En un ordenador de sobremesa, así como en un ordenador portátil, entre sus componentes de hardware hay una CPU y otra GPU. Una configuración que se repite también en los teléfonos inteligentes, por ejemplo. Y sabemos que ambos son procesadores, pero ¿en qué se diferencian? La GPU se encarga específicamente de los gráficos, y hay detalles en sus especificaciones técnicas que justifican esta ‘especialización’. Ahondamos en las diferencias y similitudes con mayor detalle para comprender por qué CPU y GPU se dedican a cosas diferentes.

La CPU es la unidad central de procesamiento, por sus siglas, mientras que la GPU es la unidad de procesamiento gráfico. La construcción de estos componentes de hardware es similar, y ambos son procesadores compuestos por circuitos integrados con transistores dedicados a cálculo matemático basado en numeraciones binarias. Sin embargo, la CPU se dedica al procesamiento general, y la GPU se dedica al procesamiento específico.

¿Qué es la CPU?

La CPU, unidad central de procesamiento, es un microprocesador –desde 1970- diseñado para ejecutar secuencias de instrucciones. A esto se dedica fundamentalmente, a cargar programas. Y su trabajo se divide en cuatro pasos fundamentales según la arquitectura de von Neumann: lectura, decodificación, ejecución y escritura. 

¿Cómo funciona la CPU? Este es el esquema básico

1. Fetch, lectura: Recupera la instrucción de la memoria localizándola gracias a un contador de programa.
2. Decode, decodificación: Se divide la instrucción en partes que pueden ‘interpretarse’ por las diferentes unidades de la CPU.
3. Execute, ejecución: Las unidades de la CPU realizan operaciones para ejecutar la instrucción.
4. Writeback, escritura: Los resultados anteriores se escriben a una cierta forma de memoria.

¿Qué es la GPU?

Aunque de la GPU o unidad de procesamiento gráfico se suele hablar como ‘procesador’, en realidad es un coprocesador por su trabajo respecto a la CPU. Se dedica a las operaciones de coma flotante, y está diseñada para reducir la carga de trabajo del procesador central. La elevada segmentación de la GPU, con unidades funcionales, permite el procesamiento de vértices y píxeles de una forma más rápida. Además, su memoria más rápida permite la gestión de resultados intermedios de operaciones de manera más ágil.

Es dependiente de la CPU en tanto que recibe de la misma información en forma de vértices. Estos vértices son tratados para las transformaciones de rotación y movimiento (vertex shader); se define qué parte de los vértices se visualiza (clipping) y se convierten en píxeles por rasterización. A continuación se transforman los píxeles, por ejemplo, para aplicar texturas (pixel shader). Y por último se aplican efectos, justo antes de su almacenamiento en caché.

Pero entonces ¿qué diferencia a una CPU y GPU?

En la vista más amplia, la diferencia entre CPU y GPU está en su diseño: pocos núcleos muy complejos en la CPU, y miles de núcleos muy sencillos en la GPU. ¿Por qué? Por la especialización que comentábamos anteriormente. Una especialización que en el plano técnico se define como paralelización. En tanto que una GPU cuenta con unidades fundamentales de cálculo independientes, el paralelismo inherente es uno de los aspectos clave en una GPU y su diferencia frente a la CPU.

El diseño físico de una GPU, con mayor silicio, permite dedicarla a tareas muy específicas y llevarlas a cabo de forma muy eficiente. Pero es que esto, en realidad, está justificado por la forma de trabajo y su arquitectura: no sigue la arquitectura de von Neumann –en los cuatro pasos anteriores- como una CPU, sino el Modelo Circulante descrito antes en la explicación sobre qué es una GPU. Está enfocada al procesamiento paralelo, y diseñada en base a una amplia segmentación.

¿Qué hay en una tarjeta gráfica, además de la GPU?

Aunque la GPU es la unidad de procesamiento gráfico, no es lo único que hay en una tarjeta gráfica. En este componente se localizan la GPU, GRAM y RAMDACb como eslabones clave para el procesamiento gráfico, así como las salidas, refrigeración y alimentación.

La VRAM, o memoria gráfica de acceso aleatorio se dedica al almacenamiento y transporte de información. Esta unidad de memoria puede ser dedicada o compartida, en función de si sirve su espacio únicamente a la GPU, o no. El mayor rendimiento de la GPU se logra con memoria dedicada, y que la GPU pueda alcanzar su máxima potencia depende de las especificaciones y capacidad de esta VRAM.

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