Co to jest synchronizacja pionowa i jak pomaga w grach?


Na początek mały program edukacyjny na temat modnych obecnie herców i częstotliwości odświeżania. Informacje, które wyświetlacz otrzymuje z karty graficznej, mają stałą dynamikę, a piksele są aktualizowane z określoną częstotliwością. Liczba takich aktualizacji na sekundę nazywana jest częstotliwością przemiatania i jest mierzona w hercach. Klasyczne matryce IPS i VA, które przez ostatnią dekadę były szeroko stosowane w produkcji monitorów, telewizorów i smartfonów, miały stałą częstotliwość odświeżania 60 Hz. Ale w ciągu ostatnich kilku lat lody pękły: smartfony z ekranem 90 Hz spadły do sprzedaży, 144 Hz stało się normą dla monitorów do gier, a nowoczesne telewizory przyspieszyły do 120 Hz, aby sprostać wymaganiom nowej generacji konsole gier.

A jeśli wyświetlacz ma stałą częstotliwość, świat karty graficznej jest nieco bardziej skomplikowany. Wyobraź sobie, jak Wiedźmin Geralt z gry wchodzi do ciemnej jaskini. Na ścianach wisi kilka pochodni, śmierdzi czymś kwaśnym i nic nie widać. Karta graficzna odpoczywa, naprawdę nie ma nic do rysowania. Licznik ramek prawie się podwaja. Pięć minut później Wiedźmin spełnia rozkaz zabicia wampira i znajduje wyjście z jaskini. Słońce pada mi w oczy, a karta graficzna musi natychmiast oddać całe piękno krajobrazów Toussaint. A co widzimy? Licznik FPS natychmiast opada. I dzieje się tak cały czas, ponieważ w przeciwieństwie do monitora karta graficzna ma zmienną liczbę klatek na sekundę. Okazuje się więc, że w jednym cyklu aktualizacji monitora karta graficzna może przygotować co najmniej pół klatki, co najmniej półtora. Z tego powodu cierpi gładkość obrazu i pojawiają się artefakty w postaci pionowych załamań obrazu i drabin.

Vsync - jednonogi ojciec


Pierwszą zrozumiałą próbą przezwyciężenia braku synchronizacji między monitorem a kartą graficzną była rzecz znana każdemu graczowi, zwana „synchronizacją pionową”. Jest to bardzo prymitywna opcja techniczna, która fizycznie obniżyła FPS karty graficznej, aby dopasować częstotliwość odświeżania 60. Mówiąc najprościej, jeśli twój monitor wyświetla tylko 60 Hz, a karta wideo w tej grze jest w stanie dostarczyć do 100 FPS , będzie kozłem ofiarnym i zostanie wyrównany do oryginalnego 60 FPS. A szkoda, ale możesz żyć. Prawdziwe problemy zaczynają się, gdy karta graficzna nie ma wystarczającej mocy. Vsync działa tylko z wielokrotnością, więc obniży pasek z 60 FPS do 30. Ogólnie drabiny są lepsze.

Kolejnym problemem jest duży input lag, który sprawia, że rozgrywka sprawia wrażenie, jakby postacie w grze utknęły w galaretce, a trafienia i strzelanie następują z małym, ale bardzo irytującym opóźnieniem. A wszystko dlatego, że w procesie przesyłania sygnału z myszy na wyświetlacz zaangażowany jest również procesor centralny, którego takie rzeczy w ogóle nie powinny dotykać. W efekcie procesor nie zajmuje się przygotowywaniem nowej ramki, dopóki nie zakończy poprzedniej. Spędzamy dodatkowe pół sekundy, aby zsynchronizować kartę graficzną i wyświetlacz, w przypadku szybkich gier, takich jak strzelanki i wyścigi, to jest jak śmierć.

Generalnie nie jest to już jeden słoń w pokoju, ale cała rodzina słoni, z którą trzeba coś zrobić. I tak producenci kart graficznych i monitorów postanowili poszukać nowego rozwiązania.

G-Sync: piękny, ale drogi


Pierwszą udaną próbą rozwiązania problemów synchronizacji pionowej był system sprzętowo-programowy G-Sync, stworzony przez głównego dziś producenta kart graficznych, firmę NVIDIA. W przeciwieństwie do przestarzałego VSync, G-Sync poszedł w drugą stronę i nauczył monitor zmiany częstotliwości na kartę graficzną, a nie odwrotnie. Biorąc pod uwagę, że technologia jest w stanie pracować z częstotliwościami od 30 do 360 Hz, fakt ten daje wolną rękę przy wyborze optymalnej liczby klatek na sekundę. Cóż, jeśli liczba klatek na sekundę spadnie poniżej 60 Hz, G-Sync po prostu duplikuje pominięte klatki. W dynamice jest to zupełnie niezauważalne.

