La megaguía para construirte un PC desde cero en 2020: la CPU y la refrigeración

Una de las decisiones más importantes que todos nos vemos obligados a tomar cuando nos embarcamos en el proyecto de montar nuestro propio PC es elegir el procesador que creemos que resolverá mejor nuestras necesidades. Este componente tiene un impacto muy profundo en el rendimiento global del equipo, y, por tanto, también en nuestra experiencia, por lo que una elección desafortunada podría dar al traste con nuestras expectativas. Y, quizá, podría obligarnos a cambiar la CPU de forma prematura.

Este artículo es la segunda entrega de una guía extensa en la que los principales componentes y los periféricos más relevantes de un PC tendrán su dosis de protagonismo. Nuestra intención es ayudar a los usuarios que han decidido montar un equipo a la medida a encontrar los componentes que resuelven mejor sus necesidades y encajan mejor en su presupuesto, y para lograrlo dedicaremos a la mayor parte de ellos un artículo en exclusiva. El protagonista indiscutible de este artículo es el microprocesador de la misma forma en que la primera entrega de la guía giró alrededor de la placa base.

La CPU, en detalle: estas son las características que más nos interesan

El procesador es el componente más complejo de un ordenador si nos ceñimos a los recursos necesarios para diseñar su microarquitectura y fabricarlo. Hay otros dispositivos en nuestros equipos que también involucran tecnologías muy avanzadas, pero parece razonable aceptar que el único capaz de medirse de tú a tú con la CPU si nos atenemos a su complejidad es el procesador gráfico, que protagonizará el artículo de esta guía en el que hablaremos en profundidad de la tarjeta gráfica.

La CPU es el componente más complejo de un ordenador. El único capaz de medirse de tú a tú con él si nos atenemos a su complejidad es el procesador gráfico

Explicar con detalle cómo funciona un microprocesador, cuáles son sus unidades funcionales y cuál es el rol de cada una de ellas requeriría que dedicásemos a este componente varios artículos extensos y complejos. Afortunadamente, no es necesario que nos preocupemos por estos detalles cuando nos proponemos dar con nuestra próxima CPU, pero sí es importante que estemos familiarizados, aunque solo sea mínimamente, con algunos conceptos que nos ayudarán a valorar cuál es la opción que encaja mejor en el escenario de uso en el que pretendemos sacarle partido.

En la siguiente sección de este artículo indagaremos en el porfolio actual de microprocesadores de Intel y AMD, pero antes de hacerlo merece la pena que repasemos las características que nos viene bien conocer para identificar en qué se diferencian unas propuestas de otras. Y también para intuir el impacto que esas especificaciones pueden tener en su rendimiento. Probablemente muchos lectores ya estaréis familiarizados con buena parte de los conceptos y las características de los que vamos a hablar a continuación, pero este es, sin duda, un buen punto de partida para los usuarios que aún no se sienten cómodos con los procesadores.

Fotolitografía

Este término identifica la tecnología de fabricación utilizada en la producción de un microprocesador. Condiciona características tan importantes como son el tamaño de los transistores, el espacio que separa a unos de otros o el tamaño de las puertas lógicas, y todos estamos familiarizados en cierta medida con este concepto debido a que oímos hablar con mucha frecuencia de los nanómetros que tiene una CPU o una GPU.

Los nanómetros ya no reflejan con tanta claridad como hace unos años el desarrollo tecnológico de un circuito integrado

Normalmente una tecnología de fabricación más avanzada tiene menos nanómetros que otra menos sofisticada, pero esta es una simplificación excesiva porque, en realidad, los nanómetros han sido tergiversados por los responsables de marketing de los fabricantes de semiconductores y ya no reflejan con tanta claridad como hace unos años el desarrollo tecnológico de un circuito integrado.

Microarquitectura

Este concepto identifica una implementación concreta de una arquitectura. Los procesadores para ordenadores de sobremesa y portátiles actuales utilizan la arquitectura x86-64 o x64, que es una extensión a 64 bits de la arquitectura x86 original utilizada desde finales de los años 70. Sin embargo, Sunny Cove, de Intel, y Zen 2, de AMD, entre muchas otras opciones, son dos microarquitecturas porque encarnan dos formas diferentes de diseñar un procesador compatible con la arquitectura x86-64. Esta compatibilidad garantiza que los sistemas operativos y las aplicaciones funcionarán correctamente en cualquiera de ellos, al margen de que hayan sido diseñados por Intel o AMD.

Una microarquitectura es una implementación concreta de una arquitectura. Los procesadores actuales utilizan la arquitectura x86-64 o x64, que es una extensión a 64 bits de la arquitectura x86 original

Hay una metáfora culinaria que puede ayudarnos a entender fácilmente la diferencia entre arquitectura y microarquitectura. De alguna forma la arquitectura es la receta que nos indica cómo debemos preparar un plato, mientras que la microarquitectura es la forma concreta en la que cada cocinero prepara su propia versión de ese plato, añadiéndole un toque personal que consigue que un mismo plato esté más o menos rico. Si cambiamos los platos por microprocesadores tenemos lo que buscamos.

Empaquetado

Es la envoltura que contiene al chip de silicio en cuyo interior residen los transistores. El empaquetado también da soporte a las conexiones eléctricas que van a permitir al microprocesador comunicarse con la memoria principal, la lógica gráfica externa y el chipset de la placa base de nuestro ordenador. A través de este último también dialoga con los demás elementos de nuestro PC. La responsable de la microarquitectura es únicamente la empresa que diseña el microprocesador, como pueden ser AMD, Intel o NVIDIA. Sin embargo, en el empaquetado también interviene la compañía que se encarga de fabricar este circuito integrado, que no siempre es la misma empresa que lo diseña.

