Синхронизация

ДЛЯ НОВИЧКОВНЕ ДЛЯ НОВИЧКОВНЕ ОБЯЗАТЕЛЬНОВ РАЗРАБОТКЕ

Синхронизация

Интерактивные приложения, в том числе компьютерные игры, генерируют последовательность кадров в реальном времени. Каждый кадр представляет собой изображение, сформированное видеоподсистемой на основе состояния игрового мира, ввода игрока и результатов физического и логического моделирования. Этот процесс выполняется с переменной частотой: одни сцены требуют меньше вычислительных ресурсов, и кадры появляются быстрее; другие — вызывают просадку производительности, и интервалы между кадрами увеличиваются.

Мониторы, в свою очередь, обновляют отображаемое содержимое с фиксированной частотой — например, 60, 75, 120, 144, 165 или 240 герц. При каждом такте обновления монитор считывает данные из буфера кадра (framebuffer) и передаёт их на экран в строго определённом порядке: построчно, сверху вниз, слева направо. Этот процесс называется развёрткой.

Если видеоподсистема и монитор работают независимо, возникает ситуация, когда видеокарта начинает записывать новый кадр в тот же буфер кадра, из которого монитор в этот момент считывает предыдущий. В результате часть экрана отображает данные нового кадра, а часть — старого. Визуально это проявляется как горизонтальный разрыв, разделяющий изображение на две или более несогласованных области. Такой артефакт получил название разрыв изображения (screen tearing).

Разрыв изображения не влияет на функциональность игры, но нарушает целостность восприятия движения. Особенно он заметен при быстрых панорамированиях камеры, прокрутке текстур или перемещении объектов вдоль горизонтальных линий. Человеческий зрительный аппарат чувствителен к таким нарушениям плавности, и даже кратковременные разрывы снижают комфорт визуального взаимодействия.

Для устранения разрыва изображения применяются методы синхронизации вывода кадров — механизмы, координирующие работу графического процессора и дисплея. Основная задача синхронизации — обеспечить передачу целостного кадра на экран в рамках одного цикла развёртки монитора. Реализации этой задачи различаются по архитектуре, требованиям к оборудованию и компромиссам между плавностью, задержкой и стабильностью.

Вертикальная синхронизация (VSync)

Вертикальная синхронизация — программно-аппаратный механизм, при котором видеодрайвер блокирует передачу нового кадра в буфер вывода до завершения текущего цикла вертикальной развёртки монитора. Вертикальная развёртка — это пауза между окончанием отрисовки нижней строки экрана и началом следующего цикла, когда луч (в случае ЭЛТ) или контроллер (в случае ЖК) возвращается в верхний левый угол. В современных дисплеях эта пауза называется вертикальным обратным ходом (vertical blanking interval, VBlank).

Когда VSync включена, видеокарта синхронизирует операцию swap — обмена местами фронт- и бэк-буферов — строго с началом VBlank. Это гарантирует, что монитор начинает развёртку с полностью сформированного кадра, и разрыв изображения не возникает.

Реализация VSync возможна на нескольких уровнях:

Прикладном — через API отрисовки (например, swapInterval = 1 в OpenGL, Present(1) в DirectX).
Драйверном — через панель управления видеокарты, где задаётся глобальное или профильное поведение.
Гибридном — когда приложение предоставляет кадры асинхронно, а драйвер применяет синхронизацию перед выводом.

Частота кадров при активированной стандартной VSync стабилизируется на уровне частоты обновления монитора или её целочисленных делителей: при 60 Гц — 60, 30, 20 кадров в секунду и так далее. Если производительность видеокарты падает ниже порога для текущего делителя (например, ниже 30 кадров в секунду на мониторе 60 Гц), кадры начинают пропускаться, и частота обновления изображения снижается скачкообразно. Это приводит к ощущению «рывков» движения даже при отсутствии разрывов.

