Первый взгляд на AMD FidelityFX Super Resolution: универсальная альтернатива DLSS?

Глядя на последние тесты геймерских видеокарт, трудно отделаться от впечатления, что, несмотря на все усилия NVIDIA и AMD, запросы игр уже обогнали возможности железа, которое появилось на рынке немногим больше полугода тому назад. Действительно, в некоторых играх топовые модели обоих чипмейкеров не в состоянии удержать фреймрейт на уровне 60 FPS при разрешении 4К даже без трассировки лучей в реальном времени. И это при том, что даже мониторы высокого разрешения давно превзошли частоту обновления 60 Гц. Экраны 1080p достигли 360 Гц, но даже приблизиться к таким показателям не может ни один ААА-проект с высокими настройками детализации. Наконец, видеокарты сейчас чрезвычайно дороги, что лишь усугубляет ситуацию, в которой каждый следующий шаг в качестве игровой графики дается ценой непропорционально высокого роста системных требований.

Единственным выходом из сложившейся ситуации являются средства масштабирования кадров, которые снимают нагрузку с GPU путем рендеринга в пониженном разрешении, а потом тем или иным способом реконструируют утерянные детали. До сих пор единственным методом апскейлинга, который зарекомендовал себя предсказуемо высоким качеством изображения, оставался DLSS. Про первую итерацию технологии NVIDIA этого не скажешь, да и поддерживалась она лишь в редких играх, но со временем DLSS превратился в золотой стандарт масштабирования и теперь выдает изображение, порой неотличимое от рендеринга в оригинальном разрешении. Проблема лишь в том, что для работы DLSS необходима видеокарта GeForce 20-й или 30-й серии с тензорными ядрами графического процессора. Счастливые владельцы таких устройств по-прежнему составляют меньшинство среди всех геймеров. А больше всего в инструментах качественного апскейлинга нуждаются видеокарты AMD серии Radeon RX 6000, которые развивают производительность на уровне близких по цене предложений NVIDIA в играх без трассировки лучей, но, когда дело доходит до рейтрейсинга, оказывается, что «красное» железо отстает от соперников на целое поколение.

Еще в эпоху Radeon 5000 чипмейкер предложил свою альтернативу DLSS под названием FidelityFX CAS. Но CAS расшифровывается как Contrast Adaptive Sharapening и выполняет лишь одну функцию — усиливает локальный контраст наподобие фильтра Unsharp Mask в Photoshop после того, как изображение было растянуто на полный экран из пониженного разрешения. FidelityFX CAS не содержит алгоритмов реконструкции деталей и, соответственно, не является полноценным аналогом и конкурентом DLSS. Однако в то время, когда AMD выпустила первые ускорители 6000-й серии, зашла речь о следующей итерации апскейлинга для видеокарт Radeon — FidelityFX Super Resolution.

⇡#Как работает FidelityFX Super Resolution

Как всегда, прошло уже немало времени, прежде чем AMD довела новую программную технологию до ума, но сегодня сразу несколько игр получат апдейт с поддержкой FSR. Список первопроходцев состоит из таких тайтлов, как 22 Racing Series, Anno 1800, Evil Genius 2, Godfall, Kingshunt, Terminator: Resistance и The Riftbrearker. Еще больше существующих и готовящихся к релизу игр будут совместимы с FSR в ближайшем будущем.

Кроме того, FidelityFX Super Resolution не имеет жесткой привязки к специфическим функциям графического процессора, в отличие от DLSS. Помимо Radeon 6000-й серии, апскейлинг работает на всех видеокартах семейства Radeon 5000, Radeon 500 и старших моделях Radeon 400. Вдобавок ко всему поддерживается интегрированная графика процессоров Ryzen и даже ускорители NVIDIA не старше GeForce 10-й серии. И это лишь те устройства, которые проверила AMD в преддверии анонса, а на самом деле FSR работает практически на любом GPU, выпущенном в последние несколько лет, и может быть интегрированы в игры под любой из распространенных API: Direct3D 11, 12 и Vulkan. По словам чипмейкера, в первую очередь технология оптимизирована под архитектуру RDNA, то есть Radeon RX 5000 и 6000, но, учитывая ее всеядность, не думаем, что свежие видеокарты имеют какое-то особое преимущество перед старичками.

