, que molts assembladors s'emboteixen ingents quantitats de memòria amb GPU incompatibles amb aquesta capacitat, resultant una pèrdua notable de la velocitat d'aquestes memòries, donant com a resultat una targeta gràfica molt més lenta que la que conté una memòria molt més petita i suficient al sector al qual pertanyerà la targeta gràfica i recomanat pel fabricant. Es mesura en octets. Interfície de memòria: També anomenada bus de dades, és la multiplicació resultant del d'ample de bits de cada xip pel seu nombre d'unitats. És una característica important i determinant, al costat de la velocitat de la memòria, a la quantitat de dades que pot transferir en un temps determinat, denominat amplada de banda. Una analogia a l'amplada de banda es podria associar a l'amplada d'una autopista o carrils i al nombre de vehicles que podrien circular al mateix temps. La interfície de memòria es mesura en bits. Velocitat de memòria: És la velocitat a la qual les memòries poden transportar les dades processades, per la qual cosa és complement a la interfície de memòria per determinar l'amplada de banda total de dades en un temps determinat. Continuant l'analogia de la circulació dels vehicles de l'autopista, la velocitat de memòria es traduiria en la velocitat màxima de circulació dels vehicles, donant resultat a un major transport de mercaderia en un mateix període. La velocitat de les memòries es mesura en hertzs (la seva freqüència efectiva) i es van dissenyant tecnologies amb més velocitat, es destaquen les adjuntes en la següent taula:

Tecnologia Freqüència efectiva (MHz) Amplada de banda (GB/s) GDDR166-9501,2-30,4 GDDR2533 - 10008,5-16 GDDR3700 - 17005,6-54,4 GDDR41600 - 180064-86,4 GDDR53200 - 700024-448

Amplada de banda: És la taxa de dades que poden transportar en una unitat de temps. Una amplada de banda insuficient es tradueix en un important limitador de potència de la GPU. Habitualment es mesura en gigabytes per segon (GB/s).