游戲跑分新視角：細(xì)看一秒內(nèi)幀數(shù)變化

    編者按：從游戲評(píng)測(cè)出現(xiàn)至今，F(xiàn)PS（Frames per Second，每秒幀數(shù)）一直都是我們衡量硬件表現(xiàn)好壞的標(biāo)準(zhǔn)。毫無(wú)疑問(wèn)，在絕大多數(shù)情況下，F(xiàn)PS的確可以作為游戲性能的標(biāo)桿。但是，經(jīng)歷了長(zhǎng)久的測(cè)試歷程以及數(shù)以萬(wàn)計(jì)的幀數(shù)統(tǒng)計(jì)之后，部分玩家已經(jīng)開(kāi)始注意到，實(shí)際獲得的游戲體驗(yàn)和表面得出的FPS數(shù)據(jù)并不完全相符。

    是測(cè)試數(shù)據(jù)有誤，還是我們的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)本身就存在缺陷？FPS真的能代表一切嗎？近日，國(guó)外同行TechReport撰文，詳細(xì)解答了我們以上的疑問(wèn)，深入探究了FPS的一些弊端，并且提出了全新的游戲測(cè)試?yán)砟睢．?dāng)然，還有更多的問(wèn)題得以爆料。（以下為全文翻譯，部分內(nèi)容進(jìn)行了調(diào)整。注意，本的主要側(cè)重于新游戲測(cè)試?yán)砟畹年U述，而并非顯卡跑分PK。）

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    本文的初衷其實(shí)來(lái)自一個(gè)簡(jiǎn)短的談話(huà)。去年秋天，我和曜越科技（Thermaltake）公關(guān)Ramsom Koay一起共進(jìn)晚餐的時(shí)候，被問(wèn)及了一個(gè)看似簡(jiǎn)單但又不太好回答的問(wèn)題：既然一款主流顯卡就能在多數(shù)游戲中提供基本的流暢度（30 FPS以上），為什么還有那么多人還要買(mǎi)更快的顯卡？更高的FPS究竟能代表什么？誰(shuí)需要它呢？

    表面上，我在這方面是專(zhuān)家。但打心底來(lái)說(shuō)，問(wèn)題到來(lái)那一刻我并沒(méi)有做好準(zhǔn)備去如何回答。雖然有些突然，我還是簡(jiǎn)單思索了一下然后給出了我自認(rèn)為的非常好的答案，也無(wú)非是一些關(guān)于避免卡頓以及保持一個(gè)穩(wěn)定的游戲畫(huà)面等等。不過(guò)說(shuō)完這話(huà)之后我就意識(shí)到了不太妥當(dāng)，因?yàn)樵谖覀円酝娘@卡評(píng)測(cè)中，關(guān)于這些我們并沒(méi)有給讀者一個(gè)合理的闡釋。

    實(shí)話(huà)說(shuō)，這個(gè)問(wèn)題一直讓我很糾結(jié)。雖然接下來(lái)的評(píng)測(cè)任務(wù)量一直不小，但是我還是抽出一些時(shí)間改變了一下測(cè)試流程，將Fraps的FrameTimes功能啟用，以此來(lái)記錄每個(gè)獨(dú)立幀渲染需要耗費(fèi)的時(shí)間。在此之后的的每一個(gè)顯卡評(píng)測(cè)，我都會(huì)仔細(xì)的收集這些數(shù)據(jù)。（雖然這樣很耗時(shí)，但對(duì)于這篇文章卻是至關(guān)重要的。）

    到上周這一工作算是告一段落。接下來(lái)我抽了一部分時(shí)間，將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行細(xì)化整理。最終的結(jié)果是這些數(shù)據(jù)相當(dāng)有啟發(fā)性，甚至讓人有些擔(dān)心（對(duì)于我來(lái)說(shuō)），因?yàn)樗苯宇嵏擦宋覀円酝u(píng)測(cè)的一些結(jié)論。但是，我認(rèn)為這些結(jié)果非常值得分享。實(shí)際上，它甚至可能會(huì)改變你對(duì)于游戲測(cè)試的固有理念。

    毋庸置疑，幾乎所有的游戲硬件測(cè)試都采用同一種評(píng)估方法，那就是大家公認(rèn)的FPS（Frames per Second，每秒幀數(shù)）。毫無(wú)疑問(wèn)的是，F(xiàn)PS是一個(gè)出色的即時(shí)性能匯總，表達(dá)準(zhǔn)確而且簡(jiǎn)單易懂。不只是游戲，F(xiàn)PS的概念還常見(jiàn)于我們所熟知電影及電視，比如電影/電視分別以每秒24/30張畫(huà)面的速度播放，也就是一秒鐘內(nèi)在屏幕上連續(xù)投射出24/30張靜止畫(huà)面，所以播放速率就是24/30FPS，游戲畫(huà)面也與之同理。（通常每秒播放24張畫(huà)面以上，根據(jù)“視覺(jué)惰性”，即視覺(jué)暫留現(xiàn)象，人眼就認(rèn)為是連續(xù)的。）

    當(dāng)然，關(guān)于利用FPS進(jìn)行測(cè)試的爭(zhēng)論一直存在，尤其是我們常見(jiàn)的平均FPS更是受到很多質(zhì)疑，因?yàn)槠浜饬康奶珡V泛了。事實(shí)上我們也從這些討論中汲取了一些有用的東西并付諸實(shí)施，比如在游戲測(cè)試的時(shí)候同時(shí)獲取平均FPS和最低FPS，甚至可能的時(shí)候還提供了單位時(shí)間內(nèi)的FPS變化圖表。相比干巴巴的平均FPS，我相信這些信息更能夠幫助讀者更好的理解游戲性能表現(xiàn)。

