Hace tan solo unos años tener una tarjeta gráfica compartida con un rendimiento apto incluso para jugar era una verdadera utopía. Pero en la actualidad cada vez son más los procesadores que integran su propia tarjeta gráfica, convirtiéndose en unidades IGP o APU según el fabricante de gran rendimiento, y brindándonos la posibilidad de tener dos funciones casi por el precio de solo una.
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En este post explicaremos cómo funciona una gráfica compartida junto a sus principales ventajas y desventajas y usos más frecuentes. Daremos una pequeña comparativa de rendimiento con las tecnologías actuales de los dos eternos rivales: Intel y AMD con sus respectivos procesadores de gráficos integrados.
En el mercado de componentes informáticos de consumo general, corporativo y también servidores y superordenadores, nos encontramos con dos tipos de procesadores gráficos, los que llamamos gráficos dedicados y los gráficos integrados o gráficas compartidas. El uso de cada uno de ellos esta enfocado a tareas muy diferentes y vamos a explicarlo a lo largo de este artículo.
Una tarjeta gráfica compartida es la que conocemos normalmente por gráficos integrados. Se trata de un circuito integrado que se dedica en exclusiva al procesamiento de gráficos y texturas en un ordenador. La peculiaridad de este chip es que está directamente integrado en un microprocesador, como una unidad funcional más en el mismo silicio y compartiendo espacio con los núcleos y la memoria caché entre otras cosas.
A este tipo de procesadores, cuyo precursor fue AMD, lo llama el fabricante APUs (Accelerated Processing Unit), y IGP en el caso de Intel (Integrated Graphics Proccessor). En términos prácticos es exactamente lo mismo, una zona de circuito integrado provista de una serie núcleos capaces de realizar un gran volumen de operaciones en coma flotante y vectoriales propias de gráficos.
La diferencia más importante que tienen respecto a una CPU es que estos núcleos funcionan de forma independiente contando con su propia memoria caché de banda ancha, aunque deberán de adquirir parte de la memoria RAM disponible como memoria gráfica.
Los núcleos de un microprocesador son muy complejos y “grandes” en comparación con una GPU, por tener que realizar muchos tipos de operaciones para programas. Mientras que una GPU tiene más núcleos, más pequeños y simples para dedicarse a un reducido número de operaciones. Ahora veremos que la verdadera utilidad de una gráfica compartida no es la de procesar gran cantidad de gráficos 3D, sino entregar una alta resolución de vídeo.
Nos adentramos un poco más en el interior de un procesador con gráfica dedicada con dos ejemplos típicos de una CPU de Intel y otra de AMD. Dos formas notablemente distintas de concebir el diseño interno de su CPU y con diferencias de rendimiento importantes.
En la imagen anterior estamos viendo cómo sería una APU AMD Ryzen 2000 o 3000 con gráfica compartida, en una captura si realizáramos un corte de su oblea de silicio, aunque los elementos no están a escala. A su vez lo comparamos con otra imagen de otro AMD Ryzen de 8 núcleos sin GPU integrada, que podría corresponder a un Ryzen 7 2700 por ejemplo.
Lo que debemos notar más claramente es que la arquitectura en chiplets de AMD permite de alguna forma coger el dado de 4 núcleos completo de una CPU normal y añadirle otro dado al lado que cuenta con los núcleos gráficos. La distribución de memoria caché y núcleos vemos que no cambia, aunque sí todo a su alrededor.
Esta distribución de APU es la que se utiliza actualmente en los Ryzen 2000G Zen y 3000G Zen+. Se puede ver que gran parte de este silicio está ocupado por la tarjeta gráfica compartida, siendo en el ejemplo una Radeon RX Vega disponible en 8 u 11 núcleos con un máximo de 704 unidades de sombreado. Este dado tiene su propia caché L2 gráfica y un motor multimedia y de pantalla que se comunica con la CPU para entregar la señal de imagen a través del controlador I/O de la propia CPU por PCIe 3.0.