Одно из следствий VSync — увеличение задержки ввода. Поскольку видеокарта ожидает VBlank даже в случае, когда кадр готов заранее, сигнал от мыши, клавиатуры или геймпада проходит через цепочку: драйвер ввода → игровой движок → рендеринг → ожидание VBlank → вывод на экран. В худшем случае (кадр готов сразу после начала VBlank) задержка может составлять почти полный период развёртки — до 16,7 мс при 60 Гц.

Для частичного снижения этой задержки введены модификации VSync:

Адаптивная VSync (Adaptive VSync, NVIDIA) — включает синхронизацию только тогда, когда текущая частота кадров превышает частоту монитора; при падении FPS ниже порога VSync отключается, чтобы избежать пропуска кадров и рывков.
Быстрая VSync (Fast VSync, NVIDIA) — использует тройную буферизацию: видеокарта продолжает рендерить кадры, но передаёт на экран только те, которые попадают в VBlank, отбрасывая устаревшие. Это устраняет разрывы без пропусков, но увеличивает потребление видеопамяти и может усугубить задержку при нестабильной производительности.
Enhanced Sync (AMD) — отключает VSync на уровне драйвера в моменты, когда FPS начинает проседать, сохраняя синхронизацию только при достаточной стабильности частоты кадров.

Эти механизмы сохраняют совместимость с любым дисплеем, не требуя аппаратной поддержки, и остаются актуальными в конфигурациях с устаревшим оборудованием или при отсутствии гибких возможностей монитора.

Адаптивная синхронизация

Адаптивная синхронизация решает фундаментальное ограничение фиксированной развёртки: жёсткую привязку частоты обновления к кристаллу кварцевого генератора в контроллере дисплея. Вместо того чтобы заставлять видеокарту подстраиваться под монитор, адаптивные технологии позволяют монитору подстраиваться под видеокарту.

Суть подхода — динамическое изменение частоты развёртки в реальном времени в пределах заданного диапазона (например, от 48 до 144 Гц). Когда видеокарта формирует кадр, она посылает уведомление монитору, и тот запускает вертикальный обратный ход и начинает развёртку немедленно, без ожидания фиксированного такта. Это устраняет необходимость буферизации и ожидания VBlank, обеспечивая передачу каждого готового кадра без разрыва и без избыточной задержки.

Две основные реализации стандарта адаптивной синхронизации:

G-Sync — проприетарная технология NVIDIA. Требует наличия в мониторе специализированного модуля (G-Sync module), который управляет таймингами и обеспечивает стабильную работу в широком диапазоне частот. Первая версия реализована на уровне дисплейного контроллера и интегрирована в DisplayPort. Позже появились варианты: G-Sync Compatible — сертифицированные мониторы без модуля, работающие по базовому протоколу Adaptive-Sync; G-Sync Ultimate — с поддержкой HDR, низкой задержки и переменной частоты вплоть до 240 Гц.
FreeSync — открытая технология AMD, основанная на стандарте Adaptive-Sync, входящем в спецификацию DisplayPort 1.2a. Не требует дополнительного модуля, реализуется средствами контроллера дисплея. Диапазон поддерживаемых частот определяется производителем монитора и может быть узким (например, 48–75 Гц) или широким (40–240 Гц). Существуют расширения: FreeSync Premium — с обязательной поддержкой 120 Гц при разрешении Full HD и низкой задержки обработки; FreeSync Premium Pro — добавляет поддержку HDR и цветокоррекции.

Обе технологии работают поверх цифровых интерфейсов передачи видео — преимущественно DisplayPort, в некоторых случаях HDMI (начиная с версии 2.1 для G-Sync и 2.0 для FreeSync). Ключевое требование — совместимость монитора и видеокарты: NVIDIA официально поддерживает G-Sync только на своих GPU, но с 2019 года драйверы позволяют активировать G-Sync на сертифицированных FreeSync-мониторах (режим G-Sync Compatible). AMD поддерживает FreeSync на любых GPU, включая интегрированную графику Ryzen и APU.