Núcleo

A diferencia de los microprocesadores que hemos utilizado desde su invención a principios de los años 70, y que tenían un solo núcleo, hace aproximadamente una década y media llegaron las primeras CPU para ordenadores de consumo equipadas con varios núcleos. Cada uno de estos núcleos es una unidad que es capaz de llevar a cabo por sí misma los cálculos y las operaciones que requieren el sistema operativo y las aplicaciones que estamos ejecutando.

De forma intuitiva podemos contemplar cada núcleo como un pequeño procesador que tiene la capacidad de realizar trabajo de forma independiente, pero esta definición no es del todo precisa. Y no lo es debido a que los núcleos de una CPU habitualmente se ven obligados a compartir algunos recursos, como, por ejemplo, la memoria caché de nivel 3, a la que no tienen acceso de forma exclusiva.

Hilo de ejecución ('thread')

También se conocen como subprocesos o hebras, y son secuencias de instrucciones que pueden ser ejecutadas de forma simultánea a otros subprocesos. Los sistemas operativos modernos tienen la capacidad de administrar a la vez la ejecución de varios hilos, de manera que una única aplicación puede iniciar simultáneamente varios subprocesos para llevar a cabo varias tareas simultáneas que persiguen un propósito común. Cada uno de los núcleos de la CPU es capaz de ejecutar en un instante dado uno o dos threads.

Para poder lidiar con dos hilos de ejecución simultáneamente un núcleo de una CPU tiene que implementar la tecnología SMT, que requiere duplicar algunos elementos del núcleo

Para poder lidiar con dos hilos de ejecución simultáneamente un núcleo de un procesador tiene que implementar una tecnología conocida como SMT (Simultaneous Multi-Threading), que requiere duplicar algunos elementos del núcleo. Por esta razón, no todos los procesadores incorporan esta tecnología. Las CPU que tienen el mismo número de núcleos e hilos de ejecución no implementan la tecnología SMT, mientras que las que tienen el doble de threads que de núcleos sí la incorporan. Un último apunte: esta técnica nos ayuda a sacar más partido a los recursos que pone a nuestro alcance la microarquitectura de los procesadores actuales.

Frecuencia de reloj

Este parámetro identifica el ritmo de trabajo de un microprocesador. De igual forma que un director de orquesta, entre otras cosas, marca el ritmo al que deben tocar sus instrumentos los músicos, el procesador y los demás circuitos integrados de nuestros ordenadores trabajan al ritmo que impone el generador de la señal de reloj. Este dispositivo es un pequeño oscilador electrónico diseñado para generar una señal eléctrica que adquiere la forma de pulsos emitidos en intervalos constantes conocidos como ciclos.

Siguiendo con nuestra metáfora del director de orquesta, de la misma forma en que la batuta del director marca el ritmo al que interpretan la composición musical los músicos, la señal de reloj generada por el oscilador electrónico marca el ritmo con el que trabajan los distintos elementos o unidades funcionales alojados en el interior del procesador. Y, lo que es igual de importante, les permite sincronizarse. En nuestro ejemplo el director de orquesta es el generador de la señal de reloj, la batuta es la señal de reloj, y los músicos son los elementos del procesador que trabajan al unísono y de forma coordinada para llevar a cabo las operaciones requeridas por el sistema operativo y los programas que ejecutamos en nuestro ordenador.

En el interior del generador de la señal de reloj hay un circuito electrónico que utiliza un pequeño cristal, generalmente de cuarzo, con una propiedad muy interesante: vibra cuando es expuesto a una corriente eléctrica. Pero lo más curioso es que lo hace con una frecuencia muy precisa, una propiedad esencial cuando lo que pretendemos es generar una señal eléctrica estable que marque el ritmo de trabajo de los circuitos integrados de nuestro ordenador en general, y del microprocesador en particular. La frecuencia de reloj, precisamente, nos indica el ritmo con el que el generador de la señal de reloj produce los pulsos eléctricos, y se mide en ciclos de reloj por segundo o hercios. Si, por ejemplo, el procesador de nuestro PC está trabajando en un instante determinado a una frecuencia de reloj de 2 GHz significa que su ritmo de trabajo está marcado por una señal de reloj descrita por 2 x 10⁹ ciclos por segundo, o, lo que es lo mismo, dos mil millones de hercios.

Un último apunte interesante: no todos los circuitos integrados de nuestro PC trabajan a la misma velocidad. De hecho, el procesador suele ser el más rápido, por lo que para que pueda operar al ritmo de trabajo que es capaz de alcanzar es necesario multiplicar la señal generada por el reloj externo por un factor de multiplicación concreto. De esta forma la CPU puede trabajar a una frecuencia de reloj mayor que la del resto de circuitos integrados del ordenador. De llevar a cabo este incremento se responsabiliza un circuito electrónico conocido como multiplicador de la frecuencia de la señal de reloj.

Memoria caché

Es una memoria intermedia utilizada habitualmente en informática para hacer posible un acceso más rápido a los datos. Si nos ceñimos a los microprocesadores la caché es una memoria volátil más pequeña y más rápida que la memoria principal que permite a la CPU acceder a los datos o las instrucciones en menos tiempo del que requiere un acceso a la RAM. Los microprocesadores modernos para ordenadores de escritorio suelen incorporar tres memorias caché diferentes conocidas como cachés de nivel 1, 2 y 3, aunque hay modelos que incorporan un cuarto nivel adicional. La de nivel 1 es la más pequeña y rápida, está dividida en caché de datos y caché de instrucciones, y reside en el núcleo de la CPU, de manera que cada uno de los núcleos de un microprocesador posee su propia memoria caché de nivel 1.

