iGPU vs dGPU vs tGPU (tile GPU) vs APU

Los gráficos son muy importantes en la era actual de la informática. Sin embargo, pese a lo cotidiano que es usar gráficos computacionales para las GUIs, para videojuegos, etc., lo cierto es que cada vez es un tema más complejo, especialmente cuando aparecieron las iGPU, dGPU, APU y ahora la tGPU. Pero no te preocupes si todo esto te confunde, en este artículo aprenderás qué es todo esto y sus diferencias…

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¿Qué es una GPU?

Una GPU (Graphics Processing Unit), o unidad de procesamiento gráfico, es un tipo de chip moderno que es capaz de realizar representaciones 3D para videojuegos y otras aplicaciones. Para ello, los datos e instrucciones que llegan a este chip son procesados para renderizar, es decir, crear los gráficos.

Antiguamente, el trabajo gráfico también sobrecaía en la CPU, pero con el avance de la calidad gráfica, esto supuso una enorme sobrecarga para esta unidad. Por eso surgieron los primeros aceleradores gráficos, para dar paso a lo que actualmente conocemos como tarjetas gráficas o GPUs.

Una GPU es capaz de realizar multitud de cálculos matemáticos por segundo para calcular los valores correctos de millones de píxeles docenas o cientos de veces cada segundo. Todos los dispositivos informáticos, desde el PC hasta teléfonos inteligentes, tienen una GPU.

Como curiosidad decir que las únicas computadoras que funcionan sin una GPU suelen ser algunos servidores headless que operan de forma remota y solo usan CPU. Ni siquiera necesitan un entorno gráfico para su gestión, todo se hace a través de la consola de comandos. Pero esto es otra historia diferente…

¿Qué es una iGPU?

Muchos equipos portátiles, y también algunos PCs de sobremesa y AIO, vienen con una GPU integrada o iGPU. Este tipo de unidad está en el mismo empaquetado que la CPU, aunque en un chip independiente como se puede ver en la imagen superior. Estas gráficas cumplen su función, generando los gráficos necesarios, aunque no son tan potentes como las dGPU como veremos más adelante.

Además, hay que tener en cuenta otra cosa, y es que cuando existe una iGPU, podría convivir también una dGPU en el mismo equipo. No son incompatibles, sino que pueden servir como complemento. Pero, hay que tener en cuenta varias cosas:

• Muchos sistemas con iGPU, aunque tengan dGPU, los gráficos tienen que pasar finalmente por la iGPU, que es la que está conectada a la salida de vídeo que va al monitor, aunque algunos equipos han comenzado a implementar soluciones para ello, ya que esto puede comprometer el rendimiento.
• Las dos iGPUs no estarán renderizando los gráficos a la vez, sino que puede trabajar una u otra, es decir, no se pueden sumar sus capacidades entre sí. Por eso, desde el sistema operativo, se puede elegir una u otra según convenga.
• La iGPU no tiene VRAM, sino que emplea la memoria RAM para este fin.
• No debes confundir una iGPU con la GPU integrada en una APU, ya que no son exactamente lo mismo como veremos más adelante.

Las ventajas de la iGPU

Como siempre, toda tecnología tiene sus ventajas, y la iGPU no iba a ser menos. Algunos de los puntos destacables son:

• Precio más reducido.
• Al ir integrada en el empaquetado de la CPU no necesitará espacio adicional, lo que es positivo para los ultrabooks.
• Tampoco necesita de un sistema de refrigeración independiente, lo que ahorra espacio. Tanto CPU como iGPU encajarán en el mismo TDP del empaquetado.
• Suelen tener un consumo inferior a las dGPUs. Cuentan con una buena eficiencia energética, por lo que ahorrarán batería, para prolongar la autonomía.
• Si existe una dGPU junto con la iGPU, se puede cambiar dinámicamente entre una y otra según la potencia gráfica que se necesite. Por ejemplo, reducir el consumo usando la iGPU cuando estás trabajando con ofimática o navegación, y usar la dGPU cuando necesitas rendimiento para gaming, etc.

