AMD FreeSync 2: per avere pixel sempre più belli

AMD FreeSync 2: per avere pixel sempre più belli

AMD annuncia quella che sarà l'evoluzione della tecnologia FreeSync nel corso del 2017: la direzione è quella di offrire al videogiocatore schermi sempre più di qualità che siano capaci di meglio sfruttare le caratteristiche della tecnologia HDR ma offrendo, al contempo, una latenza di risposta che sia la più bassa possibile

di Paolo Corsini pubblicato il nel canale Schede Video
AMDFreesyncRadeon
 

Refresh rate adattivo: FreeSync e G-Sync

Sono trascorsi poco meno di 2 anni dal debutto commerciale della tecnologia FreeSync, nome che contraddistingue l'approccio di AMD alle tecniche di refresh rate variabile per gli schermi. Di cosa si tratta? Descritto in modo molto semplice, ci riferiamo alla possibilità di utilizzare per uno schermo collegato ad un PC non una frequenza di refresh fissa ma una variabile che sia abbinata al quantitativo di frames al second istantanei che la scheda video, e il sistema nel suo complesso, è in grado di generare. La risultante per i videogiocatori? Un'esperienza di gioco più avvincente, nella quale vengono omessi buona parte dei problemi di artefatti video che si possono presentare e che risultano essere più evidenti quando l'azione di gioco diventa più concitata e si chiede al proprio sistema di operare al massimo delle potenzialità.

amd_freesync_logo.jpg (92863 bytes)

FreeSync è un approccio di tipo open, non proprietario, basato su una versione modificata delle specifiche Displayort 1.2a sviluppate da VESA. Alla sua base troviamo le tecnologie di Adaptive Sync, che permettono di gestire una frequenza di refresh variabile da parte dello schermo oltre a fornire una via per aggiornare le informazioni dello schermo verso la scheda video.

Le tecniche di refresh rate adattivo o variabile hanno avuto una iniziale diffusione con la tecnologia G-Sync di NVIDIA, nome che identifica l'approccio proprietario sviluppato dall'azienda americana che richiede una scheda video della famiglia GeForce e uno schermo certificato G-Sync. A differenza di FreeSync l'approccio G-Sync è proprietario: un'azienda produttrice di schermi deve sottostare ad un processo di certificazione da parte di NVIDIA per ottenere compatibilità oltre a implementare all'interno del proprio schermo un particolare modulo hardware. G-Sync opera esclusivamente con schede video NVIDIA GeForce, mentre sulla carta FreeSync è compatibile con qualsiasi scheda video a prescindere dal produttore anche se per ovvie ragioni di strategia commerciale NVIDIA ha scelto di non implementarne il supporto con le proprie schede video.

nvidia_gsync_logo.jpg (73629 bytes)

Tanto G-Sync come FreeSync operano sfruttando i timings vBlank del monitor; questi sono segnali che indicano allo schermo quando iniziare a visualizzare il frame successivo rispetto a quello mostrato in un determinato istante. Questo valore è tipicamente fisso, pari alla frequenza di refresh, ma variandolo è possibile sincronizzarlo esattamente con l'istante nel quale la scheda video abbia completato il processamento e la generazione del frame successivo. La possibilità di variare il vBlank non è ovviamente infinita ma varia a seconda delle caratteristiche dello schermo: i vari modelli con frequenza di refresh rate variabile avranno un valore di frequenza di refresh minimo e uno massimo all'interno dei quali sincronizzarsi con i frames al secondo generati dalla scheda video.

Utilizzando FreeSync o G-Sync, a seconda del proprio sistema, sarà possibile quindi ottenere un allineamento perfetto tra quando la scheda video ha generato un frame e quando lo schermo visualizzerà quello specifico frame, evitando l'insorgere di fenomeni che portino ad una riproduzione non più graficamente corretta o fluida della scena 3D penalizzando l'esperienza di gioco finale. Disallineando la frequenza di refresh rispetto al momento in cui il frame viene generato dalla scheda video si possono infatti generare i seguenti artefatti video:

  • stuttering: il frame viene generato dalla scheda video in un tempo più lungo rispetto alla frequenza di refresh del pannello. Questo porta ad avere lo stesso frame visualizzato per più di 1 refresh dello schermo, con una sensazione di impuntamento della scena di gioco e un aumento della latenza. Una via per limitare questo tipo di fenomeno è quello di disabilitare il V-Sync, cioè la sincronizzazione tra il numero di frames generati dalla scheda video e la frequenza di refresh dello schermo, così che la scheda video possa sempre generare il massimo quantitativo di frames le è possibile a prescindere dalla frequenza di refersh dello schermo. In questo modo però è possibile incorrere in altro fenomeno che rende l'esperienza di gioco non più fluida e piacevole, il tearing:
  • tearing: la scheda video, con V-Sync disabilitato, invia allo schermo le informazioni del frame successivo ogni volta che questo viene generato al suo interno. Il nuovo frame viene quindi gestito dallo schermo anche nel momento in cui è impegnato a disegnare un frame, con la conseguenza che quello visualizzato a schermo sarà frutto dell'unione di due (o più) frames inviati alla scheda video. In questo modo è possibile che le informazioni legate alla geometria della scena siano differenti in due porzioni dello schermo: questo si può sperimentare facilmente in un gioco quando la scena subisce spostamenti verso sinistra o verso destra, e a metà schermo circa si visualizza una sorta di linea di demarcazione tra la metà inferiore dello schermo e quella superiore che risultano non perfettamente allineate.

tearing.jpg (45281 bytes)
esempio di tearing: la schermta è generata da 3 frames, che non risultando essere geometricamente allineati portano a dividere il frame in 2 parti con linee orizzontali ben definite

Ogni schermo FreeSync o G-Sync è caratterizzato da una frequenza di refresh minima e da una massima: ad esempio i valori di 40-144 Hz indicati per uno schermo indicano che questo sia capace di gestire una frequenza di refresh minima di 40 Hz e massima di 144 MHz, con tutti i valori intermedi compresi a passi di 1 Hz. Se la scheda video genera un valore di frames al secondo istantaneo compreso tra uno di questi due estremi si otterrà un pieno allineamento tra frame generato dalla scheda video e frame generato dallo schermo. Ma cosa accade se il valore di frames al secondo è superiore al limite massimo, o se invece i frames generati dalla scheda video risultassero inferiori al dato minimo?

