Archive

Posts Tagged ‘Codecs’

Guía de Tarjetas Gráficas 2011

13 octubre 2011 2 comentarios

Todo sobre tarjetas y chips de video: memoria de video, video en equipos de escritorio, laptops, tablets y smartphones, consumo de energía, fusion, pci-express, directx y mucho más. En esta pequeña guía explicaré el funcionamiento y características básicas de los chips de video, por conveniencia se ha dividido en las siguientes secciones:

1. Introducción

2. Clasificación

3. Desempeño

3.1 Aceleración 2D y 3D

3.2 Aceleración de códecs de video

3.3 Memoria de video

4. Puertos de video

5. Tarjetas Discretas

5.1 Instalación

5.2 Consumo de Energía y Calentamiento

6. Configuración en Equipos PC

6.1 APIs

6.2 Drivers

6.3 Reproducción de video

Introducción

Una tarjeta de video es en si mismo una pequeña computadora, capaz de procesar, almacenar y mover información de tipo gráfico, Es en la mayoría de los casos el componente más importante después del microprocesador, la podemos considerar como el 2o cerebro que existe dentro de nuestra computadora.

Cuando adquirimos un equipo de cómputo nuevo o una tarjeta de video es importante tener en mente el uso que le vamos a dar. Algunas aplicaciones como:

  • Reproducción de Videos y Películas en HD
  • Edición de Videos
  • Diseño y Animación 3D
  • Aplicaciones de Ingenieria o Arquitectura
  • Videojuegos
  • ….

Pueden ser procesados de forma más rápida y eficientemente con ayuda de la tarjeta de video.

Si tenemos en mente usar algún programa de software en particular, es importante revisar los requerimientos mínimos de sistema, algunos programas simplemente no funcionarán si no contamos con una tarjeta de video adecuada. A lo largo de esta guia veremos como elegir la tarjeta más adecuada a nuestras necesidades.

Clasificación

Hay tres tipos de tarjetas de video que encontramos comunmente:

  • Tarjetas de Video Discretas, son tarjetas como la que se muestra en la fotografía de abajo, se ecuentran en equipos de escritorio, pueden ser adquiridas o actualizadas, cuentan con su propia memoria de video conocida como memoria dedicada, y en general son rápidas, pero también más costosas.

  • Tarjetas de Video Integradas en la Tarjeta Madre (IGP) hoy en dia el tipo de tarjeta de video más común, como su nombre lo indica son chips integrados que econtramos en la placa principal del equipo (generalmente en el chipset o puente norte), vienen soldados de fábrica y no se pueden cambiar.  Las encontramos en tablets, netbooks, laptops, y computadoras de escritorio. En estas últimas existe la posibilidad de agregar otra tarjeta de video, sin embargo, solo una de ellas funcionará a la vez. No son tan rápidas como las discretas pero son más baratas. La mayoría de estas no cuentan con memoria propia y utilizan parte de la memoria RAM del sistema para funcionar, este espacio se le conoce como memoria compartida el cual reduce la memoria disponible para el sistema operativo y los programas, aunque en general casi siempre es posible agregar físicamente más memoria RAM al sistema.

  • Tarjetas de Video Integradas en el Procesador, cada dia es más común encontrar computadoras donde la tarjeta de video y el procesador estan integrados en un solo chip. Algunos ejemplos son: la linea de procesadores Fusion de AMD, los procesadores Intel con HD Graphics y en general casi todos los procesadores de tablets como el Nvidia Tegra2. En algunos casos estas pueden ser más rápidas que las integradas en el tarjeta madre (como los AMD Fusion A8-3600 – 3800), pero más lentos que las discretas. Tampoco cuentan con memoria propia y utilizan parte de la memoria del sistema para funcionar. Una de sus principales ventajas es la gran velocidad de comunicación con el procesador y la memoria RAM. Es posible que en algunos años este tipo de tarjetas ofrezcan el mismo desempeño que las discretas.