    即便如此，這種方法仍舊有一些明顯的缺點(diǎn)。因?yàn)榻?jīng)歷多次的測(cè)試之后，我們發(fā)現(xiàn)有些時(shí)候這些結(jié)果和我們的直覺(jué)體驗(yàn)并不完全一致。最根本的問(wèn)題在于，無(wú)論對(duì)于電腦時(shí)間還是人類(lèi)視覺(jué)感知來(lái)說(shuō)，一秒都太長(zhǎng)了。一秒內(nèi)的平均結(jié)果可能會(huì)掩蓋一些系統(tǒng)性能突發(fā)變化，而這對(duì)于游戲體驗(yàn)來(lái)說(shuō)非常重要。

    為了說(shuō)明，我們先來(lái)看兩個(gè)例子。雖然經(jīng)過(guò)加工，但這些結(jié)果卻是基于我們多年來(lái)的游戲測(cè)試真實(shí)數(shù)據(jù)。下面的圖表縱軸以毫秒（ms）為單位表示所需要的時(shí)間，而橫軸則表示一秒內(nèi)兩款不同顯卡所提供的一系列幀數(shù)。

    顯而易見(jiàn)，GPU1在大多數(shù)情況下跑得更快，每幀所用的時(shí)間較短（絕大多數(shù)都在25ms以下），而CPU2要慢一些，因?yàn)槊繋瑫r(shí)間一直穩(wěn)定在30ms左右。

    但是，我們可以看到GPU1在運(yùn)行這個(gè)游戲的時(shí)候有一個(gè)明顯的問(wèn)題（假定說(shuō)是由于驅(qū)動(dòng)里糟糕的顯存管理引起的紋理載入毛病造成的，也可能是硬件方面的原因），那就是其中一幀所耗費(fèi)的時(shí)間出奇的長(zhǎng)，幾乎達(dá)到了將近500ms，像是被卡在那兒了。如果你是這個(gè)游戲的玩家而碰巧遇到這個(gè)問(wèn)題，一瞬間肯定會(huì)卡的要死。而如果這個(gè)問(wèn)題經(jīng)常出現(xiàn)，游戲也就基本不能玩了。

    而這方面GPU2就要好了不少，雖然平均FPS可能要比GPU1少，每幀耗費(fèi)的時(shí)間都差不多，并且能夠提供一個(gè)持續(xù)穩(wěn)定的游戲畫(huà)面輸出。那兩款顯卡的平均FPS到底是多少呢？

    可以看到，在我們統(tǒng)計(jì)的時(shí)間內(nèi)，兩款GPU的平均FPS幾乎相同。如果就此而言，那么兩款顯卡的性能表現(xiàn)本質(zhì)上沒(méi)有區(qū)別。而正是我們使用了平均FPS，才使得GPU1中的一個(gè)致命缺陷被掩蓋了起來(lái)。

    以上只是一小段時(shí)間內(nèi)的反映，如果說(shuō)GPU1在整個(gè)測(cè)試中的其它場(chǎng)景也時(shí)不時(shí)遇到類(lèi)似的延遲，但耗費(fèi)時(shí)間可能沒(méi)有這么大，那整體幀數(shù)可能會(huì)達(dá)到50FPS的樣子，最低幀數(shù)也有35FPS。而根據(jù)我們傳統(tǒng)的思維，這是一個(gè)看起來(lái)相當(dāng)不錯(cuò)的成績(jī)，但是實(shí)際游戲體驗(yàn)的糟糕程度就可想而知了。

    回歸到主題，F(xiàn)PS對(duì)于性能評(píng)估的意義雖然重大，但短板也是明顯的。而解決以上問(wèn)題最簡(jiǎn)單有效的方法就是將單位時(shí)間放大細(xì)化，就像我們剛才做的那樣，把每幀所耗費(fèi)的時(shí)間獨(dú)立呈現(xiàn)。事實(shí)上這么做并沒(méi)有什么難度，想必那些游戲開(kāi)發(fā)商們已經(jīng)研習(xí)多年。

    所以，對(duì)于我們自己來(lái)說(shuō)，也是時(shí)候轉(zhuǎn)化一下認(rèn)知理念了。下面表格里的數(shù)據(jù)可能會(huì)有一些幫助，詳細(xì)列舉了部分以毫秒為單位的幀時(shí)間（越低越好）所對(duì)應(yīng)的FPS速率，這里的條件是假定完整的統(tǒng)計(jì)時(shí)間為1秒。這個(gè)表已經(jīng)包含了許多閾值，比如其中16.7ms相當(dāng)于穩(wěn)定的60FPS。打個(gè)比方來(lái)說(shuō)，目前大多數(shù)LCD的的刷新率就是每秒60次（60Hz），所以每次刷新的時(shí)間高于16.7ms的閾值就不能提供穩(wěn)定的畫(huà)面輸出。

    經(jīng)過(guò)以上幾點(diǎn)介紹，下面我們就來(lái)看一下實(shí)際游戲測(cè)試中的一些數(shù)據(jù)，看看我們能夠從中獲得什么。

    第一個(gè)實(shí)例來(lái)自我們之前的GeForce GTX 560 Ti評(píng)測(cè)。雖然測(cè)試發(fā)布較早，測(cè)試驅(qū)動(dòng)也有些老，但并不影響驗(yàn)證我們下面采用的新方法。測(cè)試游戲使用的是《戰(zhàn)地：叛逆連隊(duì)2》，畫(huà)質(zhì)設(shè)定如下圖所示。

    雖然一大推數(shù)據(jù)看起來(lái)相當(dāng)繁雜，但在準(zhǔn)確的繪制每款顯卡幀數(shù)時(shí)間的時(shí)候卻并不十分困難，這個(gè)時(shí)候我們之前工作的效果就體現(xiàn)出來(lái)了。