Se i frames sono superiori a quelli della frequenza di refresh massima lo schermo potrà operare in modalità V-Sync on, ovviamente al valore massimo accessibile dal pannello, oppure lasciare che la scheda invii tutti i frames di cui è capace. La risultante sarà la generazione con V-Sync attivato di fenomeni di tearing, che però sono di fatto un artefatto che può essere solo in parte limitato e mai del tutto rimosso, mentre con V-Sync disattivato verranno generati fenomeni di stuttering il cui effetto agli occhi del videogiocatore saranno però meno percepibili rispetto a quelli generati con un quantitativo di frames al secondo più ridotto. Un videogiocatore potrà in questi casi preferire di disabilitare il V-Sync in quanto questo permette di ottenere una riduzione della latenza pur a fronte di un aumento di fenomeni di tearing.

Lo scenario più interessante, oltre che quello che tipicamente si presenta al videogiocatore, è la situazione nella quale la scheda video genera un quantitativo di frames inferiore alla frequenza di refresh minima del pannello: il comportamento varia tra le due implementazioni di NVIDIA e AMD. NVIDIA opera con la tecnologia G-Sync sfruttando la peculiarità di integrare del proprio hardware proprietario all'interno dei display compatibili. Il modulo salva in una memoria buffer l'ultima immagine visualizzata dallo schermo e la rende disponibile nel momento in cui la scheda fornisca un numero di frames che è inferiore alla frequenza di refresh minima dello schermo. Se ad esempio il pannello ha come limite inferiore un dato di 30 Hz e la scheda video è in grado di visualizzarne in un dato frangente solo 25, la tecnologia G-Sync farà in modo che la frequenza di refresh del pannello sia portata a 50 Hz mostrando lo stesso frame per due refresh consecutivi. Se il livello di fps generati dalla scheda scende ulteriormente si passerà ad una visualizzazione dello stesso frames per 3 volte di seguito e via discorrendo, così che lo schermo operi con una frequenza di refresh che sia sempre superiore ai 30 Hz di minimo delle specifiche. Agli occhi del videogiocatore questo permetterà di ottenere una riproduzione relativamente fluida pur con un valore di frames al secondo genrato dalla scheda video che è contenuto, con una percezione di comportamento a scatti meno fastidioso rispetto ad una riproduzione senza questa tecnologia implementata.

lfc_slide.jpg (95779 bytes)

AMD ha invece utilizza una tecnica di Low Framerate Compensation, implementata nei propri driver Catalyst a partire da circa 1 anno a questa parte: tale tecnica opera inserendo dei frame addizionali nel flusso inviato allo schermo dalla scheda video, così da evitare fenomeni di riproduzione a scatti nelle scene visualizzate a schermo quando il numero di frames al secondo generati dalla scheda video scende sotto la frequenza di refresh minima dello schermo. Il Low Framerate Compensation permette quindi, in modo simile a quanto sviluppato da NVIDIA con il modulo hardware G-Sync, di minimizzare gli artefatti video quando la scheda video non è in grado di generare un quantitativo di frames al secondo superiorie alla frequenza di refresh minima dello schermo in un dato istante. L'abilitazione della tecnica di Low Framerate Compensation è automatica nel momento in cui venga utilizzato uno schermo che ha una frequenza di refresh massima di almeno 2,5 volte superiore alla frequenza di refresh minima.

Tanto G-Sync come FreeSync offrono, con le attuali implementazioni, un'esperienza di gioco che è di gran lunga preferibile a quella di tradizionali display soprattutto nel caso in cui i frames al secondo scendano su valori molto contenuti. In generale queste due tecnologie operano al meglio quando i frames al secondo generati dalla scheda video rientrano nell'intervallo di frequenza di refresh minima e massima del pannello utilizzato, ed ottimisticamente è in questo range che il videogiocatore deve cercare di posizionarsi con la propria configurazione per poter beneficiare della migliore esperienza di gioco possibile. Ricordiamo inoltre come G-Sync e FreeSync utilizzino un collegamento Display Port per poter funzionare; la seconda tecnologia gestisce anche un collegamento attraverso segnale HDMI, opzione che è stata implementata in modo proprietario in quanto il refresh rate variabile non fa parte delle specifiche HDMI ma può essere integrato con estensioni specifiche dei produttori che implementano connessione HDMI.

Quale schermo G-Sync o FreeSync è bene scegliere? In linea generale si consiglia di adottare un pannello che abbia un intervallo tra refresh minimo e massimo che sia il più ampio possibile, così da poter sfruttare i benefici visivi nell'intervallo di funzionamento della scheda video che sia il più ampio possibile. E' inoltre preferibile optare per uno schermo che abbia una frequenza di refresh minima contenuta, ad esempio pari a 30 Hz, in quanto è proprio quando i frames al secondo medi scendono su valori contenuti che FreeSync e G-Sync permettono di migliorare in misura più marcata l'esperienza di gioco.

 
^