La caché de nivel 2 es más grande que la caché de nivel 1, pero también es más lenta. Y la caché de nivel 3 es más grande que la de nivel 2, pero es más lenta que esta última. A diferencia de las cachés de nivel 1 y 2, que residen dentro de los núcleos de la CPU, la caché de nivel 3 reside dentro del encapsulado del procesador, pero habitualmente fuera de los núcleos. Y esto tiene una consecuencia importante: es una memoria compartida a la que pueden acceder todos los núcleos de la CPU. Aunque los distintos subniveles de memoria caché tienen tamaños y rendimientos diferentes, todos ellos son más rápidos que la memoria principal, por lo que siempre que uno de los hilos de ejecución necesita un dato que se encuentra almacenado en la caché lo obtiene en menos tiempo del que debería invertir para recogerlo directamente desde la memoria principal.

En este artículo no necesitamos conocer con detalle cómo se administra el contenido de las memorias caché, pero es interesante que sepamos que todos los datos que contienen proceden de la memoria principal y se transfieren de un subnivel de caché a otro inferior. Esto significa que una porción de la memoria principal puede pasar a la caché de nivel 3. Al mismo tiempo, una porción de esta última puede pasar a la caché de nivel 2. Y, por último, una porción de esta puede pasar a la caché de nivel 1. Existen varias estrategias que nos permiten decidir qué datos deben o no transferirse a la memoria caché y cuándo nos interesa actualizar su contenido, pero el objetivo último es que los datos a los que se accede con más frecuencia residan en la caché de nivel 1 porque es la más rápida.

¿Qué sucede si un hilo de ejecución necesita un dato que no ha sido previamente almacenado en esta caché? En este caso se produce un fallo de caché que requerirá actualizar el contenido de uno o varios subniveles de manera que el dato finalmente esté disponible en la caché de nivel 1 del núcleo en el que se está ejecutando el hilo que ha reclamado el dato. Lo ideal es que se produzcan tan pocos fallos de caché como sea posible debido a que el proceso de actualización de uno o varios subniveles requiere un tiempo que no es despreciable, de ahí que sea importante afinar bien la estrategia de administración de su contenido.

Un último apunte: la memoria caché no sirve solo para llevar a cabo operaciones de lectura de la memoria principal. En ocasiones un dato de la caché puede ser modificado durante la ejecución de un thread, por lo que es necesario tener una política de escritura que se encargue de mantener la coherencia entre la caché y la memoria principal. Como podemos intuir, el tamaño de la caché, el número de niveles y las estrategias de actualización y escritura tienen un impacto muy importante en las prestaciones del procesador.

Bus

Es un canal de comunicación que permite la transferencia de información entre dos subsistemas de un ordenador, como, por ejemplo, la CPU y la memoria principal, o bien entre dos unidades funcionales de un mismo componente, como, por ejemplo, las cachés de nivel 1 y 2 del microprocesador. Hay dos tipos de buses: serie y paralelo. En los primeros los bits de información se transmiten uno detrás de otro, mientras que en los segundos se transmite simultáneamente un paquete de varios bits.

Un bus es un canal de comunicación que permite la transferencia de información entre dos subsistemas de un ordenador, o bien entre dos unidades funcionales de un mismo componente

Los ordenadores modernos utilizan ambos buses, aunque los de tipo serie se están imponiendo en los enlaces de alto rendimiento porque pueden trabajar a frecuencias de reloj más altas que los buses en paralelo. Y, además, un bus serie moderno puede enviar varios bits simultáneamente a través de varios canales. Los buses PCI Express que utilizan muchos de los componentes de nuestros ordenadores son buses serie de alto rendimiento que emplean varias líneas punto a punto. Alcanzan una velocidad de transferencia cercana a los 2.000 MB/s por línea en la revisión 4.0.

Zócalo

Este elemento es el soporte electromecánico que nos ayuda a fijar nuestro procesador a la placa base de una forma estable y segura. Su característica más llamativa es que nos permite instalar y extraer el procesador con libertad, aunque, eso sí, es aconsejable colocarlo y retirarlo con delicadeza para no dañarlo. La comunicación directa entre la CPU, la memoria principal, la lógica gráfica externa y el chipset se lleva a cabo a través de una matriz de contactos alojada en la base del zócalo.

La interfaz de conexión entre el procesador y el zócalo se puede implementar de varias formas, pero las más frecuentes son la matriz de rejilla de pines PGA (Pin Grid Array), que es la utilizada por los microprocesadores Ryzen con zócalo AM4, y la matriz de rejilla de contactos LGA (Land Grid Array), que es la que usan los procesadores de Intel de última generación y los Ryzen Threadripper de AMD. Una tercera opción que actualmente es menos frecuente en los PC de sobremesa que las dos anteriores es la matriz de rejilla de bolas BGA (Ball Grid Array).

TDP ('Thermal Design Power')

La potencia de diseño térmico es un parámetro muy importante de los microprocesadores porque refleja cuánta energía promedio disipan en forma de calor cuando todos los núcleos están activos y trabajan a la frecuencia de reloj base. Se mide en vatios. Nos interesa fijarnos en su valor cuando elegimos un sistema de refrigeración para nuestro procesador con el propósito de garantizar que va a ser capaz de mantener la CPU siempre por debajo de su umbral máximo de temperatura.