Адаптивная синхронизация сохраняет минимальную задержку ввода: кадр, сформированный графическим процессором, поступает на экран сразу после завершения рендеринга. При этом отсутствуют разрывы, поскольку каждый кадр передаётся целиком. Дополнительным преимуществом является плавное восприятие движения при переменной нагрузке: FPS может колебаться в пределах диапазона поддержки, и изображение останется стабильным.

Ограничения адаптивных технологий связаны с нижней границей диапазона. Если частота кадров падает ниже минимального порога (например, ниже 48 Гц на мониторе с диапазоном 48–144 Гц), синхронизация отключается, и возникает риск разрыва. Для решения этой проблемы введены дополнительные режимы:

Low Framerate Compensation (LFC) — технология, при которой монитор искусственно удваивает или утраивает время отображения кадров при низких FPS. Например, при 30 кадрах в секунду на мониторе с нижней границей 48 Гц LFC показывает каждый кадр дважды, достигая эффективной частоты 60 Гц и сохраняя синхронизацию. Поддержка LFC не гарантируется всеми устройствами и зависит от реализации контроллера.
G-Sync с поддержкой VRR+HDR — обеспечивает сохранение адаптивности даже при активном HDR-режиме, что ранее вызывало конфликты в некоторых конфигурациях.

Архитектура буферизации и её взаимодействие с синхронизацией

Для понимания глубинных механизмов синхронизации необходимо рассмотреть организацию видеопамяти и последовательность операций между графическим процессором и дисплеем. Основной элемент этой цепочки — система буферов кадров, обеспечивающая бесперебойную передачу изображения.

Двойная буферизация

Наиболее распространённая схема — двойная буферизация. Она предполагает наличие двух буферов:

Бэк-буфер (back buffer) — в нём происходит рендеринг очередного кадра.
Фронт-буфер (front buffer) — содержимое этого буфера постоянно считывается дисплеем при каждом такте развёртки.

По завершении рендеринга бэк-буфер и фронт-буфер меняются местами — операция swap. Без синхронизации эта операция может происходить в произвольный момент, в том числе во время активной развёртки. В этом случае монитор начинает считывать новый фронт-буфер до окончания развёртки, и часть строк экрана берётся из старого буфера, часть — из нового, что и приводит к разрыву изображения.

Включение VSync привязывает операцию swap к началу вертикального обратного хода. Таким образом, обмен буферов происходит только тогда, когда монитор завершил развёртку и готов начать новую. Это гарантирует целостность кадра на экране.

Тройная буферизация

При высокой производительности видеокарты (FPS значительно выше частоты монитора) двойная буферизация с VSync может привести к избыточному ожиданию: видеокарта рендерит кадр, ждёт VBlank, передаёт его — и сразу же может начать следующий, но снова сталкивается с ожиданием. В результате возникает «стакан» кадровых задержек: кадр, сформированный позже, вытесняет предыдущий, и игрок видит не самое свежее состояние сцены.

Тройная буферизация добавляет третий буфер. Теперь видеокарта может продолжать рендерить кадры независимо от состояния вывода: пока один буфер служит фронт-буфером, второй — бэк-буфером для текущей отрисовки, третий — ожидает своей очереди на swap. Это снижает вероятность простоя GPU и сглаживает нагрузку, особенно при нестабильной частоте кадров.

Однако тройная буферизация увеличивает объём используемой видеопамяти и вносит дополнительную задержку: кадр проходит через очередь из нескольких буферов перед выводом. В играх с высокими требованиями к реактивности (например, в киберспортивных шутерах) эта задержка нежелательна, и тройная буферизация применяется выборочно — чаще всего в сочетании с быстрой VSync или в оффлайн-сценариях.

Mailbox и FIFO в API рендеринга

В современных графических API (Vulkan, DirectX 12, Metal) разработчик управляет цепочкой буферов явно. Здесь используются понятия режимов представления (presentation modes):

FIFO — эквивалент двойной буферизации с VSync. Операция present блокирует поток до VBlank. Обеспечивает отсутствие разрывов, но с потенциальной задержкой.
FIFO_RELAXED — разрешает вывод кадра вне VBlank, если кадр поступил с опозданием (например, из-за просадки производительности). Это предотвращает рывки, но допускает разрывы при нестабильном FPS.
MAILBOX — аналог тройной буферизации с отбрасыванием устаревших кадров. Если к моменту VBlank готово несколько кадров, используется только самый свежий; остальные отбрасываются. Это минимизирует задержку при высокой производительности и сохраняет целостность изображения.
IMMEDIATE — отключает синхронизацию полностью. Кадры выводятся сразу по готовности. Максимально низкая задержка, но с высоким риском разрыва.