    正如你所見(jiàn)，即便各項(xiàng)數(shù)據(jù)糾結(jié)到一塊兒，但異常值（耗時(shí)較高的幀數(shù)）還是能一眼就看出來(lái)。另外可以看到，高端卡能夠在單位時(shí)間內(nèi)輸出更多的幀數(shù)，而且每幀耗時(shí)交少，所以數(shù)據(jù)線(xiàn)也要更長(zhǎng)更低。

    另外，競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手之間的數(shù)據(jù)比拼可以在圖中非常直接的體現(xiàn)出來(lái)?？偟膩?lái)說(shuō)，這種方法相當(dāng)直觀(guān)而且簡(jiǎn)單易懂。比如上圖中的GTX 560 Ti在2150-2250幀數(shù)范圍之間明顯更快，在500幀左右HD 6870有一個(gè)明顯的異常值等等。接下來(lái)我們將這些數(shù)據(jù)放大，進(jìn)一步深入觀(guān)察。

    這些放大數(shù)據(jù)和我們之前的數(shù)據(jù)基本對(duì)應(yīng)，盡管HD 6870那個(gè)異常值看起來(lái)并沒(méi)有那么長(zhǎng)。很明顯，兩款顯卡的差別如果采用FPS是無(wú)論如何也無(wú)法體現(xiàn)出來(lái)的。

    另外，我們看到在58ms異常值之后的那兩幀出現(xiàn)了突然的回落，延時(shí)非常低。之所以會(huì)出現(xiàn)這種情況，是因?yàn)轱@卡采用了三重緩沖技術(shù)，也就是每三幀可以同時(shí)渲染，所以后兩幀并不需要等待前一幀的延時(shí)。雖然可以把這三幀看做一個(gè)整體，而且平均耗時(shí)也只有23ms，但是只要那個(gè)58ms延時(shí)存在，就會(huì)對(duì)實(shí)際游戲的流暢度造成一定影響。

    實(shí)際上，我們并不想夸大類(lèi)似一個(gè)單獨(dú)的突發(fā)幀延時(shí)的影響，但是借助已經(jīng)在錄的眾多數(shù)據(jù)，可以看看還有沒(méi)有類(lèi)似的情況發(fā)生。

    我們將以上八款顯卡60秒內(nèi)超過(guò)50ms延時(shí)的幀數(shù)列舉出來(lái)。可以看到，四款A(yù)卡中除了HD 6970之外，都出現(xiàn)了4個(gè)以上的異常值。而與之相反的是四款N卡類(lèi)似的情況則沒(méi)有出現(xiàn)一次，即便是老邁的GTX 260也是如此。

    比如對(duì)反應(yīng)時(shí)間要求極高的聯(lián)機(jī)游戲玩家，穩(wěn)定的幀數(shù)時(shí)間就顯得尤為重要。那么參考我們上文提供的數(shù)據(jù)圖表，將幀數(shù)時(shí)間降低到20ms以下（對(duì)應(yīng)50FPS），可以輕而易舉的選擇出合適的顯卡。

    結(jié)果相當(dāng)明了，只有GTX 570和HD 6970（稍有一些）兩款顯卡幾乎沒(méi)有20ms以上的延時(shí)幀?；蛟S看完這些對(duì)比之后還是沒(méi)有一個(gè)清晰的概念，這些數(shù)字到底有什么意義呢？

    回到文章開(kāi)頭我們提到的問(wèn)題，之所以許多人熱衷于高端顯卡，就是為了獲得更好的游戲體驗(yàn)。而更好的游戲體驗(yàn)，就是建立在顯卡在單位時(shí)間內(nèi)提供穩(wěn)定的幀數(shù)輸出的基礎(chǔ)上，每幀占用更少的延時(shí)時(shí)間。而這遠(yuǎn)比單純的一個(gè)FPS數(shù)據(jù)更有意義，也更加客觀(guān)。

    下面我們就將篩選條件進(jìn)一步提高，統(tǒng)計(jì)出每款顯卡99%的幀數(shù)中的最低耗時(shí)時(shí)間（以下圖二為例，GTX 570的99%幀數(shù)耗時(shí)都在18ms以下），并據(jù)此對(duì)比一下各款顯卡的FPS排名。

    兩種測(cè)試方法下，各款顯卡的排名基本一致，差別程度也比較相仿。從某種意義上來(lái)說(shuō)，這些顯卡在平衡FPS和每幀耗時(shí)之間做的不錯(cuò)。如果這樣來(lái)看，傳統(tǒng)的FPS并沒(méi)有什么問(wèn)題，高FPS顯卡能夠獲得更低的幀耗時(shí)，反之亦然。那么這種新的測(cè)試方法又有什么意義呢，難道僅僅是為數(shù)據(jù)分析提供便利嗎？先別急，下文便見(jiàn)分曉。

    上文中我們的新方法和傳統(tǒng)方法測(cè)試得出的結(jié)果排名基本一致，或許會(huì)有讀者質(zhì)疑這種方法的實(shí)用性。不過(guò)別忘了，到此為止我們僅僅測(cè)試了單塊顯卡，而多卡并聯(lián)系統(tǒng)還只字未提。結(jié)果又會(huì)怎樣呢？

    以下多卡測(cè)試數(shù)據(jù)來(lái)自我們之前的GeForce GTX 590評(píng)測(cè)。和前面一樣，測(cè)試游戲同樣是《戰(zhàn)地：叛逆連隊(duì)2》，這一次我們采用了更加符合多卡系統(tǒng)定位的2560x1600分辨率。

