Heute beschäftigen wir uns mit einer der am häufigsten gestellten Fragen zum Thema PC-Gaming: Wie viele Bilder pro Sekunde benötigen Sie? Wenn Sie die gleiche Bildrate wie die maximale Bildwiederholfrequenz Ihrer Monitore verwenden, 60 FPS Gibt es einen Vorteil, Spiele auf einem 60-Hz-Monitor oder mit einer viel höheren Bildrate auszuführen, als Ihr Monitor anzeigen kann? 500 FPS?

Um diese Frage zu beantworten, GPU ve Aussicht Arbeiten Sie zusammen, um Frames an Ihre Augäpfel zu senden und sehen Sie, wie Technologien wie Vsync funktionieren.

Infolgedessen führt das Ausführen von Spielen mit extrem hohen Bildraten, die deutlich über der Bildwiederholfrequenz Ihres Monitors liegen, zu einem reaktionsschnelleren Spielerlebnis mit einer geringeren wahrgenommenen Eingabeverzögerung. Für diejenigen, die nicht bis zum Ende warten möchten, ist dies die Antwort auf die Frage. Lassen Sie uns jetzt darüber sprechen, warum.

Anmerkung der Redaktion: Diese Funktion wurde ursprünglich am 2. August 2018 veröffentlicht. Es ist heute genauso relevant und aktuell wie damals, also haben wir es im Rahmen unserer #ThrowbackThursday-Initiative gestoßen.




Sagen wir a Uhr Bei einer konstanten Bildwiederholfrequenz von 60 Hz. Mit anderen Worten, jedes 1/60 des Monitorsth pro Sekunde oder alle 16,7 ms. Beim Ausführen eines Spiels gibt es keine Garantie dafür, dass die GPU jeden Frame in genau 16,7 Millisekunden rendert. Manchmal kann es 20 ms dauern, manchmal kann es 15 ms dauern, manchmal kann es 8 ms dauern. Das ist die sich ändernde Natur des Gamings auf der GPU.



Bei dieser unterschiedlichen Renderrate hat jeder gerenderte Frame die Wahl, wie er an den Monitor übergeben wird. Es kann den neuen Frame anzeigen, sobald er vollständig gerendert ist, was allgemein als das Ausführen des Spiels bekannt ist „Vsync“ oder vertikale Synchronisierung deaktiviert, oder warten Sie, bis der Bildschirm zur Aktualisierung bereit ist, bevor Sie den neuen Frame namens „Vsync on“ senden.

Vsync ist aus




Die Verwendung der ersten Methode Vsync off führt zu Tearing. Dies liegt daran, dass ein Bildschirm nicht sofort das gesamte Bild aktualisieren kann, sondern stattdessen ein Wagenrücklauf, normalerweise vom oberen Bildschirmrand nach unten. Während dieses Vorgangs kann ein neuer Frame von der GPU verfügbar werden, und da wir Vsync nicht verwenden, wird der Frame sofort an den Bildschirm gesendet. Als Ergebnis empfängt der Monitor in der Mitte der Aktualisierung neue Daten und aktualisiert die restlichen Zeilen auf dem Bildschirm mit diesen neuen Daten. Dann bleibt ein Bild übrig, mit der oberen Hälfte des Bildschirms aus dem vorherigen Frame und der unteren Hälfte aus dem neuen, neu verfügbaren Frame.



zerreißen

Je nach angezeigtem Inhalt macht sich diese Unterscheidung zwischen neuen und alten Frames bei einem Refresh als Riss oder als sichtbare Linie zwischen alten und neuen Frames bemerkbar. Am auffälligsten ist es in sich schnell bewegenden Szenen, bei denen normalerweise ein großer Unterschied zwischen einem Bild und dem nächsten besteht.




Es hat den Vorteil, dass ein Frame direkt nach dem Rendern an den Bildschirm gesendet wird, um die Latenz zwischen der GPU und dem Display gering zu halten, während Vsync zum Tearing führt. Behalte es später im Hinterkopf.

