Скажи «нет» артефактам: как работают технологии G-Sync и FreeSync

Тот, кто использует свой ПК для игр, знаком с чувством разочарования многих геймеров, когда видеокарта и монитор действуют каждый в собственном ритме. Несмотря на достаточную производительность компьютера, динамичные сцены «тормозят» на мониторе и отдельные изображения искажаются до неузнаваемости. Причиной этого является отсутствие синхронизации видеокарты и монитора. Монитор настроен на фиксированную частоту обновления — 60 Гц. Он «ожидает», что видеокарта 60 раз в секунду (т. е. каждые 16,7 миллисекунд) будет отправлять ему полностью обсчитанное отдельное изображение, которое он «отрисует» построчно сверху вниз. Такой принцип неплохо работает на настольном ПК, с играми это получается хуже.

Разрывы изображения и зависания

Причина всех проблем состоит в том, что графические процессоры «отрисовывают» картинку не с фиксированными скоростями. Частота кадров в игре похожа на поездку на «американских горках», в зависимости от того, какое количество деталей необходимо «обсчитать» в одном изображении. Характерно, что мощные видеокарты в диапазоне Full-HD достигают максимальной частоты кадров свыше 100 fps (кадров в секунду), однако в отдельных сценах, требующих большого объема вычислений, частота падает значительно ниже необходимых 60 кадров в секунду. Если заглянуть в «список сильнейших» по версии Chip, видно, что даже видеокарты топ-класса в сравнительном тесте 4К достигают максимального значения всего 50 fps. Независимо от разрешения (HD или даже 4К) проблема одна и та же: вывод изображения видеокартой и его воспроизведение на мониторе рассинхронизированы.

Только через DisplayPort пока работают G-Sync и FreeSync, поддержка HDMI планируется в будущем

Если видеокарта создает более 60 кадров в секунду, монитор во время формирования одного изображения уже переключается на следующее. Следствием являются неприглядные эффекты «разрыва изображения». Если изображение построено наполовину и в этот момент происходит обновление отображения следующего изображения, то в верхней части монитора еще видно предыдущую картинку, а под ней уже создается новая; и изображение буквально «разрывается». Совершенно другая проблема возникает в том случае, если видеокарта не может достаточно быстро рассчитывать необходимые изображения. В этом случае одинаковые изображения должны быть переданы несколько раз, что приводит к «торможению» эпизодов игры.

Синхронизация монитора и видеокарты

Технологии FreeSync (AMD) и G-Sync (nVidia) призваны покончить с названными проблемами. Они просто изменяют тактику и «приспосабливают» монитор к частоте кадров видеокарты. При этом происходит динамическая синхронизация с выходным сигналом графического процессора. Что для этого требуется? Помимо соответствующей видеокарты – сертифицированный монитор и драйвер. Ассоциация стандартизации видеоэлектроники (VESA, Video Electronics Standards Association) называет Adaptive Sync технологией, при которой видеокарта обрабатывает каждое изображение столько времени, сколько необходимо, и немедленно отправляет результат на монитор, который «ожидает» его. Если видеокарта создает (как в нашем примере с разрешением 4К) только 50 изображений в секунду, монитор также выдает только 50 кадров в секунду. Если видеокарта создает 135 кадров, то и монитор работает с частотой 135 fps. FreeSync представляет собой официальную реализацию стандарта Adaptive Sync.

Компания nVidia с технологией G-Sync подхватила только основную идею, однако разработала собственное решение. Поэтому обе технологии во многом схожи, однако существуют и различия. G-Sync охватывает диапазон частот от 30 до 144 Гц. Технология FreeSync в теории осуществляет синхронизацию в диапазоне 9-240 Гц, однако FreeSync-мониторы пока поддерживают только диапазон 40-144 Гц.
В G-Sync-мониторы встроен собственный аппаратный модуль (преобразователь) с процессором обработки изображений и памятью, с помощью которого осуществляется управление т. н. «вертикальным интервалом гашения». Этот термин относится к промежутку между двумя кадрами, а именно – времени от вывода последней строчки кадра «n» до вывода первой строки кадра «n+1».

В случае если расчет следующего кадра еще не завершен, модуль G-Sync может просто отображать существующий кадр. Если кадр уже рассчитан видеокартой, она посредством модуля G-Sync проверяет, занят ли монитор формированием изображения или находится в интервале гашения. Видеокарта передает новый кадр только в том случае, если изображение не формируется в данный момент. FreeSync-мониторы работают по-другому: им не требуется дополнительный аппаратный модуль, однако они оснащены контроллером сигнализации в разъеме DisplayPort, которым, однако, оборудованы не все мониторы. Контроллер управляет длительностью вертикального интервала гашения.

В одно и то же время: быстро и медленно

Технологии FreeSync и G-Sync предъявляют высокие требования к мониторам. С одной стороны востребованными являются малые периоды срабатывания для эксплуатации с частотой 144 Гц, с другой стороны, мониторы также должны работать, даже если видеокарта формирует кадры с малой частотой. В режиме 30 Гц одно изображение поступает примерно каждые 33 мс. В этом случае жидкие кристаллы очень быстро возвращаются в свое исходное состояние, и изображение теряет яркость. Для предотвращения этого мониторы используют особую функцию увеличения производительности (Overdrive), которая в «скоростном» режиме обеспечивает скачок напряжения при отклике. При отсутствии функции Overdrive время отклика монитора, напротив, весьма значительное.

Если же вы ищете лучший игровой монитор, мы советуем почитать эту статью, а здесь можно узнать об отличиях матриц друг от друга.

ФОТО: AOC; Asus; MSI; Acer   СКРИНШОТЫ: Electronic Arts aus «Star Wars: Battlefront» (эффект «разрыва» — симуляция)