Выбор режима зависит от приоритетов приложения: симуляторы и одиночные игры часто используют FIFO или MAILBOX; сетевые шутеры — IMMEDIATE с компенсацией на уровне движка (например, интерполяция положения объектов).

Адаптивная синхронизация в этих API реализуется через расширения (например, VK_EXT_display_control, VK_KHR_surface с поддержкой переменной частоты), которые позволяют приложению объявить поддержку VRR (Variable Refresh Rate) и передать дисплею метаданные о частоте кадров. В этом случае драйвер и дисплейный контроллер совместно управляют таймингами, а приложение продолжает работать в режиме FIFO или MAILBOX без дополнительных задержек.

Влияние синхронизации на игровые жанры и сценарии использования

Эффективность и предпочтительность того или иного режима синхронизации зависят от характера игрового процесса и требований к восприятию.

Одиночные игры и иммерсивные симуляторы

В сюжетных играх, гонках, стратегиях и симуляторах плавность и визуальная целостность изображения имеют приоритет. Игрок не связан жёсткими временными рамками реакции, и даже небольшое увеличение задержки не влияет на результат. Здесь VSync в стандартном или адаптивном виде обеспечивает комфортное восприятие движения, особенно при панорамировании и сложной анимации. Адаптивная синхронизация дополнительно улучшает ощущение «естественности» — кадры появляются строго тогда, когда они готовы, без искусственных пауз.

В играх с кинематографической направленностью (например, The Last of Us Part I, Red Dead Redemption 2) разработчики часто фиксируют частоту кадров на уровне 30 или 60 FPS и включают VSync по умолчанию, чтобы сохранить замысел авторов по темпу и ритму подачи.

Сетевые мультиплеерные игры

В шутерах от первого лица, MOBA и других соревновательных жанрах критична минимальная задержка ввода. Здесь каждый миллисекундный выигрыш повышает точность прицеливания и скорость реакции. Стандартная VSync в таких случаях неприемлема: ожидание VBlank добавляет до 16,7 мс задержки при 60 Гц, что ощутимо даже для обычного игрока.

Предпочтительны следующие подходы:

Отключение всех форм синхронизации и использование высокочастотного монитора (144 Гц и выше) для минимизации длительности разрыва.
Применение адаптивной синхронизации с широким диапазоном поддержки и LFC — позволяет сохранить целостность изображения при FPS выше нижней границы, а при просадках — перейти к плавному удвоению кадров.
Использование технологий компенсации на уровне движка: интерполяция положения объектов, предсказание движения, сглаживание ввода. Это не устраняет разрывы физически, но снижает их визуальное воздействие.

В профессиональной киберспортивной среде часто используется компромиссный вариант: G-Sync/FreeSync с отключённой VSync в драйвере и включённой в игре. Некоторые движки (например, Source 2, Unreal Engine 5) имеют собственные реализации синхронизации с пониженной задержкой, которые корректно взаимодействуют с VRR-дисплеями.

Виртуальная и дополненная реальность

В VR/AR синхронизация приобретает особое значение. Задержка ввода напрямую связана с возникновением кинетоза — симуляторной болезни, вызванной несоответствием между движениями головы и обновлением изображения. Здесь применяются специализированные методы:

Asynchronous Timewarp / Spacewarp (Oculus, SteamVR) — повторное проецирование последнего кадра с учётом новых данных о положении головы, если новый кадр не успел сформироваться.
Motion-to-photon latency optimization — минимизация всех этапов конвейера вплоть до отключения буферизации на уровне дисплея.
Жёсткая привязка к фиксированной частоте (например, 90 Гц), с обязательной VSync и тройной буферизацией, чтобы гарантировать отсутствие разрывов и рывков.

