Що таке вертикальна синхронізація і чим вона допомагає в іграх?

Для початку невеликий лікнеп про модну нині герцовка і частоті оновлення. Інформація, яку дисплей отримує від відеокарти, знаходиться в постійній динаміці, а пікселі оновлюються з певною частотою. Кількість таких оновлень в секунду називається частотою розгортки і вимірюється в Герцах. Класичні IPS і VA матриці, які в останнє десятиліття повсюдно використовували при виробництві монітор, телевізор і смартфонів, володіли фіксованою частотою оновлення в 60 Гц. Але за останні пару років лід рушив: у продаж посипалися смартфони з 90-герцовим екраном, для ігрових моніторів нормою стала розгортка в 144 Гц, а сучасні телевізори прискорилися до 120 Гц, щоб відповідати вимогам ігрових консолей нового покоління.

І якщо у дисплея ця частота постійна, то світ відеокарти влаштований трішки складніше. Уявіть, як Відьмак Геральт з гри заходить в темну печеру. На стінах висить пара смолоскипів, смердить чимось скислим і нічого не видно. Відеокарта відпочиває, їй толком нічого вимальовувати. Лічильник кадрів піднімається мало не вдвічі. Через п'ять хвилин Відьмак виконує замовлення на вбивство вампіра і знаходить вихід з печери. В очі б'є сонце, а відеокарті доводиться тут же вимальовувати всю красу ландшафтів Туссента. І що ми бачимо? Лічильник FPS тут же просідає. І так відбувається постійно, адже на відміну від монітора, у відеокарти змінна частота кадрів. Ось і виходить, що за один цикл оновлення монітора відеокарта може підготувати хоч півкадра, хоч півтора. Через це страждає плавність картинки і з'являються артефакти у вигляді вертикальних розривів зображення і драбинок.

Vsync-одноногий батько

Першою виразною спробою побороти рассинхрон між монітором і відеокартою стала знайома кожному геймеру штука під назвою «вертикальна синхронізація». Ця дуже груба Технічна опція, яка фізично занижувала FPS відеокарти, щоб відповідати частоті оновлення 60. Простіше кажучи, якщо ваш монітор видає тільки 60 Гц, а відеокарта в даній грі здатна видати до 100 FPS, козлом відпущення буде саме вона і саме її зрівняють до вихідних 60 FPS. І це прикро, але жити можна. Справжні проблеми починаються тоді, коли відеокарті навпаки не вистачає потужності. Vsync працює тільки з кратними значеннями, тому опустить планку з 60 FPS до 30. Загалом, краще вже драбинки, ніж таке.

Інша проблема пов'язана з високим інпут-лагом через який ігровий процес відчувається так, немов герої гри загрузли в киселі, а удари і стрілянина відбуваються з крихітною, але дуже дратівливою затримкою. А все тому, що при процесі передачі сигналу від мишки до дисплея бере участь ще й Центральний процесор, якого такі речі взагалі не повинні стосуватися. У підсумку процесор не береться за підготовку нового кадру, поки не закінчить з попереднім. А на синхронізацію відеокарти і дисплея ми витрачаємо зайві півсекунди, для швидких ігор на зразок шутерів і гонок це подібно смерті.

Загалом, це вже не один слон в кімнаті, а ціла сім'я слонів з якими потрібно щось робити. І ось виробники відеокарт і моніторів вирушили шукати нове рішення.

G-Sync: красиво, але дорого

Першою успішною спробою вирішити проблеми вертикальної синхронізації став програмно-апаратний комплекс G-Sync, створений головним на сьогоднішній день виробником відеокарт, компанією NVIDIA. На відміну від застарілої VSync, G-Sync пішла іншим шляхом і навчила монітор міняти свою частоту під відеокарту, а не навпаки. З огляду на, що технологія вміє працювати з частотами від 30 до 360 Гц, цей факт розв'язує руки при підборі оптимального фреймрейта. Ну а якщо фреймрейт падає нижче 60 Гц, то G-Sync просто дублює пропущені кадри. В динаміці це абсолютно непомітно.