Vsync ist aktiviert

Eine alternative Möglichkeit, ein Bild anzuzeigen, besteht darin, dass Vsync aktiviert ist. Anstatt dass die GPU den neuen Frame sofort an den Bildschirm sendet, mischt sie hier jeden gerenderten Frame in einen Puffer. Der erste Puffer wird verwendet, um den darauf laufenden Frame zu speichern, und der zweite Puffer wird verwendet, um den Frame zu speichern, der auf dem Bildschirm angezeigt wird. Während der Aktualisierung wird der zweite Puffer zu keinem Zeitpunkt aktualisiert, sodass der Bildschirm nur Daten eines vollständig gerenderten Frames anzeigt und Sie daher nicht mitten in der Aktualisierung von einer Aktualisierung abbrechen.




Vsync an, genauer hinsehen

Der einzige Punkt, an dem der zweite Puffer aktualisiert wird, ist zwischen den Auffrischungen. Um dies sicherzustellen, wartet die GPU, bis der Bildschirm aktualisiert wird, nachdem ein Frame gerendert wurde. Es mischt dann die Puffer, beginnt mit dem Aufbau eines neuen Frames und der Vorgang wiederholt sich. Manchmal kann ein Frame mehrere Puffer enthalten, bevor er den Bildschirm erreicht, aber das ist der allgemeine Kern der Funktionsweise von Vsync.

Wenn Ihre GPU zu langsam ist, um einen Frame zu rendern... stottert sie

Es gibt zwei Probleme mit vsync. Erstens, wenn Ihre GPU-Rendering-Geschwindigkeit zu langsam ist, um mit der Bildwiederholfrequenz des Displays Schritt zu halten - sagen wir, sie kann nur mit 40 FPS auf einem 60-Hz-Bildschirm rendern -, wird die GPU kein Vollbild rechtzeitig rendern, um den Start zu erreichen . so wird der Bildschirm wiederholt. Dies führt zu Stottern, da einige Frames nur einmal angezeigt werden, während andere zweimal angezeigt werden.

Vsync an: 60Hz-Display, 200 FPS

Das zweite Problem tritt auf, wenn Ihre GPU zu schnell ist und problemlos einen Frame innerhalb des Bildwiederholfrequenzbereichs rendern kann. Nehmen wir an, Sie können mit 200 FPS rendern und alle 5 ms einen neuen Frame rendern, außer Sie verwenden ein 60-Hz-Display mit einem Aktualisierungsfenster von 16,7 ms.

Wenn Vsync aktiviert ist, beendet Ihre GPU den nächsten anzuzeigenden Frame in 5 ms und wartet dann 11,7 ms, bevor er den Frame an den zweiten Puffer sendet, um auf dem Monitor angezeigt zu werden, und den nächsten Frame startet. Die höchste Framerate, die Sie erhalten, entspricht also der Aktualisierungsrate Ihres Monitors, wenn Vsync aktiviert ist, da die GPU tatsächlich nicht schneller als die Aktualisierungsrate "gesperrt" ist.

Jetzt gibt es an dieser Stelle viel Verwirrung.

Häufig ist es großartig, die GPU zu sperren, um Ihren Monitor mit Vsync zu aktualisieren, denn wenn es schneller als die Aktualisierungsrate geht, werden diese Frames verschwendet, weil der Monitor sie nicht anzeigen kann und ich nur Tearing bekomme. Viele Leute weisen auf Energieeinsparungen durch die Verwendung von Vsync hin. Ihre GPU muss nicht hart arbeiten, es ist nutzlos, mit Bildraten über der Bildwiederholfrequenz des Monitors zu laufen, also laufen Sie sie mit gesperrten FPS und sparen Sie etwas Energie.

Wir können sehen, warum die Leute zu diesem Schluss kommen, und es ist etwas Wahres daran, aber es ist im Allgemeinen nicht wahr. Dies liegt daran, dass Sie nicht berücksichtigen, wie lange die Eingaben verarbeitet werden und wie lange es dauert, bis diese Eingaben auf dem Bildschirm erfolgen.