Адаптивная синхронизация в VR пока не распространена, поскольку большинство шлемов используют фиксированные частоты и требуют предсказуемого тайминга. Однако новые устройства (например, Varjo Aero) начинают поддерживать динамическую частоту в сочетании с компенсирующими алгоритмами.

Совместимость с HDR, высокими разрешениями и многопоточным рендерингом

Развитие технологий отображения вносит дополнительные слои взаимодействия с системами синхронизации.

HDR и синхронизация

Высокодинамический диапазон (HDR) требует передачи метаданных о яркости, гамме и цветовом пространстве вместе с видеопотоком. В протоколе DisplayPort и HDMI эти метаданные передаются в служебных пакетах, синхронизированных с началом кадра. При включённой VSync передача происходит стабильно. При адаптивной синхронизации возможны задержки обновления метаданных, если контроллер дисплея не поддерживает их динамическую подстройку.

NVIDIA и AMD решают эту проблему через сертификацию G-Sync Ultimate и FreeSync Premium Pro: такие мониторы обязаны обеспечивать обновление HDR-метаданных при каждом кадре, даже в режиме переменной частоты. Без такой поддержки HDR может «подвисать» при переменном FPS, и яркостные пики будут отображаться некорректно.

Высокие разрешения и пропускная способность интерфейса

Разрешения 4K и выше при высокой частоте обновления (120 Гц и более) требуют значительной пропускной способности интерфейса. DisplayPort 1.4 с DSC (Display Stream Compression) позволяет передавать такие потоки без потерь, но не все контроллеры корректно обрабатывают DSC в сочетании с VRR.

Некоторые мониторы отключают адаптивную синхронизацию при включении DSC или при разрешении выше определённого порога. Это ограничение аппаратное и связано с конструкцией дисплейного контроллера. Перед выбором конфигурации рекомендуется проверять спецификации производителя на предмет совместимости VRR + DSC + HDR.

Многопоточная и асинхронная отрисовка

Современные игровые движки используют многопоточную архитектуру: один поток обрабатывает логику и физику, другой — рендеринг, третий — загрузку ресурсов. Асинхронная отрисовка (асинхронный compute, async compute) позволяет GPU выполнять шейдерные вычисления параллельно с растеризацией.

В таких сценариях синхронизация усложняется: необходимо координировать не только swap, но и точки синхронизации между вычислительными очередями. В Vulkan и DX12 это делается через семафоры и барьеры памяти. Неправильная настройка может привести к состояниям гонки: кадр считается готовым, но часть данных ещё не записана в видеопамять.

Адаптивная синхронизация не решает эту проблему напрямую — она работает на уровне вывода, а не на уровне подготовки кадра. Поэтому разработчики обязаны обеспечивать внутреннюю целостность кадра до операции present. Инструменты профилирования (RenderDoc, PIX, Nsight Graphics) помогают выявить асинхронные рассогласования.

Практические рекомендации по выбору и настройке режима синхронизации

Выбор оптимального режима синхронизации зависит от трёх основных факторов: аппаратной конфигурации, типа игры или приложения и приоритетов пользователя (плавность, минимальная задержка, стабильность). Ниже приведены рекомендации, сформулированные как последовательные шаги принятия решения.

Шаг 1. Определение возможностей оборудования

Начните с проверки совместимости:

Поддерживает ли монитор адаптивную синхронизацию? Информацию можно найти в спецификации производителя, в настройках OSD (например, пункт Adaptive-Sync), либо с помощью утилит:
- CRU (Custom Resolution Utility) — отображает список поддерживаемых частот в разделе Detailed resolutions. Наличие диапазона Variable Refresh Rate указывает на поддержку VRR.
- Monitor Asset Manager — выводит EDID-данные, включая флаги FreeSync/G-Sync Compatible.
Какой интерфейс используется? DisplayPort 1.2a и выше гарантирует поддержку Adaptive-Sync в рамках стандарта. HDMI 2.0 и выше — с оговорками: не все контроллеры реализуют VRR корректно; HDMI 2.1 обеспечивает полноценную поддержку.
Какая видеокарта установлена? NVIDIA с архитектурой Kepler и новее поддерживает G-Sync; AMD с GCN 1.0 (2012 г.) и новее — FreeSync. Для активации G-Sync на FreeSync-мониторе требуется драйвер 417.35 или новее и ручное включение в панели управления.