Sin importar el tipo de tarjeta todas ellas cuentan con un procesador llamado Unidad de Procesamiento Gráfico o GPU (por sus siglas en inglés), el cual define las capacidades de video del equipo. Son identificados por el nombre del fabricante, marca y modelo. Por ejemplo: “Nvidia GeForce GT560”, donde el fabricante es Nvidia, la marca GeForce y el modelo GT560. Convencionalmente la numeración del modelo representa la familia: serie 500 y el desempeño: 60, aunque esta regla muchas veces no se cumple y hay que tener cuidado.

Desempeño

Aceleración 2D y 3D

La aceleración 2D, se refiere a la aceleración de los elementos en 2 dimensiones que usamos todos los días en nuestro escritorio: botones, menús, ventanas, el ratón, … También es útil para manipular fotografías y realizar edición de imagenes en 2D. La mayoría de las tarjetas de video nuevas y no tan nuevas cuentan con la aceleración 2D necesaria y se puede considerar como un factor de poca relevancia al elegir una tarjeta de video.

La aceleración 3D, se refiere a la aceleración de objetos tridimensionales que son utilizados comunmente en programas de edición, animación 3D, videojuegos, programas de ingeniería, arquitectura, etc.

Cada uno de estos programas tiene una  demanda diferente de aceleración 3D y de memoria de video.

En el software de edición y animación 3D esta demanda dependerá del programa que utilicemos y de los elementos que trabajemos, entre más información sea manipulada (texturas, poligonos, efectos especiales), mayor será también la demanda de recursos a la tarjeta de video. Y será necesario una tarjeta con mayores capacidades.

En el caso de los videojuegos los títulos más recientes son los más demandantes. Cuando un videojuego es demasiado pesado para nuestra tarjeta gráfica, este se congelará, se verá muy lento o de forma pausada, en algunos casos haciendo imposible jugarlo. Este efecto se debe a que el número de cuadros (o imágenes) por segundo que puede procesar nuestro GPU es muy bajo. Por esta razón muchos videojuegos incluyen opciones para mejorar la velocidad aunque esto signifique sacrificar elementos visuales. La mayoría de los videojuegos se pueden jugar perfectamente a más de 45 cuadros por segundo o fps (de sus siglas inglés), algunos juegos de estrategia o de movientos en 2D se pueden jugar a 30 fps o menos, mientras que algunos de primera persona requieren 60 fps para obtener movimientos rápidos y fluidos. Solo como referencia, recordemos que la mayoría de las peliculas se proyectan a 24 o 25 fps. Veamos el siguiente ejemplo:

Juego: Lost Planet 2, Calidad Baja, resolución: 1024×768, Procesador: Intel i5 2500

Tarjeta gráfica Cuadros por segundo (fps)
AMD Radeon HD 5570 69.8
AMD Radeon HD 5450 24.9

En esta pequeña comparación podemos ver como el mismo juego con la misma configuración gráfica y equipo de cómputo (procesador y RAM) se comporta de forma diferente dependiendo del GPU. A pesar de que la configuración de video es casi la mínima posible, no es posible hacer que el juego Lost Planet 2 se vea de forma fluida usando un Radeon HD5450, pero si es posible jugarlo perfectamente con el Radeon HD5570 que es más costoso. Este mismo comportamiento lo encontramos en smartphones y tablets dependiendo del chip de video.

Es difícil saber como se comportará un programa o algún videojuego con cierta tarjeta gráfica, la mejor opción es revisar primero las reseñas en Internet antes de adquirir cualquier cosa. Algunos sitios muy recomendables son los siguientes (en inglés):

También puedes encontrar más reseñas por cada modelo de GPU en GPUReview.

Para tablets y smartphones te recomiendo (en inglés):

Aceleración de codecs de video

Los codec’s de video son métodos en hardware o software que permiten comprimir y descomprimir videos digitales; por ejemplo:  mpeg-2, H.264, VC-1, VP8, etc. En la actualidad todos los videos que usamos día con día  se encuentran comprimidos en algún formato y para visualizarlos se requiere que el archivo pase por un proceso de descompresión. En muchos casos este proceso puede ser sumamente demandante y es realizado en varias etapas.

Las tarjetas gráficas nuevas cuentan con aceleración de codecs de video, esto permite que algunas o todas las etapas de la descompresión de ciertos codecs sean procesadas por el GPU. Logrando ver videos más fluidos y con mejor calidad de imagen, además de reducir el consumo de energía e incrementar la duración de la batería en equipos móbiles.

