NVIDIA LDAT - Nowa metoda mierzenia wydajności kart graficznych

Karty graficzne GeForce RTX 3000 bazujące na architekturze Ampere zbliżają się wielkimi krokami, jednak NVIDIA oprócz przygotowywania układów nowej generacji, zajmowała się ostatnio również kilkoma ciekawostkami. Jedną o nazwie LDAT otrzymałem niedawno do sprawdzenia. Dokładniej rzecz ujmując jest to niewielkie urządzenie nakładane na matrycę monitora i bezpośrednio połączone z myszką, stworzone do mierzenia opóźnienia jakie zachodzi między kliknięciem lewego przycisku (tzn. strzałem z broni), a reakcją pojawiającą na ekranie. Jak wynalazek NVIDII działa w rzeczywistości i dlaczego firma postanowiła stworzyć coś takiego? Szczegółów dowiecie się przeglądając niniejsze opracowanie.

NVIDIA LDAT to nowa metoda mierzenia wydajności kart graficznych pod kątem opóźnień, a przynajmniej nowa pod względem samej formy.

Powszechnie uznawanym standardem w określaniu wydajności sprzętu pozostają klatki na sekundę, gdzie więcej oznacza lepiej, aczkolwiek FPS-y nie stanowią jedynego parametru opisującego płynność obrazu. Istnieją jeszcze między innymi opóźnienia w generowaniu ramek, mające niebagatelny wpływ na finalne rezultaty czy odczucia. Wszelkie niuanse są najbardziej istotne w produkcjach e-sportowych i ogólnie grach kompetytywnych. Niestety, takie pomiary miały dotychczas jedną zasadnicza wadę - potrzebny był specjalistyczny oraz naprawdę drogi hardware potrafiący zapisywać dane wejściowe i wyjściowe (tzn. kamera poklatkowa), które następnie poddawane były drobiazgowej analizie oprogramowaniem zewnętrznym. Metoda to kosztowna i dodatkowo okropnie żmudna, dlatego praktycznie nikt podobnych testów nie przeprowadzał. I tutaj wchodzi NVIDIA - cała na zielono i trzymająca w dłoniach... LDAT.

LDAT (Latency Display Analysis Tool) umożliwia wykonywanie testów opóźnień w sposób szybki, przyjemny i transparentny. Całość składa się z niewielkiej przystawki montowanej na monitorze za pomocą elastycznej gumki, natomiast moduł jest czujnikiem luminancji (Motion-to-Photon) pozwalającym sprawdzić czas wykonywania danej czynności na ekranie wyświetlacza. Do modułu podpięta jest bezpośrednio myszka Logitech G203 pełniąca funkcję... no myszki, niemniej lewy przycisk gryzonia pozwala nie tylko wywołać określoną czynność (np.: strzał), ale przede wszystkim rejestrować zdarzenia widoczne na monitorze w czasie rzeczywistym (zsynchronizowane z LPM). Jest to rozwiązanie sprzętowe działające niezależnie od układów graficznych, więc może zostać wykorzystane w testach monitorów, procesorów itp.

FCAT vs FRAPS. Porównanie metod testowania kart graficznych

Zanim przejdziemy dalej wypadałoby nadmienić, że istnieje wiele rodzajów opóźnień związanych z różnymi elementami komputera. Kiedy naciśniemy lewy przycisk myszki, konkretne dane zostaną wysyłane do komputera i widzimy efekt w postaci np.: wystrzału z broni trzymanej przez bohatera. Jednak zanim do tego dojdzie, dane są przetwarzane przez szereg komponentów oraz podsystemów m.in. procesor czy system operacyjny. Dopiero w dalszej kolejności do pracy zabiera się układ graficzny. Przynajmniej z technicznego punktu widzenia, ponieważ sygnał jest inicjowany z poziomu monitora, zanim zostanie ostatecznie przetworzony i wyświetlony. W dokumentacji ten proces nazywany jest czasem reakcji pikseli, który to właśnie potrafi zmierzyć LDAT. Innymi słowy, otrzymujemy wynik opóźnienia jaki faktycznie następuje na ekranie, więc najbliższy rzeczywistemu stanowi rzeczy. Jak wygląda taka ścieżka możecie zobaczyć na poniższym diagramie: 

Wiem, wiem... zagadnienie nie należy do najlżejszych, jednak upraszczając - diagram pokazuje rolę poszczególnych komponentów, które przyczyniają się do powstawania opóźnień. Jedne są ważniejsze od innych, ale każdy dokłada cegiełkę, bo wszystko jest systemem naczyń połączonych. Kolejka renderująca i procesor graficzny tworzą jeden z tych obszarów, który jest nazywany opóźnieniem renderingu. Zmniejszając rozdzielczość wyświetlania i/lub ustawienia grafiki, można zmniejszyć opóźnienie, ale najlepszą metodą na zmniejszenie opóźnień w renderowaniu jest wykorzystanie szybszej karty graficznej. Oczywiście, powyższa jakże błyskotliwa rada dotyczy również procesora, bo przecież do pecetowego tanga trzeba dwojga. W każdym razie kwestie teoretyczne można by rozpisywać jeszcze na kilkadziesiąt akapitów, ale większość z czytających jest pewnie zainteresowana jedynym - jak działa to ustrojstwo? 