Esto es lo que nos prometen los últimos procesadores de Intel y AMD

Los parámetros en los que acabamos de indagar pueden resultarnos muy útiles para intuir qué potencia tiene un microprocesador, de manera que podamos elegir con garantías el modelo que tiene la relación rendimiento/coste que encaja mejor en nuestro presupuesto. Las frecuencias de reloj base y máxima a las que trabajan sus núcleos tienen un impacto muy importante en su productividad, pero no son en absoluto los únicos parámetros que condicionan su rendimiento. El trabajo que la CPU es capaz de llevar a cabo en cada uno de los ciclos de la señal de reloj también es decisivo, y, curiosamente, está descrito por un gran número de características de la microarquitectura.

El IPC (Instructions Per Cycle) refleja el número promedio de instrucciones que ejecuta el procesador en cada uno de los ciclos de la señal de reloj. Y es importantísimo. También tiene un impacto directo en el rendimiento la memoria caché, pero no solo son relevantes su tamaño y el número de niveles; importan, y mucho, las estrategias que utiliza tanto para actualizar el contenido de los subniveles de caché como para mantener la coherencia entre esta y la memoria principal. Pero aquí no acaba todo.

El rendimiento de la CPU también está condicionado por su número de núcleos, la implementación de la tecnología SMT y por otras características esenciales de la microarquitectura, como son el número de unidades de ejecución, la estrategia de los algoritmos de predicción de bifurcaciones o el diseño del cauce de ejecución (pipeline). No es necesario que conozcamos con detalle en qué consisten estos componentes, pero todo esto nos recuerda que el rendimiento de un procesador está condicionado por muchos parámetros, y no solo por la frecuencia de reloj a la que trabaja.

Las dos tablas que tenéis debajo de estas líneas resumen las características más relevantes de algunos de los microprocesadores más recientes de Intel y AMD. Hemos incluido un modelo de cada serie para que podamos identificar con claridad las principales diferencias que existen entre unas familias y otras, y también para que podamos intuir su impacto en el rendimiento. Ambas compañías tienen otras series de procesadores, como los Athlon y los Serie A de AMD, o los Pentium y los Celeron de Intel, pero, en nuestra opinión, las soluciones de las familias Ryzen y Core son, con mucha diferencia, las más atractivas por su relación coste/prestaciones. Y, además, algunos de estos procesadores, especialmente los Ryzen 3 y los Core i3, tienen un precio muy comedido que los coloca al alcance de un abanico muy amplio de usuarios.

La siguiente tabla resume las diferencias más relevantes entre los microprocesadores Ryzen 3, 5, 7, 9 y Threadripper de AMD. Todos ellos implementan la microarquitectura Zen 2 y han sido fabricados utilizando fotolitografía FinFET de 7 nm, pero, como podéis ver, difieren con claridad por su número de núcleos e hilos de ejecución, y también por el tamaño de su memoria caché, entre otras características.

Todos sabemos que la elección de un microprocesador u otro está condicionada por el escenario de uso en el que vamos a exprimir nuestro PC y por nuestro presupuesto, pero, afortunadamente, no es necesario invertir mucho dinero para hacernos con una CPU con unas prestaciones estupendas. En la práctica esto significa que un Ryzen 3, como, por ejemplo, el 3300X que hemos descrito en la tabla, puede ofrecernos una experiencia fantástica en un PC para ofimática, reproducción de contenidos y navegación en Internet. Pero esto no significa que con esta CPU no podamos jugar y crear contenidos. Si el resto de los componentes acompañan, especialmente la memoria principal y la tarjeta gráfica, con un microprocesador como este también podremos jugar, editar vídeo y retocar fotografías, entre otras tareas, sin mayor problema.

El Ryzen 3 3300X llegará a las tiendas durante las próximas semanas a un precio que no debería ser muy superior a los 110 euros, pero AMD también tiene otros Ryzen 3 de 3ª generación con y sin gráficos integrados más baratos que el 3300X. Una vez que hemos llegado a este punto resulta razonable plantearse cuándo merece la pena comprar un Ryzen 5, 7, 9 o Threadripper. La principal diferencia entre estos microprocesadores reside en el número de núcleos e hilos de ejecución y en el tamaño de la memoria caché, pero no tanto en su frecuencia de reloj, que apenas difiere. Los juegos se benefician más de la frecuencia de reloj que del número de núcleos, de ahí que un Ryzen 3 o 5 pueda ofrecernos una experiencia muy satisfactoria en este escenario de uso.

Los juegos se benefician más de la frecuencia de reloj que del número de núcleos, de ahí que un Ryzen 3 o 5 pueda ofrecernos una experiencia muy satisfactoria en este escenario de uso

A los jugadores avanzados que deciden comprar una tarjeta gráfica de gama alta, como, por ejemplo, una con GPU GeForce RTX 2070 de NVIDIA o Radeon RX 5700 XT de AMD, para disfrutar los títulos de última hornada con resoluciones superiores a 1080p y con la calidad gráfica más alta podría encajarles hacerse con un Ryzen 7. Pero esta decisión posiblemente iría encaminada más a mantener el equilibrio del PC en otros escenarios de uso que a incrementar su rendimiento con los juegos. Y es que los 8 núcleos y 16 hilos de ejecución del Ryzen 7 3800X que hemos incluido en la tabla permiten a esta CPU, y a otras similares, enfrentarse con mucha solvencia a un escenario de creación de contenidos exigente. Y, por supuesto, con la ofimática y los juegos irá sobrado.