Solamente los GPUs más nuevos cuentan con aceleración completa de codecs de video. Las siguientes tecnologías permiten tener aceleración de codecs de video:

Equipos PC (escritorio, laptops y netbooks):

Tecnologías como PureVideo o Unified Video Decoder han ido evolucionando, cada nueva versión ofrece grandes mejoras con respecto a la anterior.

Algunos chips de video en tablets y smartphones  que soportan reproducción HD en 1080p son:

  • Imagination Technologies PowerVR SGX
  • ARM Mali 400 MP
  • Qualcomm Adreno 220
  • Broadcom CrystalHD (también netbooks)

La aceleración de codecs de video debe ser un factor importante a tomar en cuenta si deseas reproducir películas Blu-Ray  o cualquier otro formato de alta definición.

Memoria de video

La tarjeta con más memoria no siempre es la más rápida. Si el GPU tiene pocas capacidades, será poco relevante que tengamos varios gigabytes en memoria de video. La mayoría de los fabricantes proporcionan la cantidad y tipo de memoria conveniente para cada GPU. En el caso de la memoria compartida pasa algo similar, compartir grandes cantidades de memoria RAM del sistema no hará nuestra tarjeta mucho más rápida, es probable que la diferencia no sea notable. Si realmente requieres de más aceleración, necesitarás otro GPU.

Algunos GPUs soportan varios tipos de memoria dedicada y los podemos encontrar en todo una gama diversa de productos.

Los tipos de memoria que podemos encontrar en una tarjeta de video (y su fecha de aparición en el mercado) son los siguientes:

  • DDR2 (2003)
  • DDR3 (2007)
  • GDDR3 (2003)
  • GDDR4 (2007)
  • GDDR5 (2008)

La letra G, al principio de los últimos tres, se refiere a Graphics, y son tipos de memoria especialmente diseñados para tarjetas de video, los dos primeros son los tipos de memoria comerciales que ya conocemos.

El desempeño de la memoria de video se puede estimar conociendo los siguientes parametros:

cantidad * tipo * velocidad * ancho de bus

La velocidad se indica en Mhz y el ancho de bus en bits, puede ser de 64 a 512 bits dependiendo del GPU. Una memoria muy grande y rápida podría estar limitada por un bus de datos pequeño, creando un cuello de botella.

Puertos de video

Existen varios puertos de video que permiten conectar la tarjeta gráfica al monitor o a la TV. Aquí una lista de los más comunes:

VGA (1987)
DVI (1999)
s-video (1987)
s-video (1987)

HDMI (2003)

HDMI tipo C (mini 2006)

DisplayPort (2008)

Mini Display Port (2008)

Si deseas tener gran conectividad entre tus dispositivos deberás revisar que cuenten con los puertos de video adecuados. Algunas recomendaciones son:

  • Asegurate que tu equipo cuente con en puerto HDMI o mini-HDMI (tablets y smartphones) si deseas conectarlo a la TV. Oh bien revisa que tu TV tenga las entradas VGA o DVI que se encuentra comunmente en equipos PC.
  • No todas las tarjetas de video soportan varios monitores. La mayoría  soporta 2, si necesitas 3 o más deberás tener cuidado al elegir tu compra.

Tarjetas Discretas

Instalación

Todas las tarjetas de video discretas se conectan físicamente al equipo mediante alguna ranura ya sea PCI, AGP, o PCI-Express, es importante revisar el tipo de ranura de video que soporta nuestra tarjeta madre (motherboard) pues no todas son compatibles entre sí, y si no tenemos cuidado podríamos terminar comprando una tarjeta que no funciona con nuestro equipo. Los tipos de ranuras son las siguientes:

Nombre Velocidad Fecha de aparición
PCI 133MB/s 1993
AGP 1x (1.0) 266MB/s 1997
AGP 2x (1.0) 533MB/s 1997
AGP 4x (2.0) 1066MB/s 2000
AGP 8x (3.0) 2133MB/s 2000
PCI-Express 8x (1.0) 2 GB/s 2004
PCI-Express 16x (1.0) 4 GB/s 2004
PCI-Express 8x (2.0) 4 GB/s 2007
PCI-Express 16x (2.0) 8 GB/s 2007
PCI-Express 8x (3.0) 8 GB/s 2010
PCI-Express 16x (3.0) 16 GB/s 2010
PCI-Express 16x

