NVidia G-Sync

G-Sync — это собственная адаптивная технология синхронизации, разработанная компанией NVIDIA, направленная прежде всего на устранение разрывов экрана и нужды в программных сдерживающих факторах, таких как V-Sync.^[1] G-Sync устраняет разрывы экрана, заставляя видеодисплей адаптироваться к частоте кадров устройства вывода (графическая карта/встроенная графика).^[2] Чтобы устройство использовало технологию G-Sync, оно должно содержать собственный модуль G-Sync, продаваемый Nvidia. Компания AMD выпустила аналогичную технологию для дисплеев под названием FreeSync, которая имеет ту же функцию, что и G-Sync, но распространяется бесплатно.

Цифровые видеоинтерфейсы наподобие DVI похожи на развёртку кинескопа — они передают огромные объёмы данных (гигабиты в секунду) в том темпе, который может потребить монитор. Если во время этой передачи сменится содержимое видеопамяти или переключится видеобуфер, на экране будет половина одного кадра и половина другого — так называемый разрыв^[3]. Любой современный игровой движок всегда загружен на 100 % и выдаёт картинку за случайное время — быстрее на простых кадрах и медленнее на сложных. Чтобы не было разрывов, можно привязать смену кадров к развёртке монитора (так называемая вертикальная синхронизация), но когда на 60-герцовом мониторе игра выдаёт 50 FPS, ожидание следующего кадра развёртки снизит частоту до 30FPS^[4].

На ЖК-мониторах хотелось бы приостанавливать виртуальную «развёртку», если движок запаздывает, для этого и придумали технологию G-Sync. Но есть препятствия:

1. Интерфейсы управления монитором во многом унаследованы от кинескопов, и чтобы приостанавливать «развёртку», нужно эти интерфейсы расширять.
2. Если долго не обновлять состояние ЖК-ячейки, она вернётся в исходное состояние (обычно белое или серое), потому иногда приходится делать вынужденное обновление. Если в этот момент придёт новый кадр, случится столкновение или коллизия кадров^[5], и простейшее (замеченное на раннем FreeSync-мониторе) решение — переждать обновление и вывести кадр с запозданием, что означает замедление и без того медленной игры^[5]. При минимальной частоте обновления 40 Гц и рабочей 144 игра, попавшая в этот режим, начинает выдавать эквивалент 31 fps = 1/(1⁄40 + 1⁄144).
3. Практически все современные мониторы для компенсации инерционности производят так называемый овердрайв — подают на ЖК-ячейку более сильный импульс, чем надо, чтобы она быстрее переключилась. С переменной кадровой частотой требуется предсказывать силу этого импульса.

nVidia решила эти препятствия так: 1) Новый интерфейс совершенно проприетарный, и работает только между видеоплатой nVidia и монитором с модулем nVidia. 2) G-Sync делает предсказание, когда придёт следующий кадр, и если он будет не скоро — вызывает обновление заранее^[5]. 3) Модуль G-Sync можно на заводе перепрограммировать в широких пределах, чтобы приспособить коэффициенты овердрайва к конкретной ЖК-панели^[6].

На кадровых частотах, превышающих штатную частоту обновления монитора, G-Sync бесполезен^[7].

ЖК-монитор состоит из таких основных компонентов:

• основная микросхема, иногда именуемая скейлером^[8], хотя она занимается декодированием протокола, обработкой изображения и подготовкой команд для ЖК-панели, а не только приведением изображения в штатный размер (апскейлингом);
• 32-битный микроконтроллер с ПЗУ, отвечающий за дополнительную функциональность и «вклинивающий» в видеопоток экранное меню. Именно поэтому у большинства мониторов меню некрасивое — им занимается обычный микроконтроллер;
• блок подсветки, блок питания…

NVidia выпустила съёмную плату, устанавливаемую вместо основной микросхемы. Модуль основан на FPGA семейства Altera Arria V GX, произведённом в процессе TSMC 28LP, в сочетании с тремя чипами DRAM DDR3L для достижения определённой пропускной способности для совокупной ёмкости 768 МБ. Используемая FPGA также имеет интерфейс LVDS для управления панелью монитора.