Las desventajas de la iGPU

Por supuesto, no todo son ventajas en cuanto a la iGPU, también tiene sus desventajas frente a los gráficos dedicados. Por ejemplo:

• El rendimiento de la iGPU es bastante limitado, y para gaming intenso o títulos AAA no es adecuada. Tampoco para tareas de renderizado pesadas.
• Al no tener una memoria VRAM dedicada, hará uso de la memoria RAM, por lo que CPU y la iGPU compartirán la misma memoria, restando espacio de esta para otras aplicaciones.
• Cuando se tiene una dGPU, podría incluso hacer de cuello de botella para ésta, ya que en ocasiones los gráficos tendrían que pasar finalmente por la iGPU que es la que realmente está conectada a la pantalla (aunque el trabajo pesado se haga en el chip de la dGPU).

iGPU y SoC

Otra cosa importante a tener en cuenta son las iGPUs que están integradas en los SoC (System-on-a-Chip). Estos SoCs no solo integran la CPU y la GPU, también incluyen memoria, controladores, y otras unidades del sistema. Todo en un único chip. Por tanto, tampoco es igual que lo que conocemos como iGPU, ya que no está en otro chip dentro del mismo empaquetado, sino que todo es un único chip.

Al estar todo en un chip monolítico, la GPU integrada puede mejorar las interconexiones con el resto de unidades que se incluyen, aunque generalmente la memoria RAM se suele incluir fuera del SoC, y en este caso también estará compartida entre la iGPU y CPU, e incluso otras unidades como podría ser un DSP, NPU, etc.

Actualmente, los SoCs son muy populares, ya que sirven para dispositivos móviles, además de venir incluidos en otros equipos Smart, así como en los nuevos Mac de Apple, con los SoCs M1, M2, etc., Qualcomm Snapdragon, Mediatek Helio, HiSilicon, Samsung Exynos, etc.

Qué es tGPU o Tile-GPU

Dentro del apartado de iGPU no me quería olvidar de un término que ha introducido recientemente Intel. Y es que ahora también llama a sus nuevas iGPUs como tGPU o Tile-GPU. Pero esto no te debe confundir, son lo mismo, solo que en este caso se usa una arquitectura tipo tile, pudiendo ir agregando tiles (ya sea mediante un diseño chiplet o MCM o mediante empaquetados 3D) según se quiera escalar el rendimiento.

¿Qué es una dGPU?

Una GPU discreta, GPU dedicada, o dGPU, es una unidad de procesamiento de gráficos que no forma parte de la CPU, es decir, se implementa en un empaquetado separado o en una PCB independiente. Algunas dGPUs simplemente se sueldan a la propia placa base, otras se montan en módulos como los MXM. En cualquiera de los casos, irá acompañada también de chips de memoria VRAM. Por tanto, no necesitará hacer uso de la memoria RAM compartida.

A diferencia de una tarjeta gráfica, que incluyen una PCB más compleja y que incluye también el sistema de refrigeración, una dGPU es ligeramente diferente. Además, como he dicho antes, una dGPU también puede convivir con una iGPU.

Las dGPUs que vienen integradas en la placa base no se pueden sustituir de forma fácil, ya que implicaría desoldar el BGA de la GPU y sustituirlo por otra GPU. Pero esto es costoso y se necesita equipamiento y laboratorio especial. En cambio, las que se encuentran en módulos MXM para portátiles, sí que pueden ser sustituidas de forma sencilla como harías con una tarjeta gráfica convencional de un PC de sobremesa.

Otra consideración es que las dGPUs no suelen necesitar alimentación extra de la PSU como sucede con las tarjetas gráficas de gama alta. En el caso de la dGPU, cuando están integradas en la placa base, obtienen la energía a través de ella.