    測(cè)試方法與上面的單卡測(cè)試相同，具體結(jié)果如下：

    可以明顯的看到，多卡的數(shù)據(jù)走向與單卡差別非常明顯，形狀也不再是一條線(xiàn)，而且突發(fā)幀的數(shù)量大大增加，這究竟是怎么回事兒？同樣，我們將這些繼續(xù)將這些數(shù)據(jù)放大，更直觀(guān)地觀(guān)察。

同樣的，三款單卡看起來(lái)還比較正常，總體來(lái)說(shuō)比較問(wèn)題，而且突發(fā)幀數(shù)量并不多。

從GTX 560 Ti SLI身上就已經(jīng)開(kāi)始顯現(xiàn)出較大波動(dòng)，總體上遵循一高一低的趨勢(shì)，下面的多卡系統(tǒng)莫不如此。

    已經(jīng)不止一次的聽(tīng)到關(guān)于多卡系統(tǒng)的Micro-stuttering（下文會(huì)具體解釋?zhuān)﹩?wèn)題了，這次算是一個(gè)集中的反映。需要清楚的是，我們這里看到的很像是多卡系統(tǒng)工作方式的一個(gè)人工還原。

    不管是AMD還是NVIDIA，在CrossFire/SLI多卡系統(tǒng)中都將AFR（Alternate Frame Rendering，交替幀渲染）作為首要渲染模式。顧名思義，比如在雙卡系統(tǒng)中，AFR就是將偶數(shù)幀交給GPU1渲染，而奇數(shù)幀則安排給GPU2渲染；或者說(shuō)把第 n 幀畫(huà)面指派給 GPU1渲染，把 n+1幀指派給 GPU2 渲染，使幀數(shù)渲染交替進(jìn)行，從而充分利用多卡系統(tǒng)的并行幾何處能力。（三卡或四卡的原理一樣，渲染交替進(jìn)行。） 雖然，CrossFire/SLI同樣支持其它一些負(fù)載平衡渲染模式，比如SFR（Split Frame Rendering，分割幀渲染），但效率方面并不如AFR。

    雖然這些基本原理非常簡(jiǎn)單，但要在多卡系統(tǒng)中做到負(fù)載平衡卻相當(dāng)不易。首先，每一個(gè)獨(dú)立的幀從渲染原理上來(lái)看就是一個(gè)需要高度平行的任務(wù)，需要高度平行的天性使得幀與幀之間的平行也相當(dāng)拿捏，所以保持幀間的同步很是困難，更不用說(shuō)多卡之間的負(fù)載平衡了。（比如GPU1已經(jīng)完成了1幀渲染，需要進(jìn)行第3幀渲染，而此時(shí)GPU2的渲染還在進(jìn)行，那么GPU1就需要等待。當(dāng)然，實(shí)際的平衡負(fù)載問(wèn)題要復(fù)雜的多，需要平衡算法來(lái)解決。）

    另外，因?yàn)椴还芏嗫ㄏ到y(tǒng)中有幾款顯卡，只有主卡才能與顯示器連接，所以其他顯卡渲染的幀只能通過(guò)傳輸?shù)街骺ㄟM(jìn)行輸出。而無(wú)論是CrossFire還是SLI接口，這種數(shù)據(jù)傳輸都會(huì)耗費(fèi)時(shí)間。除了幀數(shù)據(jù)，其它的一些緩存數(shù)據(jù)也需要經(jīng)常在顯卡之間進(jìn)行傳輸，尤其是一些高級(jí)渲染技術(shù)（比如render-to-texture，渲染到紋理）使用的情況下。而這些數(shù)據(jù)通常會(huì)使用PCI-E接口，同樣會(huì)造成延遲。

    上面的圖表很好的說(shuō)明了多卡系統(tǒng)之間負(fù)載平衡還遠(yuǎn)遠(yuǎn)未達(dá)到完美，需要解決的問(wèn)題還有很多。不過(guò)現(xiàn)在，我們可以先從一些多卡系統(tǒng)的天生缺陷說(shuō)起。

    很明顯，繼續(xù)使用平均FPS去評(píng)估多卡系統(tǒng)的性能表現(xiàn)肯定是不靠譜的。因?yàn)閺钠骄鵉PS很難看出高延遲幀，而這些高延遲幀卻恰恰是獲得連貫游戲畫(huà)面的關(guān)鍵因素。我的感覺(jué)是，在提供連貫的游戲體驗(yàn)方面，幀延遲在20ms和50ms之間交替進(jìn)行并不如一直穩(wěn)定在50ms。
因?yàn)?，從人?lèi)的視覺(jué)系統(tǒng)特別善于捕捉不規(guī)則的場(chǎng)景，也就是說(shuō)一快一慢的畫(huà)面會(huì)讓人感覺(jué)相當(dāng)不爽。事實(shí)上嗎，這種體驗(yàn)我已遇到多次。這也就是為何很多人抱怨Micro-stuttering的原因。

    當(dāng)然，這些只是冰山一角。問(wèn)題的復(fù)雜性要遠(yuǎn)比這些圖表展現(xiàn)的高的多。關(guān)于這個(gè)問(wèn)題我們接下來(lái)會(huì)進(jìn)一步闡釋?zhuān)F(xiàn)在，我還是想把這些數(shù)據(jù)繼續(xù)放大，看看還有那些問(wèn)題。

    這里有一個(gè)進(jìn)一步分析這些數(shù)據(jù)的原因， 因?yàn)槲蚁嘈胚@里看到的問(wèn)題并不完全依賴(lài)于micro-stuttring。如果你看看我們之前完整的測(cè)試圖表，就會(huì)很清楚的看到這個(gè)趨勢(shì)：多卡系統(tǒng)明顯要比單卡產(chǎn)生更多的延遲幀。平衡多卡之間的負(fù)載需要更多的系統(tǒng)資源消耗，以超過(guò)50ms延遲幀的數(shù)量來(lái)看，同樣型號(hào)的單卡要明顯好于多卡。

