Что такое G-Sync, FreeSync, V-Sync и HDMI VRR? — Разбор11.11.2020 18:17

Всех ПК-геймеров планеты Земля объединяет одна проблема — вертикальные разрывы изображения. И вроде бы есть куча технологий которые решают эту проблему:

• V-Sync,
• G-Sync,
• FreeSync
• А ведь еще есть Adaptive Sync
• А в HDMI 2.1 недавно добавили VRR.

Но легче от этого не становится. Только больше путаешься. Чем все эти технологии отличаются? Какую выбрать видеокарту и монитор? И будет ли это всё работать на телевизоре?

Давайте сегодня раз и навсегда разберемся в технологиях адаптивной синхронизации изображения.

Для тех кто не в курсе. А в чём собственно проблема?

Чтобы изображение появилось на экране, должно произойти, как минимум, две вещи:

1. графический процессор должен подготовить кадр и передать его на монитор,
2. ваш монитор должен показать этот кадр.

Вроде бы всё просто! Но тут кроется небольшой конфликт. Монитор работает по строгому расписанию. Нужно обновлять изображение на экране через равные промежутки времени, строго определённое количество раз в секунду. Этот параметр называется частотой обновления и измеряется он в герцах.

Обычные мониторы работают на частоте 60 Гц,  то есть способны выводить 60 кадров в секунду, а игровые на 144 Гц и выше.

А вот графический процессор живет в совершенно ином мире. В играх постоянно всё меняется: колышется листва, журчит ручеёк, враги выпрыгивают из-за угла. Каждый кадр отличается по своей сложности, поэтому на их просчет уходит разное количество времени.

Иными словами, у монитора частота кадров постоянная, а у видеокарты переменная.

Вот и выходит, что за один цикл обновления монитора видеокарта может подготовить больше одного кадра или меньше.

Из-за этого мало того что страдает плавность картинки, так еще и появляются артефакты в виде вертикальных разрывов изображения. Кстати, при просмотре фильмов тоже могут появляться такие артефакты, потому что кино снимают в 24 к/с.

V-Sync

Очевидно проблема требовала решения, и еще на заре компьютерных игр оно появилось! Название у этого решения — вертикальная синхронизация или V-Sync. Наверняка вы встречали такую опцию как в настройках видеокарты, так и в играх.

Работает эта штука достаточно топорно. Фактически она просто принуждает видеокарту выводить кадры с частотой кратной частоте обновления экрана. Например, если у вас монитор 60 Гц, то максимальное количество кадров в секунду тоже будет 60, даже если ваша видеокарта способна на большее. И в общем-то часто такое ограничение вполне уместно, если у видеокарты хватает мощи и нет просадок ниже 60 к/с, но если они есть — начинаются проблемы.

При включенной вертикальной синхронизации, следующее кратное значение — это 30 к/с. Поэтому даже если ваш фреймрейт просел фактически всего на пару кадров, вы всё равно увидите падение до 30 к/с. Такой перепад мало того, что большой и очень визуально ощутимый, так ещё и будет происходить с небольшим лагом. Поэтому если стабильного FPS в 60 к/с или 30 не достичь, то включать V-Sync вообще нет никакого смысла.

Справедливости ради, чем выше герцовка монитора, тем больше мы имеем кратных значений, на которых может работать синхронизация. Поэтому на игровых мониторах V-Sync работает куда лучше.

Но история с кратными значениями — не самая главная проблема технологии. Есть другой не очевидный недостаток: вертикальная синхронизация — увеличивает задержку ввода, то есть Input Lag.

Игра медленнее реагирует на ваши действия, всё происходит с задержками и как-то плывёт в молоке, поэтому прицелиться становится гораздо сложнее. Почему так происходит?

Это интересно, смотрите!  Каждый кадр рассчитывается и выводится на экран через один и тот же конвейер. Упростим его до трёх этапов.

1. Каждое ваше действие, например щелчок мышки надо как-то интерпретировать и обновить состояние игры. За это отвечает центральный процессор (синяя полоса на картинке). Центральный процессор подготавливает кадры для графического процессора и помещает их в очередь рендеринга графического процессора.
2. Затем графический процессор (зелёная полоса) берет эти подготовленные кадры из очереди и рендерит их.
3. Только потом эти кадры выводятся на дисплей (серая полосочка на картинке).

Ну и в чём проблема, спросите вы? Дело в том, что ЦП не берется за подготовку следующего кадра, пока предыдущий не будет выведен на экран. Поэтому ограничивая количество выводимых кадров в угоду синхронизации с дисплеем, мы фактически увеличиваем задержки с которыми обновляется состояние игры! И если в каких-то простеньких играх типа пасьянса такие вещи допустимы, то в соревновательных играх вертикальная синхронизация может стать серьёзной помехой.

G-Sync

Но переживать не стоит,  так как решение появилось еще в 2013 году. Именно тогда компания NVIDIA представила свою технологию адаптивной синхронизации — G-Sync. В отличие от старой технологии, G-Sync позволяет подстраивать не видеокарту под частоту обновления монитора, а наоборот заставляет монитор менять свою частоту под видеокарту!

Представляете? Так тоже можно было!