Los microprocesadores Ryzen 9 y Threadripper se desmarcan de los que hemos repasado hasta ahora por su mayor número de núcleos y su capacidad de procesar simultáneamente más hilos de ejecución, pero su precio es sensiblemente mayor que el de los Ryzen 3, 5 y 7, sobre todo si ponemos nuestros ojos en los Ryzen Threadripper de 3ª generación. Si su precio encaja en nuestro presupuesto, los demás componentes del PC están a su altura y necesitamos utilizarlo con frecuencia en un escenario de creación de contenidos muy exigente, su compra tiene sentido. A un usuario que emplea su ordenador habitualmente para renderizar gráficos complejos en 3D, trabaja con animaciones y edita vídeo a 4K puede interesarle apostar por un Ryzen 9 o un Threadripper, pero fuera de este escenario de uso difícilmente conseguiremos aprovechar todo el potencial de estos procesadores.

Ahora le toca a Intel. La siguiente tabla resume las diferencias más relevantes entre varios microprocesadores Intel Core i3, i5, i7 e i9 de última generación. Los nuevos chips Intel Core de 10ª generación para equipos de sobremesa llegarán a las tiendas a lo largo de este mes de mayo (algo que se rumoreaba desde hace varias semanas), por lo que la competencia con los Ryzen 3000 de AMD se recrudecerá. Sin duda, es una gran noticia para los usuarios porque es evidente que lo que nos interesa es que tanto Intel como AMD sean capaces de colocar en la calle soluciones lo más atractivas y competitivas posible.

Sobre el papel, los nuevos procesadores Intel Core de 10ª generación representan un salto hacia delante interesante frente a la anterior generación de chips para equipos de sobremesa de esta marca (esperamos poder probarlos pronto y confirmaros si es así o no). La tecnología Hyper-Threading, que es como Intel llama a su implementación de la tecnología SMT, está ahora presente en más procesadores. Además, estos chips introducen un incremento palpable de la frecuencia de reloj máxima, una mejora que debería tener un impacto tangible en un abanico amplio de aplicaciones. Y, sobre todo, en los juegos.

Buena parte de las conclusiones a las que hemos llegado durante el repaso de los microprocesadores de AMD se pueden extrapolar al porfolio actual de Intel. No obstante, sobre el papel algunos de los chips de AMD nos proponen una relación rendimiento/vatio superior a la de los procesadores equiparables de Intel debido a las ventajas que acarrea la fotolitografía de 7 nm utilizada por TSMC para fabricar los últimos procesadores Ryzen. Además, los nuevos chips de Intel mantienen su apuesta por la interfaz PCI Express 3.0, mientras que sus competidores de AMD incorporan PCI Express 4.0. Eso sí, las frecuencias de reloj máximas más altas las han conquistado los nuevos procesadores de Intel, con el modelo Core i9-10900K a la cabeza. Si queréis conocerlos con todo detalle podéis consultar el artículo que les hemos dedicado.

Al igual que los Ryzen 3 de AMD, los chips Core i3 de Intel encajan a la perfección en un PC para ofimática, reproducción de contenidos y navegación en Internet. La alta frecuencia de reloj a la que trabaja un procesador como el Core i3-10320 que hemos incluido en la tabla también le permite rendir bien con los juegos, especialmente si trabaja en tándem con una buena tarjeta gráfica. Pero si nuestra intención es usar el ordenador para crear contenidos es probable que nos interese apostar por una CPU con una mayor cantidad de núcleos y la capacidad de administrar simultáneamente una mayor cantidad de hilos de ejecución.

En función del peso que la creación de contenidos tenga en nuestros hábitos de uso, y también de la complejidad de las tareas que queremos llevar a cabo con nuestro PC, nos interesará decantarnos por un procesador Core i5, i7 o i9. Un Core i5 con 6 núcleos como el 10600K que hemos descrito en la tabla nos ofrecerá una experiencia estupenda con ofimática, un rendimiento a la altura con los juegos (si le acompaña una tarjeta gráfica competente) y una productividad interesante en las herramientas de creación de contenidos si nuestras necesidades no son excesivas. Con un procesador como este podríamos poner a punto un PC equilibrado y con un precio moderado, aunque, como hemos visto, en este segmento los Ryzen 3 y 5 de AMD son unos rivales difíciles de batir.

Si necesitamos ejecutar habitualmente en nuestro PC herramientas de creación de contenidos, nuestras exigencias son importantes y nos hemos decidido por un procesador de Intel nos interesará valorar la posibilidad de hacernos con un Core i7 o i9. El Core i9-10980XE que hemos descrito en la tabla incorpora 18 núcleos y 36 hilos de ejecución, por lo que es una alternativa muy sólida al Ryzen 9 3950X de AMD, que tiene 16 núcleos y 32 threads, en los escenarios de creación de contenidos más exigentes, como son el renderizado de escenas tridimensionales o la edición de vídeo 4K.

El otro lado de la moneda, el menos amable, es que el precio de estos procesadores es muy alto. Además, es importante que tengamos en cuenta que un PC debe ser lo más equilibrado posible, por lo que si compramos un Ryzen 9 o un Core i9 y queremos sacarle el máximo partido lo ideal es que los demás componentes estén a su altura, especialmente la memoria principal, la tarjeta gráfica y el almacenamiento secundario.

La refrigeración por aire: cómo elegir el ventilador idóneo

Refrigerar bien el microprocesador de nuestro PC es esencial. Un sistema de refrigeración de calidad capaz de garantizarnos que nuestra CPU no superará su umbral máximo de temperatura ni siquiera en escenarios de máximo estrés no solo incrementará la estabilidad del equipo; también contribuirá a dilatar la vida útil del procesador. Las dos características de nuestra CPU que nos interesa conocer a la hora de elegir el ventilador con el que trabajará codo con codo son el zócalo que utiliza y su TDP.

