Segmentación en etapas

La segmentación en etapas, en el contexto del procesamiento informático, es una técnica para ejecutar varias instrucciones a la vez. Los procesadores de computadora pueden procesar millones de instrucciones por segundo. Cada instrucción pasa por varias etapas, y cada una es procesada por una parte diferente del procesador. Con cada ciclo de reloj, una instrucción pasa de una etapa a la siguiente y, mientras una instrucción atraviesa una etapa, otras instrucciones atraviesan simultáneamente etapas diferentes.

Una segmentación típica de un CPU consta de cinco etapas: búsqueda de instrucciones, decodificación de instrucciones, ejecución, acceso a la memoria y escritura de resultados aunque esto puede variar según la (arquitectura). Sin segmentación en etapas, un procesador solo podría procesar una instrucción a la vez. Como cada instrucción tarda varios ciclos de reloj en pasar por todas las etapas, la mayor parte del procesador permanecería inactiva mientras una sola instrucción pasa de una etapa a otra. El procesamiento sin segmentación no hace que una sola instrucción tarde más, pero sí significa que el procesador puede procesar menos instrucciones por segundo.

La segmentación de instrucciones funciona de manera muy parecida a una línea de ensamblaje automotriz, donde cada estación tiene una sola tarea: instalar los asientos, montar el motor, colocar las ruedas, etc. Si solo un automóvil avanza por la línea a la vez, la mayoría de esas estaciones permanecen inactivas y la fábrica no podrá fabricar muchos automóviles en un día. Sin embargo, si hay docenas de vehículos en la línea a la vez, suficientes para mantener ocupada cada estación, se completarán muchos más automóviles en un solo día, aunque cada uno siga tardando lo mismo.

Segmentaciones gráficas de GPU

Además de los CPU, las GPU de las computadoras también usan la segmentación en etapas para procesar instrucciones. La segmentación gráfica de la GPU es más compleja e incluye varios componentes de procesamiento especializados que realizan funciones matemáticas para renderizar escenas y objetos 3D como imágenes 2D que se muestran en una pantalla.

Las arquitecturas de las GPU varían considerablemente de una generación a otra, pero la mayoría de las segmentaciones gráficas siguen un patrón similar. Una segmentación gráfica simple comienza convirtiendo las coordenadas 3D de los vértices (las esquinas de los triángulos que forman cada objeto 3D) en coordenadas 2D sobre el plano plano de una pantalla. Convierte esas coordenadas en estructuras alámbricas y luego rellena la geometría entre esos vértices para crear formas. Después, rasteriza esas formas en píxeles al agregar mapas de texturas, iluminación y otros efectos de sombreado. Los píxeles ocultos y otra información que no es visible para la «cámara» se descartan; después, la imagen final se guarda en el búfer de fotogramas y se muestra en la pantalla.