В результате мы получаем потрясающе плавную картинку без вертикальных разрывов и задержки ввода! Просто сказка! G-Sync также работает в огромном диапазоне частот. Изначально это было от 30 до 144 Гц, а сейчас уже есть поддержка до 360 Гц и может даже выше, тут скорее всё зависит от монитора.

А если фреймрейт падает ниже 60 Гц G-Sync умеет дублировать пропущенные кадры.

Получаются сплошные плюсы и проблема решена еще в 2013 году? Так почему же мы до сих пор об этом говорим?

Ну как сказать. Во-первых, эта технология закрытая, соответственно, G-Sync работает только с карточками NVIDIA, но это пол беды.

Все волшебные функции G-Sync стали возможны благодаря специальному чипу, который необходимо встроить в монитор. Естественно, эти чипы производит тоже NVIDIA и стоят они недешево. Поэтому мониторы с поддержкой G-sync в среднем стоят на 250–300$ дороже и таких моделей очень мало. То есть получилась классная, и для 2013 года революционная технология, но не универсальная и дорогая.

VESA Adaptive Sync

Поэтому уже спустя год, в 2014, Ассоциация стандартизации Video Electronics Standards Association или VESA представила открытую технологию Adaptive Sync, которая умеет, в принципе, всё то же самое, что и G-Sync, но без дорогостоящих чипов и работает на частотах от 9 до 240 Гц! Неплохо да?

Но для внедрения технологии нужно, чтобы её поддержку внедрили в прошивку и драйвер монитора, драйвер видеокарты, операционной системы и в игры!

А также необходимо наличие DisplayPort версии не ниже 1.2a, так как технология стала частью именно Display Port. Как видите, чтобы технология взлетела, нужно было проделать много работы. И этой работой занималась компания AMD.

AMD FreeSync

В 2015 году AMD внедрили Adaptive Sync в драйвера своих видеокарт и назвали технологию FreeSync. Реализация от AMD быстро получила очень широкое распространение. Добавить поддержку FreeSync в монитор оказалось настолько дешево, что сейчас сложнее найти игровой монитор без этой фичи, чем с ней.

Но AMD не остановились на просто внедрении стандарта от VESA. Также они добавили поддержку HDMI, начиная с версии 1.4. А в 2017 выпустили FreeSync 2, в который добавилась поддержка HDR и компенсацию низкой частоты кадров, как в G-SYNC.

Кстати, чуть позже, FreeSync 2 переименовали в в более элитное FreeSync Premium Pro, а обычный FreeSync для мониторов с частотой 120 Гц и выше стали называть FreeSync Premium. Хотя такие маркетинговые финты я не одобряю, но в остальном сплошной респект AMD за популяризацию стандарта.

Кстати, NVIDIA также в 2017 году добавила поддержку HDR и назвала это всё G-Sync Ultimate.

И вроде бы всё классно, в команде у красных и у зеленых есть по своей шикарной технологии. Но что делать, если у тебя видеокарта от NVIDIA, ты хочешь нормальную поддержку G-Sync, но покупать дорогущий монитор с этой технологией совсем не хочется?  Или наоборот — не покупать же Radeon только потому что у тебя монитор с FreeSync?

До недавнего времени выбора не было никакого. Хочешь подешевле и побольше выбор мониторов — покупай Radeon. В другом случае, придется раскошелиться.

G-Sync Compatible

Но в 2019 году NVIDIA пошли навстречу покупателям и добавили поддержку стандарта VESA Adaptive Sync в драйвера для своих видеокарт серии RTX, а также для карточки GTX 1080. А значит теперь можно легко насладиться лучшим из двух миров: взять себе карточку от NVIDIA и монитор с FreeSync по вкусу. Вот только есть проблема. Если на FreeSync мониторе не написано G-Sync Compatible — значит он не был протестирован NVIDIA на совместимость и никаких гарантий, что всё будет работать нормально, вам никто не даёт. А NVIDIA тестирует далеко не все, и далеко не самые доступные модели.

Поэтому инициативу по тестированию в свои руки взяло интернет-сообщество. Они составили табличку с огромным списком протестированных пользователями мониторов.

VRR

С мониторами, кажется, разобрались. Но как быть, если хочется поиграть на большом экране телевизора через консоль или ПК. Будет ли работать адаптивная синхронизация?  Спешу вас порадовать — будет! При условии что ваш ТВ оснащен портом HDMI версии 2.1, в который добавили технологию переменной частоты обновления VRR — Variable Refresh Rate.

Причём всё будет работать и с видеокартами от NVIDIA и с Radeon. Всё потому, что VRR — это та же самая технология VESA Adaptive Sync, но теперь она стала ещё и частью стандарта HDMI 2.1. Именно таким образом адаптивная синхронизация реализована в консолях нового поколения. А также, вы удивитесь, в Xbox One S и One X. Да, в коробки текущего поколения от Microsoft VRR завезли даже раньше, чем HDMI 2.1.

Итоги

Что, в итоге спустя 6 лет после своего появления, технология Adaptive Sync стала фактически отраслевым стандартом. Захватив видеокарты от AMD и NVIDIA, телевизоры и даже интегрированная графика от Intel в 11-м поколении процессоров теперь поддерживает эту технологию. А это значит, что в светлом будущем мы будем жить без единого разрыва, по крайней мере, вертикального!

© Habrahabr.ru