Процессорозависимость видеосистемы. Часть I - Анализ

«Измеряем» процессорозависимость

За счет изменения множителя CPU, был получен следующий набор рабочих частот центрального процессора (в мегагерцах) – 1000, 1200, 1400, 1600, 1800, 2000, 2200, 2400.

Начнем мы с того, что получим результаты в игре HALF-Life2 в разрешении 1024х768 в режиме «maximum details», но с отключенными функциями полноэкранного сглаживания (AA) и анизотропной фильтрации (AF). Противоречия здесь нет. Настройки игры «maximum details» отвечают за качество картинки, а выключение AA/AF позволяет получить значения FPS, которые гарантированно «упираются» в производительность CPU. Полученные результаты отобразим на графике, по оси Х которого отложим частоту CPU, а по оси Y – полученные значения производительности видеокарты в FPS (кадров в секунду).

График 1

В итоге получаем линию, очень напоминающую прямую. Собственно, так и должно быть - если производительность видеоподсистемы не является ограничивающим фактором, то результаты пропорциональны частоте центрального процессора. И вот почему. Давайте посмотрим, как в общем случае происходит отрисовка изображения компьютером. Для наглядности ниже приведен рисунок.

Рисунок 1

Как вы знаете, каждый 3D-объект задается некоторой моделью, состоящей из элементарных геометрических объектов – полигонов. В процессе формирования каждого кадра центральный процессор (CPU) рассчитывает количество объектов, их расположение в пространстве, источники освещения и т.д., то есть – формирует кадр в «каркасном» представлении (на рисунке – чайник из «проволочек»). Далее, этот «каркас» вместе с информацией о том, как его надо «раскрашивать», передается видеоадаптеру. И, наконец, после того, как видеоадаптер наложит на каркас все необходимые текстуры, освещение, тени – мы получаем финальное изображение, которое и видим на экране дисплея.

То есть, отрисовка изображения выполняется в две основные стадии. Первая стадия – рисование «каркаса» кадра, выполняется центральным процессором. Вторая стадия – «раскрашивание каркаса», выполняется видеоадаптером.

Поэтому, когда производительность видеоподсистемы (скорость «закраски») более чем достаточна, количество получаемых кадров в секунду ограничивается количеством «каркасов», которые может выдать центральный процессор, то есть – пропорционально его производительности. Конечно, приведенный пример весьма условен и характер распределения нагрузки между центральным процессором и видеокартой гораздо более сложен (поэтому, в общем случае «линия максимальных результатов» не обязана быть прямой).

Теперь мы можем сказать, в чем заключается физический смысл линии, изображенной на графике 1. А смысл ее в том, что это – максимальное количество кадров, выдаваемых данным CPU на данной частоте. Или же, другими словами - верхняя граница результатов, которые могут быть достигнуты для этого приложения на данном центральном процессоре при заданных условиях тестирования. То есть, для каждого значения частоты CPU, линия показывает ту максимальную планку результатов, которую мы никак не «перепрыгнем», как бы мы не наращивали мощность видеоподсистемы.

Именно это и показывает диаграмма, приведенная вначале статьи. Конечно, на той диаграмме приведены результаты для режима 4AA/16AF, но это не меняет дела. Верхняя граница ~146 FPS для частоты CPU 2400 МГц остается прежней и для гораздо более мощной системы на Radeon X1900 CrossFire, как видно из этой диаграммы.

Еще раз взглянем на график 1. Вы наверное обратили внимание, что данный график построен не совсем «правильно» и значения частоты CPU начинаются не от «0», а от 1000 МГц? Да, мы умышленно построили график именно таким образом, чтобы было легче оценить прямоту полученной линии. Теперь перерисуем график так, чтобы значения частоты CPU начинались с «0» МГц, а также добавим результаты для разрешений 1280х1024, 1600х1200 и еще три линии, для этих же разрешений, но в режиме 4AA/16AF.

График 2

Проанализируем получившиеся результаты. Очевидно, что увеличение нагрузки на видеоподсистему (посредством повышения разрешения и включения режима со сглаживанием и анизотропной фильтрацией) должно приводить к снижению FPS.

Это мы и видим на графике. Обратите внимание, как меняется характер линий. Для самого «легкого» из приведенных здесь режимов 1024х768 NO AA/AF – это почти прямая. По мере роста нагрузки на видеоподсистему, линии результатов плавно «пригибаются» к оси Х в правой части графика при высоких значениях частоты CPU, но в левой части сохраняют характерный наклон и практически сливаются в наклонную прямую (линия 2). Для самого «тяжелого» режима – линия результатов становится параллельной оси Х при высоких значениях частоты CPU (линия 1). О чем все это говорит? При недостаточной производительности центрального процессора результаты практически не зависят от степени «тяжести» графического режима и ограничиваются только производительностью CPU (наклонная линия). А при недостаточной производительности видеоподсистемы результаты в какой-то момент перестают зависеть от частоты центрального процессора (горизонтальная прямая на графике). Объяснение этому факту очень простое - видеоадаптер выдает только то количество кадров, которое успевает «закрасить», несмотря на то, что CPU может нарисовать «каркасов» гораздо больше.

Однако, из полученного графика можно сделать еще несколько очень интересных и важных выводов. Этим мы сейчас и займемся.