Vsync-Eingang enthalten

Um zu erklären, warum dies so ist, werfen wir einen Blick auf Vsync im Diagramm, überlagern das Diagramm jedoch mit Eingaben von Ihrer Maus und Tastatur, die normalerweise alle 1 ms aggregiert werden. Lassen Sie uns dasselbe Beispiel mit einer GPU verwenden, die mit einem 60-Hz-Bildschirm mit 200 FPS rendern kann.

Mit Vsync und einem einfachen Puffersystem beginnt die GPU in dieser vereinfachten Erklärung mit dem Rendern eines Frames, der Ihrer Mauseingabe entspricht, sobald sie diese Eingabe an Eingang 0 empfängt. ms vor dem Senden an den Bildschirmpuffer.

Dann braucht der Bildschirm einige Zeit, um den Frame zum Rendern zu bringen und den Bildschirm mit diesen Informationen Zeile für Zeile physisch zu aktualisieren.

Vsync-Eingang enthalten

Selbst im besten Fall suchen wir nach einer Verzögerung von mindestens 16,7 ms zwischen Ihrer Eingabe und dem Zeitpunkt, an dem der Bildschirm mit der Anzeige der Ergebnisse dieser Eingabe beginnen kann.

Es funktioniert nicht bei Bildschirmeingabeverzögerung, CPU-Verarbeitungszeit usw. Beim Factoring kann die Verzögerung zwischen Anmeldung und Bildschirmaktualisierung mehr als 50 ms betragen.

Vsync aus, 60Hz Display, 200 FPS inklusive Eingang

Schauen wir uns nun das Vsync off-Diagramm an. Die GPU rendert kontinuierlich, unabhängig davon, wann der Bildschirm aktualisiert wird, und benötigt 5 ms, um Ihre Eingabe in ein Vollbild zu rendern. Der Bildschirm kann dann sofort mit der Anzeige des neuen Rahmens beginnen, auch wenn er nur ein Teil dieses Rahmens ist. Das Ergebnis ist die Verzögerung zwischen Ihrer Eingabe in das Spiel, und wenn der Bildschirm die Ergebnisse dieser Anmeldung anzeigt, sinkt sie von 16,7 ms auf nur 5 ms. Und es gibt keine zusätzlichen Puffer in realen Anwendungen; so schnell, plus die Eingangsverzögerung Ihres Monitors.

Und hier sind Sie im Vorteil. In diesem Beispiel reduziert die Ausführung mit 200 FPS bei ausgeschaltetem Vsync auf einem 60-Hz-Monitor die Eingangsverzögerung auf 5 ms, während diese Verzögerung bei eingeschalteter Vsync mindestens 16,7 ms oder mehr beträgt.

Was der Bildschirm alle 1/60 anzeigt, obwohl der Bildschirm nicht alle 200 Bilder pro Sekunde vollständig anzeigen kannth Eine Sekunde wird aus einer Eingabe generiert, die viel näher an der Sekunde liegt.

Dieses Phänomen gilt natürlich auch für High-Refresh-Monitore. Beispielsweise können Sie bei 144 Hz mehr Bilder pro Sekunde sehen, was zu einem insgesamt flüssigeren und reaktionsschnelleren Erlebnis führt. Wenn Sie es jedoch mit 200 FPS mit ausgeschaltetem Vsync anstelle von 144 FPS mit eingeschaltetem Vsync ausführen, erhalten Sie einen Unterschied zwischen 5 ms und 7 ms Input-Lag-Zeit.

Wenn Sie jetzt über Millisekunden-Unterschiede sprechen, fragen Sie sich wahrscheinlich, ob Sie diesen Unterschied in Spielen erkennen können.