Hoy en día prácticamente todas las tarjetas de video nuevas son PCI-Express. Las tarjetas de tipo PCI, PCI-Expres y AGP no son compatibles entre sí, pero versiones distintas del mismo tipo si son compatibles, por ejemplo el PCI-Express 1.0 es compatible con el PCI-Express 2.0.

Las fuentes de alimentación más comunes para PC son de 350-450 Watts pero para ciertas tarjetas de video podríamos requerir fuentes de 600 o hasta 1000W!!. Si la fuente no soporta el consumo es muy posible que se queme. Las tarjetas de mayor consumo generalmente requieren de conectores especiales en la fuente como los siguientes:

Si deseas conectar cuatro monitores, jugar uno de los juegos con los gráficos más impresionantes en muy alta definición, o simular la colisión de dos galaxias,  posiblemente desees colocar 2 o más tarjetas de video a tu PC.

Para lograr esto hoy en día solo existen dos tecnologías disponibles:

CrossFire de ATI ó

Scalable Link Interface (SLI) de Nvidia

Actualmente solo es posible conectar en paralelo tarjetas de video del mismo fabricante y requieres de una tarjeta madre que soporte alguna de estas configuraciones.

Consumo de Energía y Calentamiento

El consumo de energía de una tarjeta es importante tanto para la elección de la fuente como para el pago del servicio eléctrico. Aquí una lista de valores a tomar en cuenta:

  • Consumo Máximo de Energía. Ocurre cuando la tarjeta funciona a su máxima capacidad, generalmente mientras ejecutamos aplicaciones de visualización en 3D.
  • Consumo Mínimo de Energía. Ocurre cuando realizamos tareas cotidianas como navegar en internet, editar documentos, o simplemente cuando el equipo esta encendido pero no hay ninguna aplicacion en ejecución.
  • TDP. (Thermal Design Power) Es un parametro que nos indica el calentamiento máximo de la tarjeta, nuestro gabinete deberá tener la disipación termica necesaria para que no se caliente demasiado. En general los gabinetes más grandes son mejor ventilados y ofrecen mayor disipación, en todos ellos siempre es recomendable tener los ventiladores y disipadores adecuados.

Cuando pensamos en el gasto de electricidad, para la mayoría de casos el consumo mínimo de energía será el factor más importante, pues la mayor parte del tiempo nuestro equipo trabaja a su capacidad mínima o se encuentra en estado de espera (idle). Estos valores pueden variar mucho dependiendo de la tarjeta. Por ejemplo, de acuerdo al sitio X-bit labs tenemos el consumo de energía de las siguientes tarjetas:

Aunque estas dos tarjetas tienen un desempeño muy similar su consumo de energía es muy diferente. Es posible apreciar como la 9600GT consume más de 20W apesar de no realizar tarea alguna (idle), mientras que la GT240 ofrece un consumo de menos de 20W en el uso diario (idle y 2D), excepto en aplicaciones 3D.

Es recomendable revisar sitios de Internet como X-bit labs donde se realizan reseñas detalladas del consumo energético. Al 28 de Febrero de 2011 esta es la lista de tarjetas y su consumo energético: Lista.

Configuración en Equipos PC

APIs

Las APIs o Interfaces de Programación de Aplicaciones, sirven a los desarrolladores de software para tomar ventaja del poder de procesamiento de las GPUs. En algunos programas de software encontramos dentro de la documentación, el soporte de algún API  (OpenGL o DirectX) como requisito minimo de sistema, esto significa que si nuestro GPU no soporta el API indicado y en una versión igual o mayor simplemente no funcionará. En otros casos el soporte solo es recomendado, lo cual significa que el software funcionara más lento o algunas opciones estarán deshabilitadas. Por ejemplo, si tienes un software o videjuego que requiere DirectX 10, pero tu tarjeta solo soporta DirectX 9, es posible que la aplicación no corra, o no sea acelerada al 100% obteniendo un desempeño pobre.