Las dimensiones y el sistema de sujeción del ventilador solo permiten utilizarlo con un determinado tipo de zócalos. Y, por otro lado, el caudal de aire que consigue desplazar le permite refrigerar con eficacia procesadores que disipan una cantidad máxima de energía en forma de calor. Como acabamos de ver, es muy importante que prestemos atención a estas características de nuestro procesador para elegir el ventilador adecuado, pero hay otros parámetros de este último que también nos interesa conocer y que pueden resultarnos de gran ayuda para decantarnos por una solución de refrigeración determinada entre todas las que son compatibles con nuestra CPU.

Un sistema de refrigeración de calidad debe ser capaz de garantizarnos que nuestra CPU no superará su umbral máximo de temperatura ni siquiera en escenarios de máximo estrés

Antes de que indaguemos en estos parámetros es interesante que nos familiaricemos brevemente con las tres formas de transferencia de energía que se dan en la naturaleza: la convección, la conducción y la radiación. Las dos primeras son las que nos interesan en este artículo porque son las formas de transferencia de calor que utilizaremos para refrigerar nuestra CPU. No obstante, si tenéis curiosidad y os apetece conocer con un poco de profundidad qué es la radiación, cómo funciona y qué impacto tiene en nuestra salud os sugiero que echéis un vistazo al artículo que enlazo aquí mismo. Vamos ahora con la convección y la conducción.

El primero de estos mecanismos de transferencia de energía en forma de calor, la convección, lleva a cabo el transporte de la energía gracias al movimiento de las moléculas que conforman un fluido. Cuando hablamos de fluidos pensamos intuitivamente en los líquidos, pero es importante que tengamos en cuenta que el comportamiento de los gases está descrito por los mismos principios físicos que enuncian las propiedades de los líquidos, por lo que cuando hablamos de fluidos en este contexto debemos pensar tanto en los líquidos como en los gases. La convección explica, por ejemplo, cómo se transfiere el calor cuando hervimos agua en un recipiente y por qué se originan corrientes dentro del fluido.

A diferencia de la convección, el mecanismo de conducción explica cómo se lleva a cabo la transferencia del calor entre aquellos cuerpos sólidos con diferente temperatura en los que sus moléculas no pueden moverse con la libertad con la que lo hacen en los fluidos. Aun así, la adquisición de esa energía térmica provoca que las moléculas de la zona de contacto incrementen su vibración, chocando de esta forma con las moléculas adyacentes y transfiriéndoles una parte de su energía. Este es, de una forma sencilla, el mecanismo que explica cómo se transfiere la energía térmica mediante conducción.

Al igual que sucede en el mecanismo de convección, los cuerpos involucrados en este proceso deben estar en contacto, de manera que la transferencia de energía térmica entre uno y otro provocará que en un plazo de tiempo determinado la temperatura de ambos se iguale. Lo interesante es que no todos los materiales tienen la misma habilidad a la hora de transportar energía en forma de calor, lo que nos lleva a la siguiente sección de este artículo.

El material del disipador condiciona su coeficiente de conductividad térmica

El índice de termoconductividad de un material también se conoce como coeficiente de conductividad térmica, y mide la capacidad de transportar energía en forma de calor que tiene un material determinado. Cuanto más alto sea este índice mayor capacidad de transporte de calor tendrá un material. Los metales suelen tener un índice relativamente alto, aunque hay una diferencia notable entre unos y otros, mientras que otros materiales, como el corcho o la madera, transportan el calor con mucha menos eficacia.

Este parámetro se representa con el símbolo ‘λ‘. El aluminio tiene un coeficiente mucho más alto (λ = 237) que otros materiales no metálicos, como los termoplásticos, que en el mejor de los casos alcanzan un valor λ = 20 si se combinan con aditivos como el grafito o el nitrato de boro; la madera (λ = 0,13) o el corcho (λ = 0,03-0,04). Esto le permite evacuar con mucha más eficacia la energía disipada en forma de calor por los componentes que más consumen, como la CPU o la GPU. Sin embargo, hay metales que tienen un índice de termoconductividad aún más alto que el aluminio, como, por ejemplo, el cobre (λ = 372,1-385,2).

El aluminio y el cobre son, precisamente, los materiales utilizados con más frecuencia en la fabricación de los disipadores para CPU. Y lo son gracias a su elevado coeficiente de conductividad térmica. Hay disipadores que solo utilizan aluminio, otros que solo recurren al cobre (aunque no abundan porque son muy caros), y algunos combinan ambos elementos de una forma ingeniosa. Estos últimos son los más atractivos porque tienen una capacidad de transporte de calor muy notable y su precio no suele ser exagerado. Habitualmente utilizan cobre en la base del disipador y los conductos de calor (heatpipes), y aluminio en las aletas de refrigeración.

Si os decantáis por un procesador con un TDP moderado que no supera los 70 u 80 vatios un buen ventilador con disipador de aluminio puede ofreceros la capacidad refrigerante que necesitáis. Pero si os hacéis con una CPU con un TDP más exigente puede ser una buena idea apostar por un ventilador de buena calidad que incorpore un disipador de los que combinan aluminio y cobre. Son más caros que los que solo usan aluminio, como es lógico, pero su capacidad refrigerante es mayor. De hecho, pueden ser tan eficientes que AMD recomienda algunos modelos con estas características, como el estupendo NH-U9 TR4-SP3 de Noctua, para refrigerar sus procesadores Ryzen Threadripper, que tienen un TDP de hasta 280 vatios.

