Co je G-Sync, FreeSync, V-Sync a HDMI VRR? — Analýza / Habr

Všichni PC hráči na planetě Zemi, a také konzoloví hráči, mají jeden společný problém – vertikální zlomy obrazu. A zdá se, že existuje řada technologií, které tento problém řeší:

• v synchronizace,
• G-Sync,
• FreeSync
• A k dispozici je také adaptivní synchronizace
• A HDMI 2.1 nedávno přidalo VRR.

Pojďme se dnes jednou provždy dostat k jádru věci, co jsou technologie adaptivní synchronizace obrazu.

Pro ty, co nevědí. V čem je problém?

Aby se obraz objevil na obrazovce, musí se stát alespoň dvě věci:

1. grafický procesor musí připravit snímek a přenést ho na monitor,
2. Váš monitor by měl zobrazit tento snímek.

Běžné monitory pracují na frekvenci 60 Hz, což znamená, že dokáží zobrazit 60 snímků za sekundu, zatímco herní monitory pracují na frekvenci 144 Hz a vyšší.

Grafický procesor ale žije v úplně jiném světě. Ve hrách se všechno neustále mění: listí se kymácí, potok zurčí, nepřátelé vyskakují zpoza rohu. Každý snímek je odlišné složitosti, takže jejich výpočet trvá různě dlouho.

Jinými slovy, monitor má konstantní snímkovou frekvenci, zatímco grafická karta má proměnnou.

Ukazuje se tedy, že v jednom obnovovacím cyklu monitoru dokáže grafická karta připravit více než jeden snímek nebo i méně.

Kvůli tomu trpí nejen plynulost obrazu, ale také se objevují artefakty ve formě vertikálních zlomů v obraze. Mimochodem, takové artefakty se mohou objevit i při sledování filmů, protože filmy jsou natáčeny s frekvencí 24 fps.

V-Sync

Problém samozřejmě potřeboval řešení a na úsvitu počítačových her se objevilo! Název tohoto řešení je vertikální synchronizace neboli V-Sync. Jistě jste se s touto možností setkali jak v nastavení grafické karty, tak i ve hrách.

Tato věc funguje poměrně hrubě. Ve skutečnosti jednoduše nutí grafickou kartu zobrazovat snímky s frekvencí násobkem obnovovací frekvence obrazovky. Například pokud máte monitor s 60 Hz, pak maximální počet snímků za sekundu bude také 60, i když vaše grafická karta zvládne více. A obecně je takové omezení často docela vhodné, pokud má grafická karta dostatek výkonu a nedochází k poklesům pod 60 fps, ale pokud k nim dojde, začínají problémy.

Pokud je povolena vertikální synchronizace, dalším násobkem je hodnota 30 fps. Proto i když se snímková frekvence snížila jen o několik snímků, stále dojde k poklesu na 30 fps. Takový rozdíl je nejen velký a vizuálně velmi znatelný, ale také se projeví s malým zpožděním. Pokud tedy nemůžete dosáhnout stabilních FPS 60 fps nebo 30, nemá smysl V-Sync vůbec zapínat.

Abychom byli spravedliví, čím vyšší je hertzová frekvence monitoru, tím více hodnot máme, při kterých může synchronizace fungovat. Proto V-Sync funguje mnohem lépe na herních monitorech.

Příběh s více hodnotami ale není hlavním problémem této technologie. Existuje ještě jedna nenápadná nevýhoda: vertikální synchronizace zvyšuje vstupní zpoždění, tj. vytváří vstupní zpoždění (Input Lag).

Hra reaguje na vaše akce pomaleji, všechno se děje se zpožděním a nějak se topí v mléce, takže míření je mnohem obtížnější. Proč se to děje?

To je zajímavé, podívejte! Každý snímek se vypočítává a zobrazuje na obrazovce stejným kanálem. Zjednodušme si to na tři fáze.

1. Každá akce, kterou provedete, jako například kliknutí myší, musí být interpretována a stav hry aktualizován. Za to je zodpovědný procesor (modrý pruh na obrázku níže). Procesor připravuje snímky pro GPU a umisťuje je do fronty pro vykreslování GPU.
2. GPU (zelený pruh) pak tyto připravené snímky vezme z fronty a vykreslí je.
3. Teprve poté se tyto rámečky zobrazí na displeji (šedý pruh na obrázku).

Tak v čem je problém, ptáte se? Jde o to, že CPU nezačne připravovat další snímek, dokud se na obrazovce nezobrazí ten předchozí. Omezením počtu zobrazených snímků kvůli synchronizaci s displejem tedy ve skutečnosti zvyšujeme zpoždění, s jakým se aktualizuje stav hry! A zatímco v některých jednoduchých hrách, jako je solitaire, jsou takové věci přijatelné, v kompetitivních hrách se vertikální synchronizace může stát vážnou překážkou.

G-Sync

Ale není třeba se bát, protože řešení se objevilo již v roce 2013. Tehdy NVIDIA představila svou adaptivní synchronizační technologii – G-Sync. Na rozdíl od staré technologie G-Sync umožňuje přizpůsobit nikoli grafickou kartu obnovovací frekvenci monitoru, ale naopak monitor mění frekvenci podle grafické karty!

Dokážete si to představit? I tohle bylo možné!

Výsledkem je úžasně plynulý obraz bez vertikálních přerušení a vstupního zpoždění! Prostě pohádka! G-Sync také pracuje v obrovském frekvenčním rozsahu. Zpočátku to bylo od 30 do 144 Hz a nyní je podpora až 360 Hz a možná i vyšší, zde vše závisí na monitoru.