Если монитор не поддерживает VRR, остаются только программные методы: VSync, адаптивная и быстрая VSync, Enhanced Sync.

Шаг 2. Оценка производительности системы

Измерьте стабильную частоту кадров в целевых приложениях. Используйте:

CapFrameX — записывает FPS, время генерации кадров, статистику по задержкам.
MSI Afterburner + RivaTuner Statistics Server (RTSS) — визуализирует FPS, frametime и задержку ввода в реальном времени.
FrameView (NVIDIA) — предоставляет детализированную информацию о задержке от ввода до фотона (motion-to-photon latency).

Если минимальный FPS стабильно превышает верхнюю границу VRR-диапазона монитора (например, 160 кадров в секунду на мониторе 144 Гц), целесообразно ограничить частоту кадров на уровне максимальной частоты монитора через приложение или драйвер — это снижает энергопотребление и нагрев без потери плавности.

Если FPS колеблется в пределах VRR-диапазона (например, 45–130 кадров в секунду на мониторе 48–144 Гц), адаптивная синхронизация обеспечит плавную подачу без разрывов и с минимальной задержкой.

Если FPS падает ниже нижней границы (например, 35 кадров в секунду), проверьте наличие поддержки Low Framerate Compensation (LFC). У мониторов с LFC минимальная эффективная частота составляет не менее двухкратного значения нижней границы (например, при 48 Гц — LFC активируется при FPS ≤ 24, но не при 35). Если LFC отсутствует, предпочтителен режим адаптивной VSync (NVIDIA) или Enhanced Sync (AMD): синхронизация отключается при просадке, и разрывы появляются только кратковременно, без рывков.

Шаг 3. Настройка в драйвере и приложении

Следуйте иерархии приоритетов:

В приложении — отключите встроенную VSync, если планируете использовать адаптивную синхронизацию. Некоторые движки (Unreal Engine, Frostbite) применяют собственную буферизацию, конфликтующую с драйверной VSync.
В панели управления видеокарты —
- Для NVIDIA: Управление параметрами 3D → Вертикальный синхроимпульс → Включить (только если нет G-Sync); при наличии G-Sync — Включить + Разрешить G-Sync для оконных и полноэкранных режимов.
- Для AMD: Настройки графики → Enhanced Sync → Включить (если нет FreeSync); при наличии FreeSync — FreeSync → Включить.
В настройках монитора (OSD) — убедитесь, что Adaptive-Sync, FreeSync или G-Sync включены. На некоторых панелях этот пункт скрыт в расширенных или сервисных меню.

Важно: при использовании G-Sync или FreeSync глобальная VSync в драйвере должна быть отключена, если активирована G-Sync для оконных режимов или FreeSync для оконных приложений. Современные драйверы позволяют использовать VRR в оконном и полноэкранном окне без полноэкранного режима, что снижает задержку и повышает совместимость с многозадачностью.

Шаг 4. Тонкая настройка под сценарий

Для киберспорта: отключите все формы синхронизации, установите высокую частоту обновления монитора, используйте NVIDIA Reflex или AMD Anti-Lag для снижения задержки рендеринга. Разрывы будут присутствовать, но их длительность сократится за счёт высокой частоты кадров.
Для видеозаписи и стриминга: включите VSync или адаптивную синхронизацию. Разрывы усложняют постобработку (например, стабилизацию), а стабильный FPS упрощает кодирование.
Для VR: используйте фиксированную частоту (например, 90 Гц), включите VSync и тройную буферизацию, отключите все энергосберегающие функции GPU.
Для работы с графикой (CAD, 3D-моделирование): отключите VSync — интерактивность важнее целостности кадра; при необходимости включите Fast Sync для временного устранения разрывов без рывков.