El caso de Intel es un poco distinto al de AMD, ya que esta imagen podría corresponder igualmente a un Core i9-9980HK de 8 núcleos físicos y 16 lógicos para laptop, o a un Core i9-9900K de 8C/16T de un PC de escritorio. De hecho la construcción es exactamente la misma en ambos casos, y solamente se diferencia en el rendimiento final debido al TDP, frecuencia y ancho de banda del chip.
Intel no quita o pone la GPU como en caso de AMD, sino que estará presente en todos sus procesadores, pero en algunos activada y en otros desactivada (familia F). Concretamente son los Intel UHD Graphics 630, con un dado mucho más pequeño que el de AMD con 192 unidades de sombreado, y justamente pegado a los núcleos de CPU. Claro que estos gráficos tiene aproximadamente la mitad de transistores que una RX Vega 11, 760 millones frente a 1.500 millones, así que su rendimiento va a ser muy inferior, y este sería el punto clave entre ambos.
A partir de las imágenes anteriores va a quedar mucho más clara la diferencia entre los dos tipos de gráficas que tenemos en los ordenadores de consumo general.
Mientras que una GPU integrada comparte espacio con el procesador y memoria RAM, una gráfica dedicada es una PCB totalmente independiente. Lo que llamaríamos una tarjeta PCIe debido a que se conecta en las ranuras de expansión de la placa base. En ella tenemos un procesador gráfico especialmente construido para trabajar con gráficos 3D con su propia memoria caché L1 y L2, memoria RAM de alta velocidad dedicada y suministro de alimentación independiente.
Tener un procesador gráfico específico la dota de una diferencia de rendimiento abismal. Tan solo hablando de transistores, tenemos que por ejemplo una RTX 2060 Super de Nvidia cuenta con 10,8 miles de millones, frente a los 1,5 miles de millones de la VEGA 11 vista antes, unas 10 veces más. De igual forma, el recuento de núcleos internos sube por encima de los 1000, en la 2060 serían por ejemplo 2176 con una arquitectura especialmente diseñada para procesar una gran ancho de banda, no de 64 bits, sino superior a los 192 bits.
Las diferencias siguen, y una gráfica dedicada cuenta con memoria RAM propia, GDDR6 en la generación actual, es decir, dos generaciones más nueva y rápida que una RAM DDR4 llegando a los 14000 MHz. Al ser una tarjeta tan potente necesita alimentación propia, por encima de los 100W casi siempre, con TDP que superan los 80W y grandes disipadores de 2 y 3 ventiladores.
Por poneros ejemplo numérico, la potencia de procesamiento de una RTX 2080 Ti de Nvidia puede llegar a los 13,45 TERAFLOPS y una tasa de píxeles de 135,9 GPixel/s. Mientras que una gráfica compartida Intel UHD Graphics 630 llegará a los 0,44 TFLOPS y 9,2 GPixel/s.
Si lo que deseamos es tener un PC para jugar a títulos 3D actuales, prácticamente estamos obligados a usar una GPU dedicada. En la actualidad contamos con soluciones intermedias como las APU con AMD RX Vega que serán capaces de lidiar con juegos de generaciones anteriores y menos exigentes a 720p o 1080p.
Una referencia casi obligada en la existencia de la gráfica compartida es el uso en los ordenadores portátiles. Es cierto que actualmente la eficiencia y consumo se ha disminuido mucho gracias a la miniaturización de componentes, y esto permite añadir gráficas dedicadas a un portátil. Pero si de verdad queremos portabilidad, los gráficos integrados son fundamentales.
Hemos visto la estructura que utiliza AMD e Intel en sus creaciones, y estas sin duda están orientadas siempre a equipos portátiles. La menor potencia de ellos y su integración en un mismo chip hace que sean la opción perfecta para ocupar muy poco espacio, generar poco calor asegurar un consumo por encima de las 6 horas. Tengamos en cuenta que el TDP total de un procesador para portátil suele ser de unos 25 a 35W en ambos fabricantes.
