Nvidia G-SYNC en test : les jeux fluides dès 40 fps ?

Tags : G-SYNC; GeForce; Nvidia;
Publié le 30/12/2013 par
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Avant de rentrer dans les détails de l'implémentation de G-SYNC et de vous présenter nos résultats, il est important de rappeler quelques bases au sujet du fonctionnement des écrans LCD, de la synchronisation verticale, du triple buffering, des fréquences de rafraîchissement élevées etc.


Ecrans CRT et LCD, origine du VBLANK
Traditionnellement, les écrans travaillent avec une fréquence de rafraîchissement fixe, par exemple 60 Hz. Cela signifie que l'écran va mettre à jour l'affichage 60 fois par seconde, soit toutes les 16.7 ms. La fréquence de rafraîchissement maximale supportée fait partie des caractéristiques techniques des écrans et peut également être de 50 Hz, de 75 Hz, de 85 Hz, de 100 Hz, de 120 Hz ou encore de 144 Hz.

Avec les écrans CRT, plus la fréquence de rafraîchissement était élevée moins le balayage était visible puisque pour rappel, les différents points de l'écran étaient illuminés successivement et très brièvement mais avec une forte luminosité. Une faible fréquence de rafraîchissement donnait ainsi l'impression que l'écran clignotait. Ce n'est pas le cas des écrans LCD et assimilés pour lesquels l'image reste affichée durant la totalité du cycle, soit durant 16.7 ms à 60 Hz. Dernièrement des exceptions à cela sont apparues, certains écrans peuvent ainsi éteindre l'éclairage le temps de la mise à jour de l'affichage, pour réduire l'effet type "flou de mouvement" et compenser avec une luminosité plus élevée, mais cela se fait pour la totalité de l'écran et n'entraîne pas d'effet de type balayage. Cela ne veut pas dire pour autant qu'une fréquence de rafraîchissement élevée est inutile pour un écran LCD.


La fréquence de rafraîchissement des écrans CRT était limitée par la vitesse à laquelle les canons à électrons étaient capables de parcourir la surface de l'écran. Il fallait ajouter à cela l'intervalle vide horizontal et surtout l'intervalle vide vertical, soit le temps nécessaire pour que les aimants ramènent le flux d'électrons du bas de l'écran vers le dessus de l'écran en vue de commencer un nouveau cycle d'affichage. Ce paramètre est connu en anglais sous le nom de Vertical Blanking Interval, VBI ou encore VBLANK et est implémenté en ajoutant à l'image des lignes qui ne sont pas destinées à être affichées (par exemple 1125 lignes en tout pour une image 1080p).

Alors que ce délai supplémentaire n'a aucun sens direct pour un LCD, il fait cependant toujours partie des standards récents, pour des raisons historiques mais également parce qu'au fil du temps il a été exploité pour diverses utilisations secondaires. De nos jours, la période de VBLANK sert à transférer des informations au système d'affichage, à inverser les buffers de rendu etc. La durée du VBLANK varie suivant les standards et sur PC, où son utilité est limitée, on utilise en général une durée aussi courte que possible pour maximiser la résolution à bande passante donnée.

La plupart des problèmes d'affichage rencontrés avec et sans synchronisation verticale, que nous allons décrire par la suite, sont en fait liés directement à celle-ci, dont l'existence découle de l'utilisation d'une fréquence de rafraîchissement fixe. Le GPU doit s'adapter à l'écran. Mais est-ce bien nécessaire ?

Ce mode de fonctionnement nous vient tout droit des écrans de type CRT et n'a pas évolué avec l'arrivée des écrans LCD, ni avec les nouvelles interfaces vidéos telles que le DVI, le HDMI et le DisplayPort. Ces dernières, exclusivement exploitées sur des écrans LCD et apparentés, conservent en leur cœur les vestiges des limitations des écrans CRT. Ceci s'explique par des évolutions qui ont été progressives, sans aucune réelle remise à plat de la gestion des systèmes d'affichages.

Comme nous l'expliquions précédemment, c'est le cas du VBLANK mais plus fondamentalement, il se trouve que la fréquence de rafraîchissement fixe des écrans LCD n'est pas une nécessité technique non plus. S'il s'agit là aussi d'une caractéristique héritée, transmisse de génération en génération, elle a par contre une utilité directe puisqu'il est logique de vouloir rechercher de la régularité dans l'affichage des images. Dans le cas des jeux vidéo, particulièrement sur PC, il se trouve cependant que la source qui génère les images n'est par nature pas régulière et vouloir forcer un tel flux non régulier sur une cadence d'affichage fixe est source de problèmes.

Les écrans LCD sont limités principalement par leur temps de réponse qui caractérise le délai de transition de leurs pixels d'une couleur à une autre. Ce temps de réponse n'est pas lié au taux de rafraîchissement, mais participe à en définir la limite maximale. Rien ne sert en effet de passer plus rapidement d'une image à l'autre si les pixels n'ont déjà pas le temps d'être modifiés. Les premiers écrans LCD, bien qu'utilisés en 60 Hz, souffraient par exemple d'un temps de réponse de 50 ms, qui entraînait un flou de mouvement très important et empêchait de réellement afficher 60 images par seconde.

Les écrans LCD récents profitent de temps de réponse de 8, 4, 2, voir 1 ms, grâce à différentes techniques telles que l'overdrive qui consiste à viser un changement de couleur plus radical pendant un bref instant pour forcer le pixel à basculer plus rapidement vers le nouvel état. Les valeurs annoncées représentent toujours le meilleur des cas puisque le temps de réponse varie suivant le changement demandé au pixel (passer du blanc au noir peut être plus rapide que passer du gris au gris, ou le contraire, suivant l'écran), mais globalement l'évolution a été très importante à ce niveau. De quoi rendre le LCD adapté au jeu et pouvoir aujourd'hui proposer des écrans capables de prendre en charge une fréquence de rafraîchissement maximale de 120 ou 144 Hz avec des cycles d'affichage de 8.3 et de 6.9 ms.

Si un écran 120 Hz propose par exemple des modes 100 Hz, 60 Hz et 50 Hz, c'est uniquement pour s'aligner sur les standards les plus courants. Techniquement toutes les valeurs intermédiaires sont utilisables à condition que l'interface le permette au niveau de la carte graphique et de l'écran. Mieux, du point de vue de la dalle LCD, rien n'empêche que cette fréquence de rafraîchissement varie dynamiquement. L'adage "qui peut le plus, peut le moins" est bien d'application ici. Si une dalle accepte un rafraîchissement après 6.9 ms, elle peut également l'accepter après 7.0 ms, 7.2 ms, 12 ms etc.

Il y a cependant une limite maximale du temps d'affichage à prendre en compte, au-delà de laquelle l'état d'un pixel pourrait se dégrader. Les fabricants ne communiquent en général pas sur cette valeur qui n'a pas d'intérêt lors d'une utilisation traditionnelle de leurs dalles, mais dans le cas d'une fréquence de rafraîchissement variable, elle devra être prise en compte.
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