Диагностика и тестирование синхронизации

Качественная настройка невозможна без объективной оценки. Существует несколько подходов к диагностике.

Визуальные тесты

Простейший метод — использование анимированных тестовых сцен:

Blur Busters UFO Motion Test — движущийся объект с чёткими границами. Разрыв проявляется как горизонтальное смещение объекта по линии.
TestUFO Frame Skipping — чередование цветных кадров. Пропуск кадров (при VSync и низком FPS) виден как замедление чередования.
RTINGS.com Motion Test — серия видеороликов, демонстрирующих разрывы, рывки, задержку.

Тесты проводятся в полноэкранном режиме, с отключённым VSync, затем с включённым — для сравнения.

Программные инструменты

RivaTuner Statistics Server (RTSS) — отображает frametime, FPS, количество пропущенных и удвоенных кадров. График frametime позволяет выявить нестабильность: пики выше 16,7 мс при 60 Гц указывают на просадки; регулярные ступеньки — на действие VSync.
CapFrameX — строит распределение frametime, вычисляет 1% low и 0.1% low FPS — показатели стабильности. В сочетании с LatencyMon можно оценить влияние фоновых процессов на задержку.
NVIDIA FrameView — измеряет end-to-end latency: от нажатия клавиши до изменения пикселя на экране. Требует внешней камеры высокой частоты с ИК-маркером на переключателе.
AMD Adrenalin — Performance Metrics — встроенная панель с отображением input latency, frametime, GPU usage и статусом FreeSync.

Логирование и низкоуровневая диагностика

Для разработчиков и технических специалистов доступны инструменты глубокого анализа:

PresentMon — утилита с открытым исходным кодом, перехватывающая вызовы Present в DirectX и выводящая точное время операций, тип буферизации, статус VSync.
GPUView (Windows Performance Toolkit) — отображает взаимодействие CPU, GPU и дисплея на уровне планировщика. Позволяет выявить queuing delay, swap wait, scanline position.
EDID-анализаторы — проверяют корректность объявления поддержки VRR в дескрипторах дисплея. Некоторые мониторы объявляют поддержку, но не реализуют её аппаратно — это выявляется несоответствием в логах PresentMon.

Исторический контекст

Технологии синхронизации развивались параллельно с архитектурой графических систем.

В 1970–1980-х годах доминировали ЭЛТ-дисплеи с электронно-лучевой развёрткой. Программисты напрямую управляли видеопамятью и синхросигналами: для предотвращения разрывов использовалась вертикальная развёртка вручную — ожидание сигнала VBlank через чтение регистра таймера. Первые игровые консоли (Atari 2600, NES) синхронизировали логику и отрисовку по тактам процессора, чтобы уложиться в развёртку.

С появлением VGA и SVGA в 1990-х годах интерфейс абстрагировался, и синхронизация перешла на уровень BIOS и драйверов. Двойная буферизация стала стандартом в DirectX 1 (1995) и OpenGL 1.0 (1992). VSync по умолчанию отключалась в играх — производительность была критична, а разрывы считались допустимым компромиссом.

2000-е годы принесли рост разрешений и сложности сцен. NVIDIA ввела G-Sync в 2013 году после многолетней работы с производителями дисплеев. Первые G-Sync-мониторы содержали FPGA-модуль, управляющий таймингами независимо от кристалла генератора. AMD ответила FreeSync в 2015 году, используя уже существующий стандарт Adaptive-Sync в DisplayPort 1.2a. Это ускорило распространение технологии за счёт отсутствия лицензионных отчислений.

С 2018 года HDMI Forum стандартизировал VRR в HDMI 2.1, что позволило внедрить адаптивную синхронизацию в консоли (PlayStation 5, Xbox Series X|S) и ТВ. Современные стандарты (DisplayPort 2.1, HDMI 2.1b) включают механизмы координации HDR, DSC и VRR в едином потоке.