    如果我們將閾值降低到20ms，這時(shí)多卡系統(tǒng)就看起來(lái)好多了，尤其是SLI。雖然我們之前也說(shuō)到了Micro-stuttering可能會(huì)引起各種各樣畫(huà)面的不連貫，但只要高延遲幀的數(shù)量不是過(guò)多，多卡系統(tǒng)依然能夠在多數(shù)情況下比單卡表現(xiàn)的好。

    上面兩張圖算是對(duì)我們的新測(cè)試方法最好的回報(bào)了。在前面單卡測(cè)試中，兩種測(cè)試方法各款顯卡排名鏡像排列，而這里情況就大不一樣了。比如采用FPS標(biāo)準(zhǔn)衡量，HD 6970 CF排名第二；而到了“99%幀時(shí)間”方法中卻跌倒了第四位。另外可以看到，HD 6870 CF的FPS表現(xiàn)相當(dāng)不錯(cuò)，GTX 580也屈居之后；但是在第二種方法中卻排名墊底，甚至還不如GTX 570。

    現(xiàn)在還很難說(shuō)這種新方法就是衡量顯卡性能的非常好的途徑，但至少可以肯定的是，作為考量顯卡幀耗時(shí)的一個(gè)指標(biāo)，它要比傳統(tǒng)的FPS更加出色。換句話(huà)說(shuō)，這種方法對(duì)我們的玩家更加負(fù)責(zé)、更加中肯，即便表面看起來(lái)有些呆板。

    為了更好地反映這種新方法的作用，除了“99%幀時(shí)間”，我們還非別統(tǒng)計(jì)了50%、66%、75%、80%、90%、95%、98%幾個(gè)范圍內(nèi)每組顯卡渲染幀的耗時(shí)。雖然我并不建議將來(lái)的顯卡評(píng)測(cè)都采用這種方式，但從說(shuō)明問(wèn)題方面來(lái)看，還是相當(dāng)直觀(guān)的。

    從上圖中不難看出，想要對(duì)比兩組顯卡相當(dāng)簡(jiǎn)單。比如在50%的幀數(shù)范圍內(nèi)，HD 6970 CF的幀延時(shí)要明顯低于GTX 590，在提高幀數(shù)比例之后，劣勢(shì)就慢慢顯現(xiàn)出來(lái)。再比如，GTX 570 50%的幀數(shù)延時(shí)大大高于HD 6870 CF，但提高到99%的幀數(shù)之后，就基本打個(gè)平手了。

    當(dāng)然，僅僅靠一款游戲很難說(shuō)明問(wèn)題，接下來(lái)看看其他游戲中多卡并聯(lián)是否還是存在類(lèi)似的問(wèn)題。下面這款游戲是《子彈風(fēng)暴》，為了區(qū)別于《戰(zhàn)地：叛逆連隊(duì)2》，我們使用了不同的測(cè)試方法：不再使用固定的場(chǎng)景，而是在一分鐘的時(shí)間內(nèi)，在同一關(guān)卡內(nèi)試玩5次，選取其中一次的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。這也就意味著測(cè)試結(jié)果的變數(shù)會(huì)更大。

    不管是什么樣的原因，相比單卡，多卡系統(tǒng)出現(xiàn)了幀延遲波動(dòng)問(wèn)題多多少少都會(huì)出現(xiàn)。從以上測(cè)試結(jié)果來(lái)看，除了GTX 580 SLI和HD 6970 CrossFire稍微好一些，其它幾組顯卡的波動(dòng)都不小。雖然這只是一小段測(cè)試的數(shù)據(jù)，隨機(jī)性比較高，但我的感覺(jué)是即便跑完整個(gè)側(cè)這種問(wèn)題依然無(wú)法避免。

    按照慣例，我們將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行一步分析：

    由于GTX 560 Ti表現(xiàn)太糟糕，50ms以上的延時(shí)幀就超過(guò)了500個(gè)，所以這里就不做討論了。坦白說(shuō)，大多數(shù)多卡并聯(lián)對(duì)高延時(shí)幀的抑制還算不錯(cuò)，唯一的例外就是HD 6870 CF，雖然沒(méi)有GTX 560 Ti那么差勁，但50%以上幀數(shù)延時(shí)都接近35ms。其中的原因不太好說(shuō)，但我們分析可能是顯存過(guò)于吃緊造成的。

    有個(gè)問(wèn)題不得不說(shuō)，在做類(lèi)似的統(tǒng)計(jì)的時(shí)候，一定要注意設(shè)定的閾值。比如上圖中GTX 580高于20ms的延遲幀要明顯高于GTX 570，但以50ms為閾值的話(huà)，結(jié)果恰恰相反。一般來(lái)說(shuō)，50ms的閾值對(duì)于日常測(cè)試應(yīng)該就足夠了，而20ms就顯得稍微有些苛刻了。

    在《子彈風(fēng)暴》測(cè)試中，傳統(tǒng)的平均FPS和“99%幀時(shí)間”兩種方法獲得的顯卡排名基本上一致，但HD 6870 CF算是個(gè)例外，從第五名跌倒了第七。而我想說(shuō)的是，在“99%幀時(shí)間”中我們看到了GTX 560 Ti是多么不濟(jì)。雖然平均FPS也達(dá)到了25幀左右，但經(jīng)常出現(xiàn)80ms以上的幀數(shù)，玩游戲自然不會(huì)流暢。

    《星際爭(zhēng)霸2》和其它游戲有些不同。雖然同樣采用Fraps進(jìn)行幀數(shù)記錄，但測(cè)試過(guò)程中采用的是播放錄像Demo，而并不像前兩款游戲中我們親自去試玩。這里的錄像Demo為33分鐘，由于時(shí)間較長(zhǎng)，所以每款顯卡也不再測(cè)試五遍。33分鐘所產(chǎn)生的幀數(shù)相當(dāng)龐大（有些顯卡達(dá)到了140,000個(gè)之多），也不能全部都統(tǒng)計(jì)在一張表內(nèi)，這里每個(gè)表我們只選取了6500個(gè)。

    有些意外的是，前面兩款游戲中幾款單卡的幀數(shù)耗時(shí)幾乎沒(méi)有什么波動(dòng)，但這里…….