Una IGP o Integrated Graphics Processor es un chip gráfico integrado en la propia placa base. Esto era muy común en el pasado, en algunas placas base de gama media-baja para usuarios que no necesitaban una tarjeta gráfica externa. Estos chips se podían desactivar desde el BIOS en algunos casos. También hubo algunas gráficas integradas en el propio chipset de la placa base, y cuando se estropeaba, no quedaba más remedio que sustituir la placa base al completo…

Tampoco me gustaría olvidar que la dGPU no es exactamente igual que la GPU que incluyen las tarjetas gráficas. Entre los modelos de GPU de NVIDIA, AMD e Intel para el escritorio y sus chips para portátiles (Mobile), hay ligeras diferencias, especialmente en el TGP, que es más bajo, y también el rendimiento suele ser algo inferior. Ten en cuenta que tienen que hacer durar la batería…

¿Qué es una APU?

Al igual que Intel se acogió a las iGPU en sus procesadores, AMD hizo algo diferente al usar el término APU (Accelerated Processing Unit), que significa unidad de procesamiento acelerado. En este caso, la GPU también puede considerarse integrada, pero a diferencia de una iGPU convencional, en este caso está integrada on-chip, es decir, dentro del mismo chip que la CPU. Por tanto, todo es un chip monolítico.

Es decir, la APU se podría considerar algo intermedio entre la iGPU y un SoC, ya que integra la GPU en el mismo chip que la CPU como hace el SoC, pero no llegaría a ser un SoC, ya que carece de otras unidades adicionales que si son típicas en los SoCs.

Las primeras APU llegaron en 2011. Esta tecnología fue conocida originalmente por AMD como Fusion, y pretendía revolucionar el mercado con un chip con arquitectura heterogénea, aunque finalmente no resultaron según lo previsto. Eso sí, en la actualidad aún siguen existiendo APUs para competir con la línea Intel que incluye iGPUs.

Al estar en un mismo troquel, tiene beneficios en cuanto al rendimiento cuando la CPU debe mandar qué hacer en la GPU. No obstante, al igual que ocurre con la iGPU, en este caso tampoco habrá una VRAM dedicada, sino que CPU y GPU tendrán que acceder y compartir la misma memoria RAM.

Algunas ventajas de la APU frente a la iGPU son:

• Un mejor rendimiento en comunicación entre CPU-GPU.
• Menor consumo para la comunicación que si estuviesen en chips separados.
• Los recursos se pueden compartir entre los dos de forma fácil.
• Elimina la necesidad de instalar una dGPU o tarjeta gráfica dedicada, lo que resulta más barato.
• Al igual que la iGPU, también admite que se pueda incluir una dGPU en el mismo equipo y usar una u otra, aunque con los mismos problemas que vimos con la iGPU.

Sin embargo, como es habitual, las APUs no están exentas de inconvenientes:

• Su potencia gráfica no es tan poderosa como la de una dGPU.
• Agregan complejidad al chip monolítico y lo encarecen.

Algunos ejemplos comunes de APU

AMD ha usado sus APUs durante muchos años, y sigue haciéndolo para los chips de portátiles. Incluso las APUs han llegado a las series Opteron, Athlon, A-Series, Ryzen, Threadripper y EPYC. Actualmente, consolas como la Sony PlayStation o la Microsoft Xbox, e incluso la Steam Deck de Valve hacen uso de estas APUs.

Conclusión ¿Qué diseño de GPU es adecuado para mi?

Como conclusión decir que podrían ocurrir los siguientes escenarios donde te recomendamos un tipo u otro:

• Si el rendimiento gráfico no es importante para ti, ya que no vas a jugar de forma intensiva ni a realizar otro tipo de tareas gráficas pesadas, entonces lo mejor es una iGPU o APU.
• Si el rendimiento es muy importante para ti, porque vas a renderizar o jugar a títulos AAA, entonces lo ideal es una dGPU para portátiles o una tarjeta gráfica para PCs de sobremesa.
• Cuando el consumo es algo crítico, mejor una APU o un SoC que cualquier otra unidad.
• Si el consumo no es crítico, podrías usar cualquier tipo de unidad gráfica.
• Cuando el escalado de potencia es importante, lo mejor es una tarjeta gráfica pensando en configuraciones multi-GPU.