Las características del ventilador condicionan su eficiencia y el ruido que emite

Además del disipador, el otro ingrediente esencial de un sistema de refrigeración por aire para microprocesadores es el ventilador. Uno bien diseñado y equipado con rodamientos de buena calidad puede proporcionarnos muchos años de uso frecuente libres de problemas y con un mantenimiento mínimo. El rol de los rodamientos es minimizar tanto como sea posible el rozamiento, y por tanto también el desgaste, que se produce entre el rotor al que están ancladas las palas del ventilador y el eje en torno al que gira.

La vida útil del ventilador, la velocidad máxima a la que puede girar y su nivel de emisión de ruido están en gran medida condicionados por el tipo de rodamientos que incorpora. Los que nos ofrecen la vida útil más prolongada y el nivel de ruido más bajo son los modelos hidrodinámicos de aceite presurizado y los de levitación magnética, pero también son sensiblemente más caros que los modelos con rodamientos de bolas, de casquillo o de tipo rifle. Aun así, la inversión suele merecer la pena, sobre todo cuando aspiramos a que nuestro PC sea lo más silencioso posible.

Dos características más de los ventiladores a las que también nos interesa prestar atención son el diseño de sus palas y la velocidad a la que giran. La capacidad refrigerante de un ventilador está condicionada por el caudal de aire que es capaz de desplazar sobre el disipador y la velocidad que adquieren sus moléculas. Debido al efecto de convección del que hemos hablado unos párrafos más arriba cuantas más moléculas de aire desplace y a mayor velocidad más eficiente será el proceso de transferencia de energía en forma de calor desde el disipador al aire.

Por esta razón, un ventilador con palas voluminosas y una velocidad de giro elevada tendrá una mayor capacidad refrigerante que otro con el mismo volumen y una velocidad de giro inferior. Y, por supuesto, también que otro más pequeño y con un giro más lento. El problema es que habitualmente cuando incrementamos la velocidad de giro del rotor también se incrementa el ruido que emite, a menos que no se produzca rozamiento entre este y el eje sobre el que gira, como en los modelos hidrodinámicos de aceite presurizado y de levitación magnética. En definitiva, la eficiencia de un ventilador y el nivel de ruido que emite pueden balancearse actuando sobre sus rodamientos, su diseño, el tamaño de las palas y su velocidad de giro.

El rozamiento que no podemos evitar es el que se produce entre las palas y el aire, por lo que todos los ventiladores, por muy sofisticados que sean, emiten ruido. Afortunadamente, los fabricantes de sistemas de refrigeración por aire de calidad siempre publican la velocidad máxima de rotación de sus ventiladores, el caudal de aire máximo que son capaces de desplazar y el nivel de ruido máximo que emiten. Si una marca no refleja estos datos en las especificaciones de sus productos, desconfiad. Y a la hora de elegir un modelo para refrigerar vuestro procesador os sugerimos que, una vez que tengáis un listado con varios candidatos compatibles de acuerdo al TDP y el zócalo, comparéis los parámetros que acabamos de revisar.

Un último apunte: es crucial que una vez que hayamos elegido el ventilador de nuestra CPU nos cercioremos de que podemos instalarlo en el interior de la caja de nuestro PC. Algunos modelos son tan voluminosos que podríamos tener problemas debido a su altura. Incluso podrían chocar con otros componentes del ordenador, por lo que es importante que prestemos atención a sus medidas.

La refrigeración líquida: cómo funciona y cuándo merece la pena apostar por ella

Como acabamos de ver, la estructura de un sistema de refrigeración por aire es relativamente sencilla. Y es que solo incorporan dos elementos: un disipador, habitualmente de aluminio o cobre, y un ventilador. El calor disipado por el procesador es transferido mediante conducción por el disipador metálico de la CPU al disipador del sistema de refrigeración. Al mismo tiempo el ventilador «sopla» sobre este último, incentivando el transporte de energía térmica desde el disipador del sistema de refrigeración al aire mediante convección.

A medida que el ventilador va transportando la energía térmica disipada por la CPU la temperatura del aire en el interior de la caja del ordenador se va incrementando, por lo que es esencial que unos ventiladores adicionales instalados en el interior del chasis se responsabilicen de renovarlo. Para lograrlo estos ventiladores propician el intercambio del aire caliente del interior de la caja y el aire a temperatura ambiente procedente del exterior mediante un flujo constante. La simplicidad conceptual de los sistemas de refrigeración por aire es evidente, pero esto no significa que no lleven a cabo su objetivo con eficacia.

Los sistemas de refrigeración líquida, sin embargo, son mucho más complejos. Todos ellos recurren a un circuito que favorece el intercambio de calor mediante convección entre el disipador de la CPU y un líquido refrigerante, en vez de propiciar el intercambio entre el disipador y el aire, como hacen los ventiladores tradicionales. Aquí tenemos la primera ventaja de la refrigeración líquida: nos ayuda a controlar mejor la temperatura en el interior de la caja del ordenador. Esto es posible debido a que el líquido refrigerante transporta el calor por el interior del chasis gracias a unos tubos de plástico y unos manguitos que previenen su contacto directo con el aire.

La eficacia refrigerante de un sistema de refrigeración líquida de buena calidad puede ser muy alta, pero un sistema de refrigeración por aire bien diseñado también puede ofrecernos un resultado fantástico

La eficacia refrigerante de un sistema de refrigeración líquida de buena calidad puede ser muy alta, pero un sistema de refrigeración por aire bien diseñado también puede ofrecernos un resultado fantástico. En ese caso, ¿en qué condiciones merece la pena apostar por uno u otro? Los dos factores que nos interesa sopesar para tomar una decisión son las condiciones de trabajo de la CPU y la temperatura ambiental. En un escenario de uso convencional en el que ejecutamos aplicaciones ofimáticas, de creación de contenidos y videojuegos durante periodos de tiempo que no son excesivamente prolongados un buen ventilador debería permitir al microprocesador trabajar permanentemente dentro de su rango óptimo de temperatura.