    可以看到，除了GTX 570還好為好點(diǎn)，無(wú)論是GTX 580還是HD 6970均是以三到四幀為跨度出現(xiàn)較大跳躍，尤其是GTX 580波動(dòng)的周期相當(dāng)有規(guī)律。HD 6970雖然沒(méi)有那么規(guī)則，但情況也比較類(lèi)似。我反復(fù)猜疑其中的原因到底是什么，有可能是三重緩沖的影響，也可能是游戲引擎以周期工作，或者是這兩方面的綜合。這里也充分說(shuō)明了一個(gè)道理，要獲得一個(gè)穩(wěn)定的幀數(shù)延遲，單單靠SLI或者CrossFire的優(yōu)化還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。

    多卡系統(tǒng)中，SLI并沒(méi)有像NVIDIA單卡中波動(dòng)那么明顯，反而趨于緩和；而CrossFire的情況與單卡很是類(lèi)似，按照3-4個(gè)幀周期交替進(jìn)行。雖然這里我非常想說(shuō)明以上問(wèn)題到底為何，但目前還很難給出一個(gè)合理的解釋。

    單從《星際爭(zhēng)霸2》這款游戲來(lái)看，相同級(jí)別下，N卡在避免高延時(shí)幀方面顯然做的更好。但在6500個(gè)統(tǒng)計(jì)幀數(shù)之內(nèi)，還是有相當(dāng)多的幀延時(shí)超過(guò)50ms，即便是GTX 580 SLI也是如此。這里可能與CPU或者其它系統(tǒng)配置的限制有很大關(guān)系，可以肯定的是相對(duì)較少的高延遲幀能夠幫助我們獲得更好的游戲體驗(yàn)。

    事實(shí)上，文章一開(kāi)始并沒(méi)有打算深入探討多卡并聯(lián)系統(tǒng)的Micro-stuttering（幀延時(shí)波動(dòng)，實(shí)在找不到一個(gè)合適的詞翻譯…）。新測(cè)試方法幫助我們發(fā)現(xiàn)許多有意思的問(wèn)題，也說(shuō)明我們的方向沒(méi)有錯(cuò)。但是，這個(gè)Micro-stuttering卻使得我們的任務(wù)復(fù)雜了不少。

這張圖可以比較直觀(guān)的反映Micro-stuttering（X軸以ns為單位，Y軸以幀數(shù)為單位），多卡系統(tǒng)單位時(shí)間內(nèi)幀延時(shí)會(huì)上下波動(dòng)。

    很自然，我們已經(jīng)聯(lián)系了主要的顯卡芯片廠(chǎng)商，看看他們對(duì)這個(gè)問(wèn)題的解釋。但是令我們意外的是，不管是AMD還是NVIDIA都直接而且坦率地承認(rèn)多卡系統(tǒng)的Micro-stuttering確實(shí)存在，而且是一個(gè)亟待解決的問(wèn)題，他們也已研究多時(shí)。但有趣是，對(duì)于以上的多核心產(chǎn)品（比如HD 6990、GTX 590）或者多卡解決方案（SLI、CrossFire），AMD和NVIDIA都沒(méi)有明確告知消費(fèi)者這個(gè)問(wèn)題的存在。相當(dāng)諷刺，不是嗎？

    AMD的David Nalasco在評(píng)估多顯卡派遣幀任務(wù)的時(shí)候就發(fā)現(xiàn)了Micro-stuttering，他注意到幀數(shù)延時(shí)的波動(dòng)隨著游戲的反復(fù)進(jìn)行，因?yàn)閹c幀之間的相對(duì)時(shí)間是可變的。而且他聲稱(chēng)這個(gè)問(wèn)題并沒(méi)有普遍性。

    根據(jù)有限但還算公平的測(cè)試，我們對(duì)于這個(gè)說(shuō)法基本認(rèn)同。首先，盡管幀延時(shí)波動(dòng)隨著時(shí)間一直存在，但它更傾向于既定的而且反復(fù)進(jìn)行的測(cè)試場(chǎng)景。其次，波動(dòng)似乎在有相對(duì)性能有限的平臺(tái)里程度更深。例如，我們?cè)谙嗤O(shè)置下測(cè)試相同的游戲，中端的HD 6870 CF所體現(xiàn)出來(lái)的幀間波動(dòng)就要比更高端的HD 6970 CF更加明顯。同理，GTX 560 SLI和GTX 580 SLI的情況也是如此。如果這一狀況是多卡系統(tǒng)的一大特性，那顯然是負(fù)面的。第三，在我們的測(cè)試數(shù)據(jù)中，CrossFire在抑制幀延時(shí)波動(dòng)方面明顯沒(méi)有SLI好。雖然我們還不能說(shuō)以上三點(diǎn)具有普適性，但知道從我們的測(cè)試中得到的結(jié)果就是如此。

    Nalasco告訴我們一定程度上抑制幀延時(shí)波動(dòng)有許多方法。你或許已經(jīng)猜到了，那就是“垂直同步”?！按怪蓖健眴⒂弥螅梢宰柚巩?dāng)前幀渲染完畢后GPU跳轉(zhuǎn)到不同的資源緩沖區(qū)（已完成新的幀渲染），而幀緩沖區(qū)跳轉(zhuǎn)被推遲到下一次屏幕刷新。不過(guò)Nalasco也指出開(kāi)啟“垂直同步”也只能在“某些時(shí)候”有效果，換句話(huà)說(shuō)也就是不一定完全有效。所以，我們認(rèn)為關(guān)于“垂直同步”對(duì)于Micro-stuttering的精確影響還很難預(yù)測(cè)。