І тут саме час задатися питанням, чому ми взагалі обговорюємо це питання, якщо NVIDIA вирішила його ще в 2013 році? Ну як сказати. По-перше, ця технологія закрита, відповідно довгий час вона працювала лише з відеокартами від NVIDIA. По-друге, для коректної роботи G-Sync монітор повинен бути оснащений відповідним модулем для вертикальної синхронізації. Природно, ці модулі коштують грошей, а купити їх можна лише у самій NVIDIA. Як підсумок-націнка в $200 за монітор і статус нішевого продукту для заможних шанувальників продукції NVIDIA.

Монітори з підтримкою NVIDIA G-Sync

Версії G-Sync

До 2019 року Nvidia йшла своїм шляхом і обмежувала власні графічні карти в підтримці G-Sync. Справа в тому, що до цього часу на ринку з'явилася популярна безкоштовна альтернатива в особі технологій Adaptive-Sync від VESA і FreeSync від AMD. У 2019 році NVIDIA пішла назустріч шанувальникам і запустила програму G-Sync Compatible. Фактично вони вшили в драйвера своїх відеокарт і чіпів G-Sync підтримку VESA Adaptive Sync (мова про неї піде нижче). Завдяки цьому власники моніторів з G-Sync і відеокарт Radeon нарешті змогли задіяти нормальну синхронізацію кадрів. Правда в NVIDIA відразу попередили, що Монітори «G-Sync Compatible» не проходять додаткові тести оцінки якості і сумісності, тому загальна якість картинки у них може бути трохи нижче, а сама NVIDIA не дає ніяких гарантій, що монітор з G-Sync буде працювати ідеально працювати з відеокартами Radeon.

Слідом за G-Sync Compatible представники NVIDIA в тому ж році повідомили ще про декілька важливих нововведень. Так синхронізацію від NVIDIA тепер підтримують ноутбуки з мобільними відеокартами. А сам стандарт навчився працювати з HDR-контентом і розширив колірне охоплення трикутника DCI P3. Щоб не заплутувати людей, новий протокол назвали G-Sync Ultimate.

Монітори з підтримкою NVIDIA G-Sync Ultimate

Vesa Adaptive Sync і впровадження нормальної вертикальної синхронізації

У 2014, Асоціація стандартизації Video Electronics Standards Association або VESA представила відкриту технологію Adaptive Sync, яка вміє, в принципі, все те ж саме, що і G-Sync (але без дорогих чіпів і працює на частотах від 9 до 240 Гц) Але для впровадження технології потрібно, щоб її підтримку впровадили в драйвер монітора, драйвер відеокарти, операційної системи і в ігри! А також необхідна наявність DisplayPort версії не нижче 1.2 a, так як технологія стала частиною саме Display Port. Розуміючи, що для впровадження нового стандарту потрібні зусилля безлічі людей по всьому світу в VESA поділилися своїми напрацюваннями з партнерами. Найбільшого успіху серед них домоглися виробники відеокарт - компанії NVIDIA і AMD.

FreeSync: народна Синхронізація

Через півтора року з моменту виходу G-Sync послідувала відповідь від AMD в особі FreeSync. Як і G-Sync дітище AMD не прив'язане до застарілих стандартів герцовки і працюють більш точково. Якщо спростити, то FreeSync автоматично визначає частоту розгортки монітора і компенсує кількість відсутніх кадрів, генеруючи додаткові кадри. І якщо в кіно і серіалах така домальовування створює неприємний ефект «мильної опери», в іграх штучно вставлені кадри не помітні оку і не створюють дискомфорту.