I nadszedł czas, aby zapytać, dlaczego w ogóle omawiamy ten problem, skoro firma NVIDIA zdecydowała się na to w 2013 roku? Jak powiedzieć. Po pierwsze, ta technologia jest zamknięta, więc przez długi czas działała tylko z kartami graficznymi NVIDII. Po drugie, aby G-Sync działał poprawnie, monitor musi być wyposażony w odpowiedni moduł do synchronizacji pionowej. Oczywiście te moduły kosztują i można je kupić tylko od samej NVIDII. W rezultacie marża w wysokości 200 USD na monitor i status produktu niszowego dla zamożnych fanów produktów NVIDIA.

Monitory zgodne z NVIDIA G-Sync

Wersje G-Sync


Do 2019 roku Nvidia szła własną drogą i ograniczała własne karty graficzne w obsłudze G-Sync. Faktem jest, że do tego czasu na rynku pojawiła się popularna darmowa alternatywa w obliczu technologii Adaptive-Sync firmy VESA i FreeSync firmy AMD. W 2019 roku NVIDIA udała się na spotkanie z fanami i uruchomiła program zgodny z G-Sync. W rzeczywistości przyszyli obsługę VESA Adaptive Sync do sterowników swoich kart graficznych i układów G-Sync (porozmawiamy o tym poniżej). Dzięki temu posiadacze monitorów z kartami graficznymi G-Sync i Radeon mogli wreszcie korzystać z normalnej synchronizacji klatek. Co prawda NVIDIA od razu ostrzegła, że monitory zgodne z G-Sync nie przechodzą dodatkowych testów jakości i zgodności, więc ich ogólna jakość obrazu może być nieco niższa, a sama NVIDIA nie daje żadnych gwarancji, że monitor z G-Sync będzie działał. z kartami graficznymi Radeon.

Po G-Sync Compatible przedstawiciele NVIDIA w tym samym roku ogłosili kilka ważniejszych innowacji. Tak więc synchronizacja z NVIDIA jest teraz obsługiwana przez laptopy z mobilnymi kartami graficznymi. A sam standard nauczył się pracować z treściami HDR i rozszerzył gamę kolorów trójkąta DCI P3. Aby nie mylić ludzi, nowy protokół nazwano G-Sync Ultimate.

NVIDIA G-Sync Ultimate Compatible Monitors

VESA Adaptive Sync i implementacja normalnej synchronizacji pionowej


W 2014 roku stowarzyszenie Video Electronics Standards Association lub VESA wprowadziło otwartą technologię Adaptive Sync, która w zasadzie może robić wszystko to samo co G-Sync (około, ale bez drogich chipów i działa na częstotliwościach od 9 do 240 Hz! Ale dla wdrożenie technologii, konieczne jest, aby jej obsługa była zaimplementowana w sterowniku monitora, sterowniku karty graficznej, systemie operacyjnym i grach! Musisz także mieć wersję DisplayPort co najmniej 1.2a, ponieważ technologia stała się częścią DisplayPort. Zdając sobie sprawę, że w celu wdrożenia nowego standardu w VESA potrzebne są wysiłki wielu ludzi na całym świecie, aby dzielić się swoją pracą z partnerami, z których największe sukcesy osiągnęli producenci kart graficznych - NVIDIA i AMD.

FreeSync: Synchronizacja ludzi


Półtora roku po wydaniu G-Sync AMD odpowiedziało FreeSync. Podobnie jak G-Sync, pomysł AMD nie jest związany z przestarzałymi standardami herców i działa bardziej precyzyjnie. Aby uprościć, FreeSync automatycznie wykrywa częstotliwość odświeżania monitora i kompensuje liczbę brakujących klatek, generując dodatkowe klatki. A jeśli w filmach i programach telewizyjnych taki rysunek tworzy nieprzyjemny efekt „opery mydlanej”, w grach sztucznie wstawione ramki nie są widoczne dla oka i nie powodują dyskomfortu.