A pokud snímková frekvence klesne pod 60 Hz, G-Sync dokáže vynechané snímky duplikovat.

Takže je to všechno pozitivní a problém byl vyřešen už v roce 2013? Tak proč o tom pořád mluvíme?

No, jak bych to jen řekl? Zaprvé, tato technologie je uzavřená, takže G-Sync funguje pouze s kartami NVIDIA, ale to je polovina problému.

Všechny magické funkce G-Sync byly možné díky speciálnímu čipu, který je třeba zabudovat do monitoru. Tyto čipy samozřejmě také vyrábí NVIDIA a nejsou levné. Monitory s podporou G-sync jsou proto v průměru o 250–300 dolarů dražší a takových modelů je velmi málo. To znamená, že se ukázalo, že je to skvělá a na rok 2013 revoluční technologie, ale ne univerzální a drahá.

Adaptivní synchronizace VESA

Proto jen o rok později, v roce 2014, představila Asociace pro standardy video elektroniky neboli VESA otevřenou technologii Adaptive Sync, která v principu umí vše, co G-Sync, ale bez drahých čipů a pracuje na frekvencích od 9 do 240 Hz! Není to špatné, že?

Ale pro implementaci této technologie musí být její podpora implementována ve firmwaru a ovladači monitoru, ovladači grafické karty, operačním systému a hrách!

A také je nutné mít DisplayPort verze 1.2a nebo vyšší, protože tato technologie se stala součástí Display Portu. Jak vidíte, pro její zavedení bylo nutné vynaložit spoustu úsilí. A tuto práci odvedla společnost AMD.

AMD FreeSync

V roce 2015 implementovala společnost AMD do ovladačů svých grafických karet technologii Adaptive Sync a nazvala ji FreeSync. Implementace od AMD se rychle velmi rozšířila. Přidání podpory FreeSync do monitoru se ukázalo jako tak levné, že je nyní těžší najít herní monitor bez této funkce než s ní.

AMD se ale nespokojilo pouze s implementací standardu VESA. Od verze 1.4 přidali také podporu HDMI. A v roce 2017 vydali FreeSync 2, který přidal podporu HDR a kompenzaci nízké snímkové frekvence, jako je G-SYNC.

Mimochodem, o něco později byl FreeSync 2 přejmenován na elitnější FreeSync Premium Pro a běžný FreeSync pro monitory s frekvencí 120 Hz a vyšší se začal nazývat FreeSync Premium. I když takové marketingové triky neschvaluji, jinak solidní respekt AMD za popularizaci standardu.

Mimochodem, NVIDIA v roce 2017 přidala také podporu HDR a vše nazvala G-Sync Ultimate.

A všechno se zdá být v pohodě, červený a zelený tým mají každý svou vlastní elegantní technologii. Ale co dělat, když máte grafickou kartu od NVIDIA, chcete normální podporu G-Sync, ale vůbec si nechcete kupovat drahý monitor s touto technologií? Nebo naopak – nekupujete si Radeon jen proto, že máte monitor s FreeSync?

Až donedávna nebyl na výběr. Pokud chcete levnější a větší výběr monitorů, kupte si Radeon. Jinak budete muset připlatit.

G-Sync kompatibilní

Ale v roce 2019 NVIDIA vyšla zákazníkům vstříc a do ovladačů pro své grafické karty řady RTX, stejně jako pro kartu GTX 1080, přidala podporu standardu VESA Adaptive Sync. To znamená, že si nyní můžete snadno užívat to nejlepší z obou světů: pořiďte si kartu od NVIDIA a monitor s FreeSync dle vašeho vkusu. Problém je jen v tom, že pokud monitor s FreeSync neuvádí „kompatibilní s G-Sync“, nebyl společností NVIDIA testován na kompatibilitu a nikdo vám nedává žádné záruky, že vše bude fungovat správně. A NVIDIA netestuje všechno, a to ani ty nejdostupnější modely.

Proto se online komunita chopila iniciativy a začala jej testovat. Sestavila tabulku s obrovským seznamem monitorů testovaných uživateli.

VRR

Zdá se, že s monitory máme vyřešeno. Ale co když si chcete zahrát na velké televizní obrazovce přes konzoli nebo PC? Bude fungovat adaptivní synchronizace? Spěchám vás potěšit – bude! Za předpokladu, že je váš televizor vybaven portem HDMI verze 2.1, který má přidánu technologii proměnné obnovovací frekvence VRR – Variable Refresh Rate.

Navíc vše bude fungovat s grafickými kartami NVIDIA i Radeon. Je to proto, že VRR je stejná technologie VESA Adaptive Sync, ale nyní se stala také součástí standardu HDMI 2.1. Takto je adaptivní synchronizace implementována v konzolích nové generace. A budete překvapeni, v Xbox One S a One X. Ano, VRR přinesl Microsoft do konzolí současné generace ještě dříve než HDMI 2.1.

Výsledky

Technologie Adaptive Sync se tedy po 6 letech svého vzniku stala de facto průmyslovým standardem. Poté, co ji zachytily grafické karty od společností AMD a NVIDIA, nyní tuto technologii podporují i televizory a dokonce i integrovaná grafika od Intelu v 11. generaci procesorů. A to znamená, že v zářivé budoucnosti budeme žít bez jediné mezery, alespoň vertikální!

• Firemní blog Droider.Ru
• Hry a herní konzole
• Počítačový hardware
• Monitory a TV
• Stolní počítače