Sin embargo, si nos gusta practicar overclocking extremo es posible que nos interese recurrir a la refrigeración líquida. Esta práctica consiste en manipular los parámetros de funcionamiento de la CPU con el propósito de conseguir que trabaje a una frecuencia de reloj superior a su frecuencia máxima nominal. Su rendimiento en estas condiciones se incrementa, pero para mantener la estabilidad del sistema y evitar que se produzcan cuelgues y reinicios inesperados suele ser necesario actuar sobre el voltaje. Y en estas condiciones la CPU se calienta más, y, en consecuencia, disipa más calor. Si el overclocking no es extremo un sistema de refrigeración por aire de calidad puede ofrecernos un buen resultado, pero si es agresivo es probable que tengamos que recurrir a la refrigeración líquida.

La práctica del overclocking no es el único contexto en el que puede ser interesante apostar por la refrigeración líquida. Si sometemos nuestro ordenador a esfuerzos muy intensos durante periodos de tiempo muy prolongados puede ser recomendable recurrir a esta modalidad de refrigeración. Un escenario de uso que ilustra bastante bien este contexto es, por ejemplo, el renderizado de modelos tridimensionales. Si utilizamos nuestro PC para crear y renderizar durante horas modelos en 3D podría ser una buena idea apostar por la refrigeración líquida para conseguir mantener la temperatura de la CPU en todo momento bajo control. No obstante, cualquier otra tarea que imponga una carga de trabajo muy alta al procesador durante un periodo de tiempo muy prolongado puede beneficiarse de la refrigeración líquida.

La temperatura ambiental es un factor que nos interesa tener en cuenta porque también influye decisivamente en las condiciones de trabajo de un ordenador. Como podemos intuir no es lo mismo trabajar en una habitación refrigerada a una temperatura ambiental de 21 grados que hacerlo en un entorno sin refrigeración con una temperatura ambiental constante por encima de los 30 grados. Estas últimas condiciones pueden darse con relativa facilidad en determinadas zonas durante los meses de verano. Cuando un ordenador se ve sometido simultáneamente a un esfuerzo muy intenso y una temperatura ambiental muy alta es necesario apostar por un sistema de refrigeración muy eficiente. Y en estas condiciones tiene sentido recurrir a la refrigeración líquida.

Una ventaja adicional de esta modalidad de refrigeración que también puede provocar que algunos usuarios se fijen en ella es su capacidad de ayudarnos a reducir el ruido emitido por nuestro ordenador. El ventilador que se encarga de refrigerar la CPU en los sistemas por aire suele ser el responsable de buena parte del ruido emitido por nuestro PC. En el mercado podemos encontrar ventiladores para CPU muy silenciosos, pero los sistemas de refrigeración líquida tienen la ventaja de que no necesitan un ventilador para la CPU. Eso sí, mantienen los ventiladores responsables de actuar sobre el radiador.

Hasta ahora hemos repasado las cualidades de los sistemas de refrigeración líquida que pueden provocar que nos fijemos en ellos, pero también tienen desventajas si los comparamos con los sistemas de refrigeración mediante aire que nos conviene considerar. La más evidente es que son mucho más complejos y requieren una instalación muy meticulosa si queremos prevenir posibles fugas del líquido refrigerante que podrían dañar los delicados componentes electrónicos de nuestro ordenador. Además, requieren un mantenimiento más esmerado.

En un sistema de refrigeración por aire solo tenemos que preocuparnos de retirar periódicamente el polvo que puede acumularse en las palas y el eje del ventilador utilizando, por ejemplo, un espray limpiador de aire a presión. Pero un sistema de refrigeración líquida requerirá al menos que revisemos con cierta frecuencia el estado de la bomba, la ausencia de fugas, y también que renovemos periódicamente el líquido refrigerante, además de retirar el polvo acumulado sobre los ventiladores que actúan sobre el radiador.

Por otro lado, el elevado número de elementos que requiere la refrigeración líquida nos exige una caja lo suficientemente amplia para acomodar en su interior todos los componentes que es necesario instalar. Y, por último, también es importante que tengamos en cuenta que un sistema de refrigeración líquida de calidad es sensiblemente más caro que un sistema de refrigeración por aire de calidad equiparable. Durante los últimos años su precio se ha reducido mucho, y actualmente podemos encontrar soluciones de refrigeración líquida muy decentes en el rango de precios que va desde los 60 a los 100 euros, pero si queremos un sistema de refrigeración líquida avanzado tendremos que gastarnos mucho más dinero. Y es que algunos, los más ambiciosos, pueden superar los 500 euros.

Consulta la guía completa para montar un PC a la medida en 2020

En los primeros párrafos de este artículo os hemos recordado que esta es la segunda entrega de una guía extensa dedicada a los usuarios que han decidido diseñar y montar un PC a la medida. Confiamos en que os resulte útil y os ayude a encontrar los componentes que resuelven mejor vuestras necesidades y encajan mejor en vuestro presupuesto. Estos son los artículos en los que estamos trabajando y el orden en el que los iremos publicando:

• La placa base
• El microprocesador y la refrigeración
• La memoria principal
• La tarjeta gráfica
• El almacenamiento secundario
• La caja y la fuente de alimentación
• El monitor
• El teclado y el ratón

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