Rozdzieranie i szarpanie
Przyczyna problemu: procesor graficzny renderuje ze zmienną szybkością. Liczba klatek na sekundę w grze zmienia się jak jazda kolejką górską, zależnie od tego, ile detali w obrazie musi zostać przetworzonych. Zazwyczaj wydajna karta graficzna w rozdzielczości Full HD osiąga maksymalną częstotliwość 100 fps (klatek na sekundę), podczas gdy w pojedynczych, wymagających obliczeniowo scenach jest w stanie przetworzyć o wiele mniej niż wymagane 60 klatek na sekundę. Jeśli spojrzymy na ranking CHIP-a, zauważymy, że nawet najwydajniejsze karty graficzne w testach w 4K osiągają maksymalnie 50 fps. Niezależnie, czy w rozdzielczości HD czy nawet w 4K, podstawowy problem jest ten sam: wygenerowanie obrazu przez kartę graficzną i jego przedstawienie na monitorze nie są zgrane w czasie. Jeśli karta graficzna przetworzy więcej niż 60 fps, monitor przeskoczy do następnego obrazu, jeszcze podczas składania poprzedniego. Rezultatem jest nieprzyjemny efekt “rozdzierania”. Jeśli obraz jest już w połowie złożony, a wejście sygnału zostanie w tej chwili zaktualizowane do następnego obrazu, wówczas w górnej części ekranu zobaczymy stary obraz, podczas gdy na dole tworzony widzimy już nowy – prezentacja na ekranie jest niespójna. Zupełnie inny problem występuje w odwrotnym przypadku, kiedy karta graficzna nie jest w stanie przetwarzać obrazów dostatecznie szybko. Wówczas te same obrazy muszą zostać wysłane kilkukrotnie, co skutkuje poszarpanymi scenami.
| Cecha | G-Sync | FreeSync |
|---|---|---|
| Dynamiczna regulacja liczby klatek poprzez: | Dynamiczna regulacja liczby klatek poprzez | kontroler taktowania w złączu DisplayPort |
| Standard | Własny | VESA Adaptive-Sync |
| Wymagania sprzętowe | wybrane karty Nvidia od GeForce GTX 650 Ti BOOST | wybrane karty Radeon od R7 260 |
| Wymagana obsługa sterownika | tak | tak |
| Wsparcie dla notebooków | tak | tak |
| Interfejsy | DisplayPort 1.2, możliwe inne interfejsy | DisplayPort 1.2a lub Embedded DisplayPort 1.0, prototypowo w HDMI |
| Rozdzielczość | do 4K | do 4K |
| Zakres częstotliwości | 30–144 Hz | 9–240 Hz |
| Obsługa systemów operacyjnych | od Windows 7 | od Windows 7 |
Monitor dopasowuje się do karty
Techniki FreeSync (AMD) i G-Sync (Nvidia) mają za zadanie położyć kres opisanym problemom. Odwracają one sytuację i zapewniają, że monitor dopasowuje się do częstotliwości karty graficznej. W tym przypadku ekran jest dynamicznie synchronizowany z sygnałem wyjściowym procesora graficznego. Co jest do tego potrzebne? Oprócz odpowiedniej karty graficznej certyfikowany monitor i sterowniki.
Techniki G-Sync i FreeSync działają obecnie tylko z DisplayPortem. Obsługa HDMI jest jeszcze w fazie rozwoju.
Technikę, w której karta graficzna renderuje każdy obraz przez dowolny potrzebny czas, a wynik wysyła natychmiast do monitora, który na niego czeka, standard VESA (Video Electronics Standards Association) nazywa Adaptive-Sync. Jeśli karta, tak jak w przykładzie z 4K, przetworzy tylko 50 klatek, monitor również wyświetli jedynie 50 klatek na sekundę. Jeśli natomiast karta stworzy 135 fps, wówczas 135 klatek zostanie wyświetlonych. FreeSync jest oficjalną implementacją standardu Adaptive-Sync. Nvidia skorzystała w przypadku G-Sync tylko z podstawowego pomysłu i opracowała własne rozwiązanie. Dlatego te techniki są w wielu aspektach podobne, ale istnieją między nimi różnice. G-Sync pokrywa zakres częstotliwości między 30 a 144 Hz. FreeSync zaadaptował teoretycznie przedział od 9 do 240 Hz, jednak monitory z FreeSync wykorzystują dotychczas tylko obszar między 40 a 144 Hz.
W monitorach z G-Sync znajduje się dodatkowy moduł sprzętowy (skaler) z procesorem obrazu i pamięcią, przez który sterowany jest tak zwany vertical blanking intervall. Określa on odstęp czasu pomiędzy dwiema ramkami, czyli pomiędzy wysłaniem ostatniej linii ramki n i pierwszej linii ramki n+1. Moduł G-Sync, w przypadku gdy przetwarzanie następnej ramki nie zostało jeszcze ukończone, może po prostu nadal wyświetlać obecną ramkę. Jeśli tworzenie ramki zostanie zakończone przez kartę graficzną, upewnia się ona poprzez moduł G-Sync, czy monitor jest w trakcie składania obrazu, czy też znajduje się w “blanking intervall”. Tylko jeśli nie jest składany żaden obraz, karta wysyła do monitora nowy. Inaczej jest w przypadku FreeSync: nie potrzebuje on dodatkowego modułu sprzętowego, ponieważ kontroler taktowania znajduje się w złączu DisplayPort – co jednak nie jest regułą dla wszystkich monitorów. Kontroler określa, jak długo powinien trwać “vertical blanking intervall”.
Jednocześnie szybko i wolno
FreeSync i G-Sync stawiają przed monitorami wysokie wymagania. Z jednej strony do działania z częstotliwością 144 Hz wymagane są krótkie czasy przełączania, z drugiej – monitor musi sobie też radzić w sytuacji, gdy krata graficzna oferuje niskie częstotliwości odświeżania. Przy wartości 30 Hz nowy obraz pojawia się co około 33 ms. W takim przypadku ciekłe kryształy zbyt szybko wracają do swojej pozycji początkowej, co skutkuje zmniejszeniem jasności obrazu. Aby temu zapobiec, monitory wykorzystują specjalną funkcję overdrive, która podczas szybkiego działania procesu przełączania zapewnia skok napięcia. Jeśli brak funkcji overdrive, monitory przełączają się bardzo wolno.