    Ps.如果選擇“等待垂直同步信號(hào)”（也就是“打開(kāi)垂直同步”），顯卡繪制圖形前會(huì)等待信號(hào)；性能強(qiáng)勁的顯卡則會(huì)提前完成繪制，并在下個(gè)信號(hào)到達(dá)之前等待。此時(shí)，游戲的fps值會(huì)受顯示器刷新率的制約。對(duì)于高端顯卡而言，這限制了其性能的發(fā)揮。而如果選擇“不等待垂直同步信號(hào)”（也就是“關(guān)閉垂直同步”），那么顯卡繪制完一屏畫(huà)面，不等待垂直同步信號(hào)，就開(kāi)始下一屏畫(huà)面的繪制，自然可以完全發(fā)揮顯卡的實(shí)力。但是，不要忘記，正是因?yàn)榇怪蓖降拇嬖?，才能使得游戲進(jìn)程和顯示器刷新率同步，使得畫(huà)面平滑，使得畫(huà)面穩(wěn)定。取消了垂直同步信號(hào)，固然可以換來(lái)更快的速度，但是在圖像的連續(xù)性上，性能勢(shì)必打折扣。這也正是很多朋友抱怨關(guān)閉垂直后發(fā)現(xiàn)畫(huà)面不連續(xù)的理論原因。

    有意思的是Nalasco提到的另一中可能：一種“更加聰明”的“垂直同步”，可以通過(guò)人的視覺(jué)感知來(lái)控制幀的跳轉(zhuǎn)。聽(tīng)起來(lái)很不錯(cuò)，這種方法也有潛在的可行性。但Nalasco只是說(shuō)了一些未來(lái)的構(gòu)想，對(duì)于現(xiàn)實(shí)技術(shù)只字未提，他也承認(rèn)AMD到現(xiàn)在也沒(méi)有一個(gè)十全十美的解決方案。

    另外，他還透露，未來(lái)AMD會(huì)在這方面投入更多精力，因?yàn)閷?lái)多卡系統(tǒng)肯定和LInao APU有很大關(guān)聯(lián)，而且是不對(duì)稱(chēng)的結(jié)構(gòu)，相比目前的多卡系統(tǒng)產(chǎn)生Micro-stuttering的幾率更大。

    而NVIDIA的Tom Petersen也進(jìn)行了如下的圖文闡述，幫助我們更好的理解。

上面的示意圖表明了幀產(chǎn)生的流程，從游戲引擎到顯示輸出，非常有助于上下文的討論。

    其中，游戲引擎包含了一系列的內(nèi)部變量，物理模擬、圖形處理以及用戶(hù)交互等等。當(dāng)一個(gè)幀開(kāi)始渲染，圖形引擎首先將其交給DirectX API。據(jù)Petersen的說(shuō)法，F(xiàn)raps就是在這個(gè)時(shí)候開(kāi)始時(shí)間信息記錄。接下來(lái)，DirectX將調(diào)用高級(jí)API和Shader程序?qū)⑵滢D(zhuǎn)換成更基地的指令，然后交由顯卡驅(qū)動(dòng)處理。進(jìn)而，顯卡驅(qū)動(dòng)將這些DirectX低級(jí)指令轉(zhuǎn)化成機(jī)器語(yǔ)言交付給GPU進(jìn)行渲染，最終輸出到顯示設(shè)備。

    為了更好的闡述關(guān)鍵問(wèn)題，Petersen定義了許多變量。比如，”Stutter”就表示游戲時(shí)間（T_game）和輸出顯示時(shí)間（T_display）之間差的絕對(duì)值、”Lag”表示”T_game”和”T_dispaly”之間的耗時(shí)、”Slide show”表示每幀渲染時(shí)間的總共耗時(shí)。按照Petersen的觀(guān)點(diǎn)，在這三個(gè)變量中，玩家在游戲中感知最為明顯的就是”Stutter”。

    在Petersen透露的諸多細(xì)節(jié)中，最讓人印象深刻的莫過(guò)于“NVIDIA在旗下的GPU中安置了許多硬件單元用來(lái)固定多卡系統(tǒng)的幀延時(shí)波動(dòng)”。主要原理是基于一種名為“Frame metering（幀測(cè)量）”的技術(shù)，可以在幀間進(jìn)行動(dòng)態(tài)追蹤。一些“表現(xiàn)較快”的幀會(huì)被適當(dāng)延遲，換句話(huà)說(shuō)，就是GPU不會(huì)直接跳轉(zhuǎn)到新的緩沖區(qū)，從而保證渲染后的畫(huà)面能夠均勻地進(jìn)行顯示輸出。而這些延遲會(huì)根據(jù)幀率的快慢在特性的時(shí)間進(jìn)行調(diào)整。據(jù)稱(chēng)，這種“Frame metering（幀測(cè)量）”技術(shù)至少在NVIDIA G80時(shí)代就已經(jīng)開(kāi)始運(yùn)用了。

    現(xiàn)在，注意一下其中的含義。因?yàn)檫@種延遲測(cè)量是大概是在T_render和T_display之間進(jìn)行的，所以Fraps根本不會(huì)進(jìn)行記錄。這也就意味著我們之前的SLI測(cè)試數(shù)據(jù)沒(méi)有將這一過(guò)程展現(xiàn)給讀者。呈現(xiàn)在他們面前的是表面看起來(lái)波動(dòng)不大，而非一高一低交替進(jìn)行的幀數(shù)流。