Что и говорить, AMD задержалась со своей альтернативой DLSS, но, кажется, у нее есть все условия для полномасштабного внедрения. Так чем же Fidelity FX Super Resolution отличается от предыдущей, и не слишком впечатляющей, технологии FidelityFX CAS? В действительности FFX CAS никуда не делся, но теперь это лишь один из этапов обработки изображения. Конвейер Fidelity FX Super Resolution выглядит очень просто: сначала игра выполняет рендеринг кадра в пониженном разрешении, включая полноэкранное сглаживание, затем происходит масштабирование до полного разрешения экрана, и наконец FFX CAS, как и раньше, усиливает локальный контраст. К финальному результату движок добавляет эффекты постобработки и графический интерфейс. Разница между старым и новым подходом AMD лишь в том, что FSR содержит некие средства реконструкции деталей. Какие именно — неизвестно, но очевидно, что при таком широком спектре совместимого железа не используется машинное обучение. Еще одно различие между DLSS и FSR состоит в том, что DLSS аккумулирует данные нескольких смежных кадров, а FSR оперирует исключительно пространственными данными в пределах одного кадра. Это одна из причин, почему FSR действует совместно с алгоритмом полноэкранного сглаживания, который выбрали разработчики игры, а наиболее распространенными из них являются те или иные разновидности TAA — то есть временнóго сглаживания.

С позиции пользовательских настроек Fidelity FX Super Resolution также работает иначе: вместо произвольного выбора исходного разрешения для последующего апскейлинга FSR оперирует несколькими предустановленными коэффициентами: от 1,3 по каждой стороне экрана в наиболее качественном режиме вплоть до двукратного и, соответственно, наименее качественного масштабирования. Но довольно теории — давайте увидим своими глазами, как выглядит изображение, пропущенное через FidelityFX Super Resolution, и на какой выигрыш в производительности позволяет рассчитывать фирменный апскейлинг AMD.

⇡#Качество изображения

В документах для прессы, которые рассказывают об особенностях FidelityFX Super Resolution, AMD советует руководствоваться впечатлением от целого изображения, не вглядываясь в мелкие фрагменты кадра. Мы, разумеется, намерены проигнорировать эту рекомендацию. Ведь если следовать такому принципу, на котором настаивают создатели FSR, иной раз можно обойтись и простым растягиванием картинки из пониженного разрешения без каких-либо фильтров постобработки, особенно на экране небольшого размера. Так что давайте все-таки посмотрим, насколько хорошо FSR с различными коэффициентами масштабирования справляется с реконструкцией деталей, ведь именно это отличает новый инструмент от сравнительно простых усилителей локального контраста, подобных FidelityFX CAS.

Для примера возьмем две игры с совершенно разной эстетикой и детализацией картинки — Anno 1800 и Godfall, в тестовые сборки которых интегрирована поддержка FidelityFX Super Resolution. Anno 1800, очевидно, представляет собой наиболее сложный сценарий для любых средств апскейлинга в силу того, насколько богаты деталями пейзажи этой игры. Действительно, даже в режиме максимально щадящего апскейлинга с коэффициентом 1,3 по каждой стороне экрана (Ultra Quality) масштабирование съедает элементы построек и кораблей. Хорошие новости лишь в том, что увеличение коэффициента вплоть до уровня Balanced лишь незначительно портит картинку по сравнению с Ultra Quality. Вот режим Performance — это уже настоящее мыло. Не зря AMD советует использовать его лишь в случае крайнего дефицита производительности.

Нативное разрешение		FSR Ultra Quality		FSR Quality
FSR Balanced		FSR Performance

Впрочем, ландшафт Anno 1800 с высоты птичьего полета, обработанный FSR, на самом деле выглядит недурно, и вот почему: когда в кадре много воды и растительности, апскейлинг сглаживает лесенки на краях полигонов, оставшиеся после наложения полноэкранного сглаживания, и мерцание мелких движущихся объектов. В результате в некоторых случаях можно даже сказать, что эти участки изображения выглядят лучше, нежели в оригинальном разрешении. Хотя, разумеется, поскольку FSR является исключительно пространственным алгоритмом и не содержит никаких временных компонентов — в отличие от DLSS, — он по определению не может полностью устранить все динамические артефакты.

Нативное разрешение		FSR Ultra Quality		FSR Quality
FSR Balanced		FSR Performance

Нативное разрешение		FSR Ultra Quality		FSR Quality
FSR Balanced		FSR Performance

Другая игра, Godfall, кардинально отличается графикой от Anno 1800 и представляет апскейлинг FidelityFX Super Resolution в наиболее выгодном свете. Она изобилует крупными контрастными деталями, которым идет на пользу применение фильтра усиления локального контраста, являющегося частью конвейера FSR.