Po pierwsze, trzeba umieścić czujnik w miejscu gdzie chcemy dokonać pomiaru, a gdzie występować będzie zmienna luminancji po naciśnięciu lewego przycisku myszki tzn. najlepiej nad bronią. Właśnie dlatego LDAT został domyślnie połączony z gryzoniem, a czujnik posiada też diodę sygnalizującą status działania. Żeby cokolwiek sprawdzić trzeba uruchomić program dedykowany LDAT, którego podgląd widzicie na powyższym screenie. Właśnie ten software oblicza statystyki pomiarów latencji m.in. średnią, odchylenie standardowe, minimalne, maksymalne i podaje rozmiar próbki. Pokazuje też rozkład latencji i krzywą Gaussa w czasie rzeczywistym, zawiera tryb aktywnego pomiaru luminancji, pomiar jasności wyświetlacza w nitach oraz sprawdza opóźnienia synchronizacji A/V. NVIDIA podaje, że większość deweloperów zajmujących się grami e-sportowymi używa LDAT do optymalizowania swoich produkcji. Dane można zapisywać w oddzielnych plikach .csv i zachować do dalszej analizy.

Ewolucja kart graficznych w latach 2009-2015. Test przekrojowy

Przejdźmy teraz do testów. LDAT wprawdzie nie wymaga bezwzględnie dwóch monitorów i stanowisk, jednak w praktyce stacja monitorująca i platforma poddawana testowi powinny być rozdzielone. Znacznie ułatwia to kontrolę nad wynikami oraz pooprawia ergonomię pracy. Sama aplikacja LDAT pozwala zrobić pomiary rozruchowe, a ponieważ posiada wbudowaną opcję auto-fire, można wyeliminować tutaj czynnik ludzki. Software wykonuje wtedy serię strzałów mierząc opóźnienia, wylicza średnią, podaje maksymalne i minimalne wartości. Tutaj pojawi się pierwsza kwestia - rozrzut wyników nawet w takim syntetycznym programie jest zaskakująco duży i wynosi 21,9 vs 44,0 ms. Oczywiście, najważniejsze będą pomiary z tak zwanego „palca” wykonane podczas rzeczywistej rozgrywki, które przeprowadziłem w Wolfenstein: Youngblood, Wiedźmin 3: Dziki Gon, Deus Ex: Mankind Divided i Fallout 4 doprawionym modami - wszystkie w rozdzielczości 3840x2160 przy maksymalnych detalach obrazu.

Test Wolfenstein: Youngblood

Test Fallout 4

Ponieważ LDAT jest narzędziem do sprawdzania luminancji, zmianie ulega także specyfika testów w grach. W przypadku Wolfenstein: Youngblood i Fallout 4 wybrałem broń generującą solidny rozbłysk (shotgun), stanąłem w miejscu i oddałem serię strzałów. Wyniki były powtarzalne i generalnie wychodziły bez problemu, akcja równała się reakcji w postaci odczytów. Jednak w Wiedźmin 3: Dziki Gon czegokolwiek bym nie zrobił, otrzymywałem wyniki kompletnie bezsensowne (~450 ms), ale program przeważnie wypluwał komunikat „Not enought luminance...” chociaż sprawdzałem scenariusze dzienne i nocne z użyciem znaku Igni i pochodni. Efekty były identyczne (czujnik ustawiłem na odpowiednim miejscu, gdzie zmiany luminancji ponad wszelką wątpliwość zachodziły). Nie zamykając bieżącej aplikacji LDAT uruchomiłem Deus Ex: Mankind Divided, aby sprawdzić czy wszystko jest w porządku. Wybrałem karabin automatyczny, oddałem kilka pojedynczych strzałów - działało. Jeden komunikat „Not enought luminance...” wynikał z tego, że zamiast pojedynczego strzału oddałem dłuższą serię, co świadczy o kapryśności LDAT. Komplet wyników ze wszystkich czterech gier znajdziecie wyżej i poniżej. 

NVIDIA DLSS 2.0 - Test wydajności i porównanie jakości obrazu

Test Witcher 3: Wild Hunt

Test Deus Ex: Mankind Divided

Wprawdzie na chwilę obecną wykonałem tylko pobieżne testy z jedną kartą graficzną (GeForce RTX 2080 Ti), więc jeszcze nie dysponuję wynikami porównawczymi, ale pozwala to wyciągnąć pewne wnioski. Wynika z powyższego, że LDAT sprawdzi się tylko w określonych gatunkach gier komputerowych, głównie strzelaninach, wymaga także odpowiednich warunków testowych oraz powtarzalności (jeśli zamierzamy dokonywać ręcznych pomiarów). Z oczywistych względów ogranicza to zastosowanie tego ciekawego rozwiązania, które do regularnych testów na naszym portalu nie trafi. Jestem natomiast skłonny wykorzystać to maleństwo w oddzielnych projektach, wykraczających poza standardowe procedury pomiarowe. LDAT może wygląda niepozornie i przypomina trochę wynalazek garażowego czarodzieja, ale faktycznie zastępuje sprzęt kosztujący srogie pieniądze i pozwoli nieco rozszerzyć badania płynności obrazu, nawet pomimo swojej specyfiki. Więcej o tym rozwiązaniu będziecie mogli przeczytać wkrótce na PurePC.