    雖然“Frame metering（幀測(cè)量）”看起來(lái)相當(dāng)不錯(cuò)，但也包含了一些折中。為了平衡波動(dòng)，NVIDIA大大提升了介于幀渲染完成到顯示輸出的延遲時(shí)間（lag）。雖然這回造成一部分的性能損失嗎，不過(guò)在大部分情況下，當(dāng)我們以毫秒為單位進(jìn)行討論的時(shí)候，這些延遲并不容易察覺(jué)。所以，在沒(méi)有一個(gè)相對(duì)完美的解決方案的前提下，這種方法還是能夠起到減輕波動(dòng)的效果的。

    當(dāng)然，這種技術(shù)同樣存在不少問(wèn)題，而關(guān)鍵在于它非常依賴(lài)于游戲引擎。如果游戲引擎處理每幀的時(shí)間都完全一樣，“Frame metering（幀測(cè)量）”就能起到非常不錯(cuò)的效果；反之，就只能斷斷續(xù)續(xù)地解決暫時(shí)問(wèn)題，甚至可能會(huì)起到反作用。舉個(gè)例子來(lái)說(shuō)，比如我們的攝像機(jī)以奇數(shù)順序12-34-56-78進(jìn)行幀數(shù)抓取，而投影儀卻已1-2-3-4-5-6-7-8的方式進(jìn)行播放，那看起來(lái)會(huì)是什么效果？

    這些問(wèn)題我們也咨詢(xún)了Petersen，他也非常坦白的表明了” Frame metering”在面對(duì)不同游戲引擎的時(shí)候?qū)⒚媾R挑戰(zhàn)。但當(dāng)問(wèn)及具體哪些游戲引擎能夠和” Frame metering”完美搭配，他也未能給出詳細(xì)的例子。在承認(rèn)還有很多工作要做的同時(shí)，Petersent還說(shuō)道：”如果我們能將所有幀都能統(tǒng)一（不再有波動(dòng)），那絕大多數(shù)游戲就非常完美了”。言外之意，就像Nalasco說(shuō)的那樣，這在業(yè)界依然是一個(gè)值得研究的課題。

    好吧，我先承認(rèn)下面的文字算不上全文的總結(jié)。

    經(jīng)歷了一大推測(cè)試數(shù)據(jù)以及和Nalasco以及Petersen的交談之后，我們有以下幾點(diǎn)值得闡述。最重要的一條：保證游戲中的幀率平滑將會(huì)是未來(lái)GPU性能評(píng)定的一個(gè)新途徑，而不再是僅僅衡量單純的渲染速度。就目前來(lái)看，多卡并聯(lián)系統(tǒng)依然面臨著很大挑戰(zhàn)，而單卡也遠(yuǎn)遠(yuǎn)稱(chēng)不上完美。可以肯定的是，未來(lái)新技術(shù)以及新算法亟待應(yīng)用，而GPU與游戲廠(chǎng)商同樣任務(wù)不輕。只有這樣，才能為用戶(hù)提供更加出色的游戲體驗(yàn)。

    另外，擺在我們（評(píng)測(cè)人員）的是，如何測(cè)試才能夠準(zhǔn)確衡量幀率波動(dòng)給顯卡性能帶的影響。Petersen已經(jīng)告訴我們NVIDIA正在考慮做一個(gè)API，允許Fraps此類(lèi)第三方程序能夠從GPU內(nèi)部渲染開(kāi)始讀取時(shí)間。當(dāng)然希望他們能夠這么做，我們也會(huì)盡量說(shuō)服AMD在驅(qū)動(dòng)程序中提供類(lèi)似的功能。除此之外，或許高速攝像相機(jī)在測(cè)試屏幕變化精度方面會(huì)大有裨益。（開(kāi)個(gè)玩笑，這可是出錢(qián)還要出力啊。）

    最后，不管何種顯卡評(píng)估或者測(cè)試，讀者的體驗(yàn)才是王道。比如，我們要對(duì)一些基本問(wèn)題有深刻的理解：Mciro-stuttring的問(wèn)題影響到底有多嚴(yán)重？（我想回答成畫(huà)面間斷不連續(xù)更為精確，而并非“高延遲幀的潛在可能性”云云。）答案很大程度上依賴(lài)讀者的觀(guān)點(diǎn)，而讀者的觀(guān)點(diǎn)往往又依賴(lài)于讀者本身以及對(duì)問(wèn)題的認(rèn)知程度等等。

    與此同時(shí)，我們對(duì)Mciro-stuttring問(wèn)題的讀者反饋很感興趣。如果你正在使用多卡系統(tǒng)，你曾遇到過(guò)Micro-stuttering問(wèn)題嗎？如果遇到過(guò)，多久才能看到一次，感覺(jué)如何呢？在下面的評(píng)論中發(fā)揮吧。

    講了一大推，最后還是說(shuō)說(shuō)我們的新測(cè)試方法。盡管遇到這樣或那樣的問(wèn)題，但我們還是比較謹(jǐn)慎樂(lè)觀(guān)地和大家分享?？陀^(guān)來(lái)講，我們的新方法提供了以往傳統(tǒng)測(cè)試方法無(wú)法獲得的顯卡性能真實(shí)表現(xiàn)，并使之大白于天下。無(wú)論是數(shù)據(jù)分析還是顯卡對(duì)比，都相當(dāng)直觀(guān)而且淺顯易懂。甚至，用到CPU測(cè)試中也未嘗不可。在未來(lái)的測(cè)試中，我們很可能付之于實(shí)施。也歡迎各位讀者積極反饋?？傊?，我們的感覺(jué)是，一旦你走進(jìn)微觀(guān)世界，就很難再用宏觀(guān)的眼光去看它了。■<