W przeciwieństwie do G-Sync, który wymagał karty graficznej NVIDIA i monitora z fizycznym modułem G-Sync, FreeSync działa całkowicie w oprogramowaniu i jest bezpłatny. Faktem jest, że wszystkie monitory mają w swoim składzie specjalny obwód zwany „skalerem”, który kontroluje połączenie między GPU a panelem LCD. Obwód ten jest obowiązkowym elementem monitora, który zapewnia transmisję sygnału audio i wideo. NVIDIA zdecydowała się opracować i sprzedać swój własny „skaler” producentom monitorów, AMD poszło w drugą stronę i uzgodniło z wiodącymi producentami skalerów, takimi jak MStar i Realtek, dodanie obsługi FreeSync do istniejących i nowych modułów na poziomie oprogramowania. Okazało się to tak łatwe i tanie, że funkcja ta stała się standardem branżowym i teraz trudniej jest znaleźć monitor do gier bez FreeSync niż z nim.

Monitory AMD FreeSync

FreeSync: funkcje i wersje


Początkowo AMD korzystało z rozwoju standardu synchronizacji VESA Adaptive Sync, ale na tym nie poprzestały. Rok po premierze FreeSync nauczył się pracować z HDMI (uwaga: wcześniej wszystko działało tylko przez DP), a w 2017 roku na rynek weszła druga wersja FreeSync 2 z obsługą treści HDR i systemem kompensacji niskiej liczby klatek na sekundę, jak w G-SYNC. Nieco później AMD uznało, że liczby w nazwie są mylące i podzieli FreeSync 2 na dwa typy – FreeSync Premium i FreeSync Premium Pro.

W rezultacie otrzymaliśmy trzy różne wersje FreeSync. Podstawowy został dostosowany do starszych monitorów z częstotliwością odświeżania 60 Hz. W przeciwieństwie do tego, wersje Premium FreeSync obsługują do 120 Hz w rozdzielczości Full HD. Różnica polega na tym, że FreeSync Premium Pro obsługuje zawartość HDR z szeroką gamą kolorów na stosie. Jeśli chcesz bawić się HDR, FreeSync Premium Pro to zdecydowanie najlepszy wybór.

Monitory AMD FreeSync Premium

HDMI VRR


Patrząc na sukces AMD i G-Sync, producenci telewizorów i konsoli do gier uznali, że takie dobro też im się przyda. W rezultacie specyfikacja HDMI 2.1 wprowadziła rzecz o nazwie VRR (trans: zmienna częstotliwość odświeżania), która podobnie jak FreeSync i G-Sync pozwala na niezależne dostarczanie klatek wideo przez źródło gry - konsolę do gier lub komputer. z najwyższą możliwą prędkością. VRR czeka, aż następna klatka będzie gotowa do przesłania, pokazując użytkownikowi aktualną klatkę, co zapewnia płynniejszy obraz w grze, bez denerwujących szarpnięć i drgania.

VRR opiera się na wspomnianej powyżej technologii VESA Adaptive Sync, która również stała się częścią standardu HDMI 2.1. W ten sposób adaptacyjna synchronizacja jest implementowana w konsolach nowej generacji. A także będziesz zaskoczony w Xbox One S i One X. Tak, pudełka obecnej generacji od Microsoft VRR zostały dostarczone nawet wcześniej niż HDMI 2.1.

Monitory AMD FreeSync 2 obsługujące HDR

Więc co jest jeszcze fajniejsze?


Zarówno FreeSync, jak i G-Sync i VRR są w stanie dostosować częstotliwość odświeżania monitora do FPS karty graficznej / konsoli, a nie odwrotnie. A jeśli liczba klatek na sekundę spadnie poniżej minimum 60 Hz, to oba systemy rysują brakujące klatki, duplikując istniejące. Jak wykazały testy, FreeSync i jego siostrzany VRR w ogóle nie wpływają na liczbę klatek na sekundę, podczas gdy G-Sync zapewnia subtelną utratę FPS w zakresie 1,2%. Jednak ta różnica jest zupełnie niewidoczna dla oka i nie do końca słuszne jest zapisywanie jej jako zalet FreeSync.

A jeśli obie technologie nie różnią się zbytnio, to po co płacić więcej? Czy ci się to podoba, czy nie, moduł sprzętowy G-Sync kosztuje, więc umieszczają go wyłącznie w monitorach do gier na ponadprzeciętnym poziomie. Basic FreeSync jest dostępny w każdym „żelazku i czajniku”, podczas gdy FreeSync Premium jest bardziej powszechny w monitorach średniej klasy. Cóż , AMD FreeSync Premium Pro jest nadal używany w monitorach do gier wyższego rzędu. Jeśli chodzi o VRR, do jego wdrożenia potrzebny będzie telewizor i źródło sygnału z obsługą HDMI 2.1.