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La '''unidad de procesamiento gráfico''' o '''GPU''' ( acrónimo del [[idioma inglés|inglés]] '''G'''raphics '''P'''rocessing '''U'''nit) es un [[Procesador digital de señal|procesador]] dedicado exclusivamente al procesamiento de gráficos, para aligerar la carga de trabajo del procesador central en aplicaciones como los videojuegos y o aplicaciones 3D interactivas. De esta forma, mientras gran parte de lo relacionado con los gráficos se procesa en la GPU, la [[Unidad Central de Proceso|CPU]] puede dedicarse a otro tipo de cálculos (como la [[inteligencia artificial]] o los cálculos [[Mecánica|mecánicos]] en el caso de los [[Videojuego|videojuegos]]).

Una GPU implementa ciertas operaciones gráficas llamadas primitivas optimizadas para el procesamiento gráfico. Una de las primitivas más comunes para el procesamiento gráfico en 3D es el ''[[antialiasing]]'', que suaviza los bordes de las figuras para darles un aspecto más realista. Adicionalmente existen primitivas para dibujar rectángulos, triángulos, círculos y arcos. Las GPU actualmente disponen de gran cantidad de primitivas, buscando mayor realismo en los efectos.

== Historia ==

Las modernas GPU son descendientes de los chips gráficos monolíticos de finales de la década de 1970 y 1980. Estos chips tenían soporte BitBLT limitado en la forma de [[Sprite (videojuegos)|sprites]] (si es que tenían dicho soporte del todo), y usualmente no tenían soporte para dibujo de figuras. Algunos GPU podían ejecutar varias operaciones en una lista de "display" y podían usar [[DMA]] para reducir la carga en el procesador anfitrión; un ejemplo temprano es el coprocesador ANTIC usado en el [[Atari 800]] y el [[Atari 5200]]. Hacia finales de los 80 y principios de los 90, microprocesadores de propósito general de alta velocidad fueron muy populares para implementar los GPUs más avanzados. Muchas (muy caras) tarjetas gráficas para PCs y Estaciones de Trabajo usaban [[Procesador digital de señal|Procesadores Digitales de Señales]] (DSP por sus siglas en inglés) tales como la serie TMS340 de Texas Instruments, para implementar funciones de dibujo rápidas y muchas impresoras laser contenían un procesador de barrido de imágenes "PostScript" (un caso especial de GPU) corriendo en un procesador [[RISC]] como el AMD 29000.

Conforme la tecnología de proceso de semiconductores fue mejorando, eventualmente fue posible mover las funciones de dibujo y las BitBLT a la misma placa y posteriormente al mismo chip a manera de un controlador de buffer de "marcos"(frames), tal como [[VGA]]. Estos aceleradores gráficos de 2D "reducidos" no eran tan flexibles como los basados en microprocesadores, pero eran mucho más fáciles de hacer y vender. La Commodore AMIGA fue la primera computadora de producción en masa que incluía una unidad ''blitter'' y el sistema gráfico IBM 8514 fue una de las primeras tarjetas de video para PC en implementar primitivas 2D en hardware.

== Diferencias con la CPU ==
Si bien en un computador genérico no es posible reemplazar la CPU por una GPU, hoy en día las GPU son muy potentes y pueden incluso superar la [[frecuencia de reloj]] de una CPU antigua (más de 500[[MHz]]). Pero la potencia de las GPU y su dramático ritmo de desarrollo reciente se deben a dos factores diferentes. El primer factor es la alta especialización de las GPU, ya que al estar pensadas para desarrollar una sola tarea, es posible dedicar más [[silicio]] en su diseño para llevar a cabo esa tarea más eficientemente. Por ejemplo, las GPU actuales están optimizadas para cálculo con valores en [[coma flotante]], predominantes en los [[Gráficos 3D por computadora|gráficos 3D]].

Por otro lado, muchas aplicaciones gráficas conllevan un alto grado de [[paralelismo]] inherente, al ser sus unidades fundamentales de cálculo ([[Vértice (Geometría)|vértices]] y [[Píxel|píxeles]]) completamente independientes. Por tanto, es una buena estrategia usar la [[fuerza bruta]] en las GPU para completar más calculos en el mismo tiempo. Los modelos actuales de GPU suelen tener una media docena de procesadores de vértices (que ejecutan [[Vertex shader|vertex shaders]]), y hasta dos o tres veces más procesadores de fragmentos o píxeles (que ejecutan [[Fragment shader|fragment shaders]]). De este modo, una frecuencia de reloj de unos 600-800MHz (el estándar hoy en día en las GPU de más potencia), muy baja en comparación con lo ofrecido por las CPU (3.8-4 GHz en los modelos más potentes[no necesariamente más eficientes]), se traduce en una potencia de cálculo mucho mayor gracias a su arquitectura en paralelo.

Una de las mayores diferencias con la CPU estriba en su arquitectura. A diferencia del procesador central, que tiene una [[arquitectura de von Neumann]], la GPU se basa en el Modelo Circulante. Este modelo facilita el procesamiento en paralelo, y la gran segmentación que posee la GPU para sus tareas.

== Arquitectura de la GPU ==
Una GPU está altamente segmentada, lo que indica que posee gran cantidad de unidades funcionales. Estas unidades funcionales se pueden dividir principalmente en dos: aquéllas que procesan [[Vértice (Geometría)|vértices]], y aquéllas que procesan [[Píxel|píxeles]]. Por tanto, se establecen el vértice y el píxel como las principales unidades que maneja la GPU.