Los APIs utilizados actualmente son:

Nombre Versión más reciente Descripción
Direct3D 11 Parte del API de Microsoft DirectX, orientada a la aceleración de gráficos en 3D, utilizada principalmente en aplicaciones para Windows
OpenGL 4.2 API del grupo Khronos para aceleración 2D y 3D, utilizada en aplicaciones de diseño, animación, videojuegos, …  para Windows, Linux, Mac, smartphones, tables y otros
OpenCL 1.1 API del grupo Khronos para aceleración de software general
DirectX Video Acceleration 2.0 Parte del API de Microsoft DirectX para la aceleración de codecs de video en Windows
Video Acceleration API (VA-API)
1.0.12 API de sistemas Unix para la aceleración de codecs de video
VDPAU 0.4 API de sistemas Unix para la aceleración de codecs de video, impulsado por Nvidia
Drivers

Los drivers o controladores son pequeños elementos de software que permiten que tu sistema operativo se comunique con algún dispositivo de hardware y pueda utilizarlo. Es necesario un controlador por cada componente de hardware de tu equipo.

En las tarjetas de video, los drivers juegan un papel muy importante pues desempeñan las siguientes funciones:

  • Comunicación entre el Sistema Operativo y el Hardware
  • Soporte de APIs (2D, 3D y codecs de video)
  • Traducción y optimización en tiempo real del uso de APIs
  • Administración de Memoria de Video
  • Administración de energía

En ocasiones los drivers pueden contener errores que pueden manifestarse como: desempeño lento, calentamiento de la tarjeta, visualización corrupta y/o elementos no visibles, entre muchos otros… Algunos drivers defectuosos pueden incluso provocar que tu tarjeta de video se queme. Los fabricantes de hardware frecuentemente lanzan nuevas version de drivers y es bueno estar al pendiendiente de las mejoras y errores detectados en estos. Para equipos PC puedes encontrar drivers actualizados en:

Nvidia

ATI Technologies

Reproducción de video

La reproducción de video utilizando la aceleración de codecs puede reducir dramaticamente el uso del procesador de tu computadora con esto puedes obtener los siguientes beneficios: reducir el consumo de energia, aumentar la duración de la bateria, mejorar la calidad del video y liberar recursos para otras aplicaciones.

Aprovechar la aceleración de codecs de video todavía es una tarea complicada, en algunos casos, requieres una combinación particular de: sistema operativo, driver, reproductor de video y archivo de video. Esperemos que esta situación mejore en el futuro, conforme esta tecnología sea más común.

¿Como conseguir la aceleración de codecs?

1. Asegurate que tu hardware soporte aceleración de codecs:

Nvidia PureVideo

AMD ATI UVD

Intel Clear Video HD

2. Verifica que tu driver de video soporte aceleracion de codecs:

En sistemas Windows: Practicamente todos, excepto algunas versiones con errores, puedes usar el siguiente programa para verficiar el soporte de codecs: DXVA Checker

En sistema Unix: Para Nvidia necesitas el driver propietario nvidia y la libreria vdpau-video. Para ATI necesitas el driver propietario catalyst(todavia tiene problemas). Para Intel el driver xf86-video-intel debe estar correctamente instalado. Puedes verificar el soporte de codecs usando el comando vainfo en la consola.

3. Consigue un programa de reproducción de video que soporte aceleración de codecs:

En sistemas Windows: Conozco dos que son gratuitos:

En sistemas Unix: practicamente todos.

4. Configura correctamente tu programa de reproducción para activar el soporte:

En sistemas Windows, (para los programas anteriores):

En sistemas Unix: dependiendo del programa, deberás seleccionar el módulo de salida va-api (aunque vdpau es preferible para sistemas con Nvidia)

5. Si aún no logras obtener la aceleración, revisa que la combinación codec y resolución de tu archivo de video sean soportados por el driver usando VXVAChecker(windows) o vainfo(Unix).

Espero esta guía te haya sido de utilidad, y como siempre  tus comentarios, mejoras o correcciones son bienvenidas