На відміну від G-Sync, для якої була потрібна відеокарта NVIDIA і монітор з фізичним модулем G-Sync, FreeSync працює виключно на програмному рівні і поширюється безкоштовно. Справа в тому, що всі монітори мають в своєму складі спеціальну схему під назвою «скейлер», яка управляє з'єднанням між графічним процесором і РК-панеллю. Ця схема є обов'язковим елементом монітора, який забезпечує передачу аудіо і відеосигналу. NVIDIA вирішила розробити і продавати виробникам моніторів власний «скейлер», AMD пішла іншим шляхом і домовилася з провідними виробниками скейлерів на кшталт MStar і Realtek про те, щоб підтримку FreeSync додали в уже існуючі і нові модулі на програмному рівні. Вийшло настільки просто і дешево, що ця фіча стала галузевим стандартом і зараз складніше знайти ігровий монітор без FreeSync, ніж з нею.

Монітори з підтримкою AMD FreeSync

FreeSync: особливості та версії

Спочатку AMD використовувала напрацювання стандарту синхронізації VESA Adaptive Sync, але зупинятися на цьому вони не стали. Через рік після виходу FreeSync навчився працювати з HDMI (прим: раніше все працювало тільки по DP), а в 2017 році на ринок вийшла друга версія FreeSync 2 з підтримкою HDR-контенту і системою компенсації низької частоти кадрів, як в G-SYNC. Трохи пізніше в AMD вирішили, що цифри в назві заплутують і розділили FreeSync 2 на два типи ― FreeSync Premium і FreeSync Premium Pro.

У підсумку вийшло три різних версії FreeSync. Базова була заточена під старі монітори з частотою оновлення 60 Гц. На відміну від нього Premium-версії FreeSync підтримують герцовку до 120 Гц при роздільній здатності Full HD. Різниця в тому, що FreeSync Premium Pro до купи підтримує і HDR-контент з розширеною колірною гамою. Якщо ви хочете грати з HDR, FreeSync Premium Pro-це безсумнівно кращий вибір.

Монітори з підтримкою AMD FreeSync Premium

HDMI VRR

Дивлячись на успіхи AMD і G-Sync виробники телевізор і ігрових консолей вирішили, що таке добро стане в нагоді і їм. В результаті в специфікаціях HDMI 2.1 з'явилася штука під назвою VRR (пер: змінна частота оновлення), яка за схожим з FreeSync і G-Sync принципом, дозволяючи ігровому джерелу — ігровій приставці або комп'ютера, самостійно доставляти відеокадри з максимально можливою швидкістю. VRR очікує поки наступний кадр буде готовий для його передачі, демонструючи користувачеві поточний кадр, що забезпечує більш плавну картинку в грі, без дратівливих ривків і тремтінь.

В основі VRR лежить згадуваної вище ж технологія VESA Adaptive Sync, яка стала ще й частиною стандарту HDMI 2.1. Саме таким чином Адаптивна Синхронізація реалізована в консолях нового покоління. А також, ви здивуєтеся, в Xbox One S і One X. Так, в коробки поточного покоління від Microsoft VRR завезли навіть раніше, ніж HDMI 2.1.

Монітори з підтримкою AMD FreeSync 2 HDR

Так що ж все-таки крутіше?

І FreeSync, і G-Sync, і VRR вміють підганяти частоту оновлення монітора під FPS відеокарти/консолі, а не навпаки. А якщо фреймрейт падає нижче мінімальних 60 Гц, то обидві системи домальовують пропущені кадри, дублюючи вже наявні. Як показали тести FreeSync і споріднена їй VRR взагалі не впливають на частоту кадрів, в той час як G-Sync забезпечує малопомітну втрату FPS в районі 1.2%. Втім, ця різниця зовсім непомітна оку і записувати її в переваги FreeSync не зовсім правильно.

А якщо обидві технології мало в чому відрізняються, то навіщо платити більше? Хочеш не хочеш, а апаратний модуль G-Sync коштує грошей, тому ставлять його виключно в ігрові монітори рівнем вище середнього. Базовий FreeSync ж є в кожному "прасці і чайнику", тоді як FreeSync Premium найчастіше зустрічається в моніторах середнього рівня. Ну а AMD FreeSync Premium Pro поки що використовують в ігрових моніторах вищого порядку. Що стосується VRR, для її реалізації знадобиться телевізор і джерело сигналу з підтримкою HDMI 2.1.