Графический процессор: для функций G-Sync требуется графический процессор:

• Nvidia GeForce GTX 650 Ti Boost или выше.(для G-Sync,G-Sync Ultimate).
• Серия GeForce 10 (Pascal) и выше.(для G-Sync Compatible)

Драйвер:

• R340.52 или выше.
• R417.71 или выше.(для G-Sync Compatible)

Операционная система:

• Windows 7, 8, 8.1,10 и 11.
• Linux, FreeBSD, Solaris.^[9]

Системные требования:

• необходима поддержка DisplayPort 1.2 непосредственно с графического процессора.^[10](Displayport 1.2a для G-Sync Compatible)

Монитор:

• Монитор G-Sync подключается напрямую через DisplayPort v1.2 или выше (1.2a для G-Sync Compatible)

Настоящий G-Sync работает только на видеоплатах nVidia и мониторах, содержащих модуль nVidia, стоит дорого, но взамен nVidia требует определённую планку качества изображения — например, хорошо замеренное поведение ЖК-ячеек, чтобы минимизировать ошибки овердрайва. В противовес, AMD FreeSync бесплатен, а проверки у AMD опциональны.

Интерфейс DisplayPort версии 1.2a изначально содержит технологию адаптивной кадровой частоты, близкую к FreeSync. С распространением DisplayPort компании nVidia пришлось добавить в свои платы технологию конкурентов — а значит, и два новых уровня G-Sync.

G-Sync Ultimate

Этот знак означает, что монитор не просто поддерживает адаптивную кадровую частоту G-Sync, но и выдаёт сверхкачественное изображение. Так, модели с данной маркировкой обязательно поддерживают HDR (причем самую продвинутую разновидность — HDR1000), а также имеют обширный цветовой охват, нередко измеряемый по DCI P3.

G-Sync Compatible

Монитор поддерживает FreeSync и корректно работает с видеоплатами nVidia. С точки зрения пользователя разница между «G-Sync» и «G-Sync Compatible» заключается в основном в том, что вторые стоят заметно дешевле, однако они не проходили серии дополнительных тестов на качество изображения, и общее качество картинки может быть несколько ниже, чем у полноценных G-Sync моделей. Кроме того, корректная работа экранов из этой категории с G-Sync гарантируется лишь на видеокартах на основе GPU GeForce GTX 10-й серии и GeForce RTX 20-й серии — именно на таких адаптерах проводилось базовое тестирование. Кроме того, есть пользовательская таблица^[13] совместимости мониторов, даже не отмеченных как «G-Sync compatible».

G-Sync Compatible TV

Аналогично для телевизоров. Подключение компьютеров — не главная задача для телевизора и потому там не бывает дорогого G-Sync, но некоторые производители всё-таки налаживают FreeSync.

NVIDIA объявила, что G-Sync будет доступна для производителей ноутбуков, и в этом случае для него не потребуется специальный модуль, поскольку графический процессор напрямую подключается к дисплею. Роль управляющей микросхемы, занимающейся масштабированием и овердрайвом, берёт на себя видеоплата. По словам NVIDIA, тонкая настройка по-прежнему будет возможна, учитывая, что все ноутбуки той же модели будут иметь одну и ту же ЖК-панель, переменная овердрайва будет рассчитываться с помощью шейдера, работающего на графическом процессоре, где также будет реализована форма предотвращения столкновений кадров.^[6]

• Кадровая частота
• AMD FreeSync

• Видео: как работает G-SYNC Архивная копия от 21 января 2019 на Wayback Machine
• Обзор Nvidia G-Sync Архивная копия от 21 января 2019 на Wayback Machine