Нативное разрешение		FSR Ultra Quality		FSR Quality
FSR Balanced		FSR Performance

Первый фрагмент кадра, который мы выбрали для анализа, выглядят субъективно лучше благодаря FSR в режиме Ultra Quality, а ведь при этом еще и возрастает частота смены кадров (насколько — выясним чуть позже). Хотя это, признаемся, дело вкуса, ведь потеря четкости линий все-таки имеет место, а FSR лишь увеличил локальный контраст текстуры. Участки изображения с жирными контрастными линиями сохраняют приемлемую четкость при увеличении коэффициента масштабирования вплоть до режима Balanced. Про мелкие детали этого, разумеется, не скажешь, и, наконец, вместе с полезной визуальной информацией FSR выводит на передний план избыточные эффекты HDR, которых полно в этой игре, и шум трассировки лучей (последняя, в отличие от Anno 1800, здесь поддерживается).

Нативное разрешение		FSR Ultra Quality		FSR Quality
FSR Balanced		FSR Performance

Нативное разрешение		FSR Ultra Quality		FSR Quality
FSR Balanced		FSR Performance

⇡#Тестирование производительности

Теперь, когда мы получили качественную характеристику апскейлинга при помощи алгоритмов FidelityFX, пора узнать, какое преимущество в частоте смены кадров дает FSR с теми или иными коэффициентами масштабирования. Для этого мы использовали те же самые игры — Anno 1800 и Godfall: они покрывают очень широкий диапазон системных требований, а ведь одно из декларируемых преимуществ FSR заключается именно в доступности для пользователей самого разношерстного железа.

Anno 1800, с одной стороны, представляет собой сравнительно нетребовательный проект, который при умеренном разрешении тянут видеокарты прошлого и даже позапрошлого поколения. К тому же сам темп игры позволяет смириться со сравнительно низким фреймрейтом в условиях дефицита вычислительных ресурсов GPU. С другой стороны, Godfall — типичный современный action в богатом графическом окружении. Вдобавок к этому игра использует трассировку лучей, которая, как известно, вызывает трудности у видеокарт AMD последнего поколения.

Мы провели тестирование на трех ускорителях AMD, принадлежащих к различным временным периодам и категориям производительности: Radeon RX 590, Radeon RX 5700 XT и Radeon RX 6700 XT. Заметим, что выбор в пользу RX 6700 XT вместо старших представителей 6000-й серии не случаен: в то время как флагманская модель, RX 6900 XT, может справиться с трассировкой лучей в Godfall и добиться неплохой частоты смены кадров с помощью грубой силы графического процессора, RX 6700 XT — именно такая видеокарта, которой не помешает качественный инструмент апскейлинга. Все тесты прошли с максимальными настройками графики, включая полноэкранное сглаживание в Anno 1800 методом четырехкратного мультисемплинга (Godfall использует очередную разновидность TAA) и, разумеется, рейтрейсинг в Godfall на Radeon RX 6700 XT.

Поскольку в бенчмарках Anno 1800 видеокарты поставлены в равные условия, выигрыш в частоте смены кадров примерно одинаков у трех устройств при использовании того или иного фактора масштабирования. FSR позволяет добиться лучших результатов при разрешении 4К, когда наиболее щадящий (и, соответственно, качественный) апскейлинг с коэффициентом 1,3 по каждой стороне экрана обеспечивает прирост частоты смены кадров в среднем на 33 %. В свою очередь, FSR в режиме Performance практически удваивает фреймрейт, а промежуточные положения настройки FSR увеличивают производительность на 54 и 76 % соответственно.

В абсолютных показателях это значит, что Radeon RX 5700 XT, которой выдал всего лишь около 40 FPS в оригинальном разрешении, уже в режиме FSR Quality достигает комфортной отметки 60 FPS. Radeon RX 6700 XT достаточно FSR Ultra Quality, ну а владельцам Radeon RX 590, невзирая на двукратное увеличение фреймрейта при наиболее агрессивном масштабировании, все-таки придется отказаться от игры в 4К.

Что касается разрешения 1440p, то в данном случае, как и следовало ожидать, выигрыш в производительности от использования FSR не так велик, как на 4К-экране. В среднем FSR Ultra Quality позволяет рассчитывать на 25 % бонусного фреймрейта, в то время как FSR Performance увеличивает FPS на 73 %. Промежуточные коэффициенты FSR наращивают производительность на 43 и 57 % соответственно. Для игры в 1440p наиболее мощные видеокарты среди участников тестирования не нуждаются в апскейлинге: Radeon RX 5700 XT и так держит фреймрейт на уровне 60 FPS, а Radeon RX 6700 XT имеет солидный запас кадровой частоты выше комфортной отметки. Масштабирование наиболее актуально для ускорителей класса Radeon RX 590: без апскейлинга последний застрял на уровне 39 FPS, но уже в режиме Quality приближается к 60.