En este aspecto, AMD también saca una ligera ventaja con gráficas integrados RX Vega 5, 7 y 8 de un rendimiento algo superior a los de Intel en su nueva generación. Concretamente hablamos de los Ryzen 4000U y 4000H de nueva generación con arquitectura Zen 2 a 7 nm, capaces de rivalizar con a los Iris Plus 11 que Intel equipa en sus nodos Ice Lake de 10 nm como la versión de máximo rendimiento para procesadores. En otros casos como los Comet Lake H y S de 10ª, Intel simplemente ha utilizado los UHD 630, que no son opción para jugar.
Pero si pensamos comprar un portátil gaming casi de forma irremediable necesitaremos irnos otra vez a una GPU dedicada, y Nvidia es la que lleva a voz cantante en laptops con sus GTX y RTX. Estas son GPU dedicadas derivadas de las versiones de escritorio como las más potentes que jamás han tenido los portátiles. Con ellas algo tan impensable como jugar a Doom Eternal en calidad alta a +100 FPS es posible, claro que siempre enchufado a la corriente.
En la nueva generación de hecho se ha optimizado el consumo de los equipos mucho, al poder desactivar la GPU dedicada si no la estamos usando y tirar de la gráfica compartida de la CPU. De esta forma llegar a las 6 horas de autonomía es posible.
En cuanto a los gráficos dedicados en los procesadores de escritorio, también es AMD la que lleva ventaja sobre la marca azul gracias a los Radeon RX Vega de los que ya sabemos bastante aquí.
En primer lugar podemos optar por procesadores de gama baja como son los AMD Athlon o Intel Pentium Gold. Son procesadores con gráficos integrados que tendrán sentido para equipos multimedia, de trabajo en tareas ligeras y HTPC sobre todo. Se componen de 2 núcleos y 4 hilos en donde Intel es ligeramente superior. Pero los Radeon RX Vega 3 de los Athlon permiten un mayor rendimiento en gráficos, pudiendo mover juegos 3D antiguos en calidad baja a 720p, algo es algo. Estos cuentan arquitectura Vega de 14 nm con 3 núcleos y un total de 192 procesadores de sombreado a 1,1 GHz soportando overclocking hasta unos 1600 MHz. Si bien los UHD 630 que Intel integra en los Pentium Gold G6500 en adelante sí que pueden plantarle cara, el precio sube a casi el doble.
La segunda opción que tendríamos es montar un PC de escritorio de gama media con incluso pretensiones de gaming con procesadores de 4 núcleos y 8 hilos o más. En este grupo tenemos los interesantes AMD Ryzen 3 3400G con los Radeon RX Vega 11 que se desmarcan mucho de los UHD 630 que integran las CPU Intel Core i3, i5 e i7. Con sus 704 procesadores de sombreado son interesante opción para un PC gaming nivel bajo al mover juegos 3D a mayor resolución. Y si en algún momento añadimos una GPU dedicada podría ser un equipo gaming en toda regla.
Por parte de los Intel Core sus gráficos son meramente presenciales. Soportan 4K a 60 Hz como hacen los Vega, pero no mueven juegos. Así que se comparan siempre con los AMD Ryzen normales, siendo CPU sin grafica compartida destinados a gaming y alto rendimiento. Eso sí, se convierte en opción atractiva para equipos de muy alto rendimiento para profesionales que no necesitan gráficos integrados, algo que por ejemplo con AMD no es posible hacer.
Para acompañar con algunos datos estas reflexiones sobre la tarjeta gráfica compartida, vamos a realizar algunas comparativas entre portátiles con gráficos integrados vs gráficos dedicados. Así como el rendimiento de procesadores de escritorio usando estos mismos.
En primer lugar hemos querido mostrar estos tres benchmarks con equipos bien diferenciados entre sí en cuanto a tarjeta gráfica y procesador. Por un lado tenemos el LG GRAM con Core i7-8565U + UHD Graphics 620, y el HP Spectre X360 con Core i7-1065G7 + Iris Plus 11th con gráficos integrados. Y por otro el Asus ZenBook Duo con Core i7-10510U + Nvidia MX250 y el Acer Predator con Core i7-9750H + Nvidia RTX 2060 con gráficos dedicados.