Abhängig von der Art des Spiels, das Sie spielen, kann der Unterschied von etwas sehr Auffälligem bis hin zu gar nichts reichen. Ein schnelles Spiel wie CS: GO läuft mit 400 FPS auf einem 60-Hz-Monitor und der Input-Lag beträgt bestenfalls etwa 2,5 ms, Sie fühlen sich viel reaktionsschneller, als wenn Sie die gleichen Bewegungen mit 16,7 ms bei 60 FPS ausführen würden. Verzögerung (oder mehr).

In jedem Fall zeigt der Bildschirm nur 60 Mal pro Sekunde ein neues Bild an, sodass er sich nicht so glatt anfühlt wie auf einem 144-Hz- oder 240-Hz-Bildschirm. Aber der Unterschied beim Input-Lag ist riesig; Wenn Sie mit 400 FPS laufen, können Sie Ihre Eingaben etwa 7-mal schneller, wenn nicht sogar mehr, überprüfen. Probieren Sie es selbst aus und Sie müssen den Unterschied in der Reaktionsfähigkeit spüren.

Und diese Erklärung haben wir nicht aus dem Nichts bekommen, tatsächlich kennt Nvidia die Grenzen von Vsync in Bezug auf den Input-Lag, also Schnelle Synchronisierung (genannt eine Alternative zu AMD Verbesserte Synchronisierung). Diese Bildschirmsynchronisierungstechnik ähnelt der Kombination von Vsync on und Vsync off, die das Beste aus beiden Welten ergibt.

Fast Sync funktioniert, indem es Vsync in der Pipeline einen zusätzlichen Puffer hinzufügt, der als zuletzt erstellter Puffer bezeichnet wird. Dadurch kann die GPU weiterhin neue Frames im hinteren Puffer rendern und nach Abschluss zum zuletzt gerenderten Puffer wechseln. Dann wird bei einer Bildschirmaktualisierung der zuletzt erstellte Puffer in den Cache verschoben, auf den der Bildschirm zugegriffen hat.

Schnelle Synchronisierung / Erweiterte Synchronisierung

Dies hat den Vorteil, dass die GPU nach Abschluss eines Frames nicht mehr auf die Bildschirmaktualisierung wartet, wie bei aktiviertem Vsync. Stattdessen rendert die GPU weiterhin Frames, sodass, wenn der Bildschirm zu Beginn der Aktualisierungsperiode einen Frame erreicht, dieser Frame näher am Aktualisierungsfenster gerendert wird. Dies reduziert den Input-Lag. Im Gegensatz zum Vsync-Aus-Zustand präsentiert Fast Sync jedoch zu Beginn jeder Aktualisierung einen abgeschlossenen Frame auf dem Bildschirm, anstatt den Frame sofort auf den Bildschirm zu verschieben, und es ist diese Technik, die Tearing eliminiert.

Fast Sync funktioniert nur, wenn die Bildrate höher ist als die Bildwiederholfrequenz des Bildschirms, aber es schafft ein reaktionsschnelleres Spielerlebnis ohne Tearing. Und natürlich hat AMD ein Äquivalent namens Enhanced Sync.

Hoffentlich wird dieser Erklärer einige Ihrer Fragen klären, warum das Ausführen eines Spiels über der maximalen Bildwiederholfrequenz Ihres Monitors ein reaktionsschnelleres Spielerlebnis bietet und warum die Möglichkeit, Spiele mit höheren Bildraten auszuführen, immer von Vorteil ist, auch wenn es so scheint. Ihr Monitor kann dies nicht nutzen.

Eine letzte Anmerkung: Wir haben die adaptiven Synchronisierungstechnologien nicht wie folgt besprochen G-Sync und FreeSync hier und wir sprechen hauptsächlich über die Veröffentlichung von Spielen über der maximalen Aktualisierung, bei denen die adaptive Synchronisierung nicht angewendet wird. Es gibt viele verschiedene Synchronisierungsmethoden, aber die adaptive Synchronisierung unterscheidet sich stark von der Vsync und der Quick Sync, über die wir sprechen, und spielt zumindest für diese Diskussion keine Rolle.

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