Godfall предъявляет серьезные требования к производительности GPU, и, как следствие, видеокарты здесь больше всего нуждаются в средствах масштабирования кадров. При разрешении 4К даже самый щадящий апскейлинг FSR Quality добавил 46 % к средней частоте смены кадров. На следующей ступени FSR фреймрейт возрастает на 76 %, а масштабирование с высокими коэффициентами способно увеличить фреймрейт в 2–2,4 раза. Лучше всего на включение апскейлинга отреагировали ускорители Radeon RX 6700 XT и Radeon RX 590: первый из-за трассировки лучей, а второй — из-за общего дефицита вычислительной мощности у старого графического процессора. Radeon RX 590, как и в случае с Anno 1800, не удалось довести до комфортой частоты смены кадров 60 FPS даже в режиме FSR Performance, а вот Radeon RX 6700 XT, который стартует с фреймрейтом 36 FPS в нативном разрешении, превзошел отметку 60 FPS благодаря FSR Quality — то есть ценой умеренной потери четкости изображения. Наконец, Radeon RX 5700 XT изначально лишь незначительно уступает Radeon RX 6700 XT в производительности благодаря тому, что чип AMD предыдущего поколения не обременен задачей трассировки лучей. Однако и FSR в таком случае не дает настолько крупного выигрыша в частоте смены кадров: режим Quality позволил приблизиться к 60 FPS, но для того, чтобы преодолеть критическую черту, придется включить опцию FSR Balanced.

При разрешении 1440p апскейлинг в Godfall примерно так же эффективен, как в Anno 1800 на 4К-экране. Средняя разница в производительности между родным разрешением и FSR на уровне Quality составляет 33 % частоты смены кадров. Иные коэффициенты масштабирования выражаются в росте фреймрейта на 53, 73 и 92 % соответственно. Однако в данном случае апскейлинг полезен лишь сравнительно маломощным графическим ускорителям. Две старшие видеокарты из трех тестовых устройств — Radeon RX 5700 XT, которому не требуется выполнять трассировку лучей, и Radeon RX 6700 XT с рейтрейсингом — развивают фреймрейт не меньше 60 FPS в оригинальном разрешении. А вот Radeon RX 590 со скромной позиции 38 FPS поднялся до внушительных 66 благодаря масштабированию FSR с коэффициентом Balanced.

⇡#Выводы

Знакомство с FidelityFX Super Resolution — первым настоящим инструментом игрового апскейлинга для видеокарт AMD (и всех остальных GPU, лишенных доступа к DLSS) — прошло примерно так, как мы предполагали, зная о том, какие алгоритмы лежат в основе этой технологии. FSR позволяет существенно разгрузить графический процессор за счет рендеринга в пониженном разрешении и тем самым дает ощутимую прибавку к частоте смены кадров. Больше всего — в тех случаях, когда производительности особенно недостает: например, когда видеокартам Radeon 6000-й серии приходится выполнять трассировку лучей или во время игры на железе прошлого и позапрошлого поколения. Но за быстродействие мы и так не беспокоились. Главный вопрос — с какой потерей четкости изображения придется смириться, чтобы извлечь из FSR дополнительный фреймрейт. Мы предполагали, что FidelityFX Super Resolution на шкале качества окажется где-то посередине между DLSS и FidelityFX CAS — простым фильтром четкости, который AMD использовала раньше.

Так и вышло, но надо признать, что теперь альтернативный алгоритм гораздо ближе подошел к DLSS. Высокие установки качества FSR сопоставимы по результатам с быстрыми режимами DLSS, и это неплохое достижение для технологии, которая не опирается на машинное обучение. А вот агрессивные коэффициенты масштабирования выше того, что предусматривает FSR Quality, лучше не трогать — если только нет иной возможности запустить любимую игру с приемлемой частотой смены кадров. И в этом заключается еще одно преимущество DLSS перед FidelityFX Super Resolution, ведь нейросеть более эффективно реконструирует детали исходного кадра, когда алгоритму приходится работать в условиях дефицита информации. Но, разумеется, главным достоинством FSR является ее универсальность. Уверены, что большинство геймеров, которые были вынуждены отложить апгрейд видеокарты из-за того, как дорого стоят все новые модели, переживут небольшую потерю четкости, характерную для FSR с предустановкой Ultra Quality. Главное, чтобы AMD поскорее расширила набор игр, совместимых с FSR, среди которых единственным действительно популярным тайтлом пока является Anno 1800. А со временем, как знать, мы сможем выполнить прямое сравнение FidelityFX Super Resolution с DLSS точно также, как теперь в некоторых играх можно сравнить апскейлинг NVIDIA с FidelityFX CAS.