Hemos escogido una puntuación global de 3DMark para todos los equipos y ver hasta dónde son capaces de llegar estas configuraciones en equipo. Y como es perfectamente previsible, el LG Gram es el que menos rendimiento ofrece al contar con gráficos integrados de muy bajo nivel. Por otro lado, el laptop con gráficos dedicados y CPU de gama alta directamente barre a los otros modelos siendo 6 veces más potente.
Mucho más interesante es la comparativa entre el rendimiento mostrado por el laptop HP y el Asus, en donde presentan un rendimiento muy similar en el global del benchmark. En ambos casos son CPU de 4C/8T, distinta arquitectura aunque similar rendimiento, y se demuestra que los Iris Plus están muy cerquita de la GPU de gama básica de Nvidia, lo cual no está nada mal. Si bien es cierto que en DirectX 12 con Time Spy, los MX250 sacan cierta ventaja.
Con esto solo queremos demostrar que los gráficos integrados en un Laptop no sirven para jugar casi en ningún caso. Habrá que ver cómo se comportan los RX Vega que traen los nuevos AMD Ryzen 4000H y 4000U de nueva generación.
A continuación hemos realizado otra pequeña comparativa de rendimiento entre equipos de escritorio mostrando en primer lugar el rendimiento en juegos de las APU AMD con su gráfica integrada. Concretamente RX Vega 3 para todos los Athlon, y RX Vega 11 para el Ryzen 5.
Aquí vemos como claro dominador el procesador AMD con gráficos superiores y mayor cantidad de núcleos. Pero lo más importante que debemos sacar en claro, es que con una configuración gráfica a 720p y calidad media o baja esta APU Ryzen es capaz de mover con soltura juegos exigentes como los que veis listados. Por otro lado en los Vega 3 no es viable jugar a juegos actuales, pero sí que se comportarán bien con plataformas y juegos de hace unos años.
En la ultima tabla mostramos el rendimiento de distintos procesadores gaming, no gaming y de distinto nivel con una RTX 2060 y el caso concreto del 3400G con sus propios gráficos.
Es una comparativa algo desigual en el caso del 3400G, pero con una configuración gráfica en misma resolución aunque en calidad media, está dando alrededor de 30 FPS. El rendimiento cambia totalmente si añadimos a una GPU dedicada a esta misma CPU, e incluso está muy cerca del rendimiento con respecto a otros procesadores gaming de 6 núcleos.
Estos resultados en resolución 2K y 4K se emparejarán en CPU de 4, 6 y 8 núcleos al tener mucho mayor peso una GPU dedicada. Así que APUs de 4 núcleos y 8 hilo como esta, demuestran una gran polivalencia, siendo aptas para equipos multimedia, trabajo y gaming.
Como finalización de este artículo merece la pena realizar una evaluación sobre las ventajas y desventajas que obtendremos con una tarjeta gráfica compartida frente a una dedicada
Tarjeta gráfica compartida
Ventajas
Desventajas
Tarjeta gráfica dedicada
Ventajas
Desventajas
Las gráficas integradas cada vez están tomando mayor protagonismo en los procesadores actuales, especialmente en aquellos utilizados para portátiles. La disminución de tamaño en los transistores y las mejoras en eficiencia, hacen que se implementen mayor cantidad de núcleos y a mayor frecuencia, siendo opciones muy factibles para hacer algo más que reproducir vídeo.
Por otro lado, el nivel de rendimiento de las tarjetas dedicadas también es cada vez mayor, debido a la continua mejora gráfica de los juegos. Son opciones con un precio elevado, pero el escalado de rendimiento para equipos de altas prestaciones es enorme. Por ello en gaming, diseño y renderización de elementos multimedia son obligatorias.
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