Adicionalmente, y no con menos importancia, se encuentra la [[Memoria de ordenador|memoria]]. Ésta destaca por su rapidez, y va a jugar un papel relevante a la hora de almacenar los resultados intermedios de las operaciones y las texturas que se utilicen.

Inicialmente, a la GPU le llega la información de la CPU en forma de vértices. El primer tratamiento que reciben estos vértices se realiza en el ''vertex shader''. Aquí se realizan transformaciones como la rotación o el movimiento de las figuras. Tras esto, se define la parte de estos vértices que se va a ver (''clipping''), y los vértices se transforman en píxeles mediante el proceso de rasterización. Estas etapas no poseen una carga relevante para la GPU.

Donde sí se encuentra el principal cuello de botella del chip gráfico es en el siguiente paso: el ''pixel shader''. Aquí se realizan las transformaciones referentes a los píxeles, tales como la aplicación de texturas. Cuando se ha realizado todo esto, y antes de almacenar los píxeles en la [[caché]], se aplican algunos efectos como el ''antialiasing'', ''blending'' y el efecto niebla.

Otras unidades funcionales llamadas ROP toman la información guardada en la caché y preparan los píxeles para su visualización. También pueden encargarse de aplicar algunos efectos. Tras esto, se almacena la salida en el ''frame buffer''. Ahora hay dos opciones: o tomar directamente estos píxeles para su representación en un monitor digital, o generar una [[señal analógica]] a partir de ellos, para monitores analógicos. Si es este último caso, han de pasar por un [[DAC]], ''Digital-Analog Converter'', para ser finalmente mostrados en pantalla.

== Programación de la GPU ==
Al inicio, la programación de la GPU se realizaba con llamadas a servicios de [[interrupción]] de la [[BIOS]]. Tras esto, la programación de la GPU se empezó a hacer en el [[lenguaje ensamblador]] específico a cada modelo. Posteriormente, se situó un nivel más entre el hardware y el software, diseñando las [[Interfaz de programación de aplicaciones|API]] (Application Program Interface), que proporcionaban un lenguaje más homogéneo para los modelos existentes en el mercado. El primer API usado ampliamente fue estándar abierto [[OpenGL]] (Open Graphics Language), tras el cuál Microsoft desarrolló [[DirectX]].

Tras el desarrollo de APIs, se decidió crear un lenguaje más natural y cercano al programador, es decir, desarrollar un [[lenguaje de alto nivel|lenguajes de alto nivel]] para gráficos. Por ello, de OpenGL y DirectX surgieron estas propuestas. El lenguaje estándar de alto nivel, asociado a la biblioteca [[OpenGL]] es el "OpenGL Shading Language", [[GLSL]], implementado en principio por todos los fabricantes. La empresa californiana [[NVIDIA]] creó un lenguage propietario llamado [[Cg]] (del inglés, "C for graphics"), con mejores resultados que GLSL en las pruebas de eficiencia. En colaboración con NVIDIA, [[Microsoft]] desarrolló su "High Level Shading Language", [[HLSL]], prácticamente idéntico a Cg, pero con ciertas incompatibilidades menores.

== Otros ==
Se intenta aprovechar la gran potencia de cálculo de las GPU para aplicaciones no relacionadas con los gráficos, en lo que desde recientemente se viene a llamar [[GPGPU]], o GPU de propósito general (General Purpose GPU, en sus siglas en inglés).

== Véase también ==
* [[Gráficos 3D por computadora]]
* [[OpenGL]]
* [[Direct3D]]
* [[GPGPU]]
* [[Cg]]
* [[GLSL]]
* [[HLSL]]

== Enlaces externos ==
*[http://www.amd.com/es-es/ Sitio Oficial de ATI/AMD] (en español).
*[http://www.nvidia.es/ Sitio Oficial de NVIDIA] (en español).

{{wp}}
[[Categoría:Arquitectura de computadoras]]
[[Categoría:Computación gráfica]]

[[ar:وحدة معالجة الرسومات]]
[[bs:Grafički procesor]]
[[ca:Unitat de Procés Gràfic]]
[[cs:GPU]]
[[da:Graphics Processing Unit]]
[[de:Grafikprozessor]]
[[en:Graphics processing unit]]
[[es:Unidad de procesamiento gráfico]]
[[fa:واحد پردازش گرافیکی]]
[[fr:Processeur graphique]]
[[gl:Unidade de Procesamento Gráfico]]
[[he:מעבד גרפי]]
[[hu:Graphics processing unit]]
[[it:Graphics Processing Unit]]
[[ja:Graphics Processing Unit]]
[[kk:Бейне бейімдеуіш]]
[[ko:그래픽 처리 장치]]
[[lv:GPU]]
[[ml:ഗ്രാഫിക്സ് പ്രോസ്സസിംഗ് യൂണിറ്റ്]]
[[ms:Unit pemprosesan grafik]]
[[nl:GPU]]
[[no:GPU]]
[[pl:Procesor karty graficznej]]
[[pt:Unidade de processamento gráfico]]
[[ru:Графический процессор]]
[[simple:Graphics Processing Unit]]
[[sk:Grafický procesor]]
[[sl:Grafični procesor]]
[[sv:Grafikprocessor]]
[[tr:GPU]]
[[uk:Графічний процесор]]
[[zh:圖形處理器]]
[[zh-yue:GPU]]

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