Kalkulator wąskiego gardła CPU i GPU

Czas klatki to dobry punkt wyjścia

Liczba klatek na sekundę jest odwrotnością czasu klatki. Gdy czas podano w milisekundach:

górny limit liczby klatek = 1000 / czas klatki w ms

Wolniejszy ze zmierzonych etapów wyznacza górny limit uproszczonego potoku przetwarzania:

szacowany górny limit = 1000 / max(czas klatki CPU, czas klatki GPU)

Jest to oszacowanie diagnostyczne, a nie obietnica, że gra będzie wyświetlać klatki dokładnie z taką częstotliwością. Na obserwowaną liczbę FPS mogą wpływać limit klatek, synchronizacja, kolejki, praca silnika, wczytywanie danych, planowanie zadań przez system operacyjny i prezentacja obrazu. Microsoft osobno definiuje czas CPU i GPU na klatkę w swoich wytycznych dotyczących profilowania DirectX, ponieważ każda ze stron może przekroczyć dostępny budżet czasu klatki.

Przeliczenie 1000 / ms wyznacza górny limit dla mierzonego etapu. Na przykład czas CPU wynoszący 12 ms odpowiada około 83,33 FPS, a czas GPU wynoszący 7 ms, około 142,86 FPS. W tym pomiarze strona CPU jest wolniejsza, a uproszczony górny limit wynosi około 83,33 FPS.

Dlaczego tolerancja jest ważna

Zbliżonych czasów klatek nie należy przedstawiać z fałszywą pewnością. Kalkulator porównuje bezwzględną różnicę z czasem klatki wolniejszej strony:

różnica względna = |CPU ms - GPU ms| / max(CPU ms, GPU ms) × 100

Jeśli różnica mieści się w wybranej tolerancji, wynik dla tego pomiaru jest zrównoważony lub niejednoznaczny. Jeśli przekracza tolerancję, stroną ograniczającą w tej chwili jest ta z dłuższym czasem klatki.

Ten procent opisuje odstęp między dwoma pomiarami czasu dla jednego obciążenia. Nie jest to procent marnowanych zasobów CPU lub GPU ani prognoza wzrostu wydajności po zmianie sprzętu.

Zadbaj o powtarzalność pomiaru

Między porównywanymi testami obciążenie musi pozostać stałe. Zachowaj te same:

• wersję gry i silnika;
• zapis gry, powtórkę, sekwencję testu wydajności lub stałą trasę ruchu;
• rozdzielczość, skalę renderowania, profil jakości i interfejs graficzny API;
• limit klatek, stan VSync i rozdzielczości dynamicznej;
• ustawienia sterownika, tryb zasilania i obciążenie w tle;
• czas rozgrzewania i długość rejestracji.

Uruchom test kilka razy i porównaj reprezentatywne statystyki, zamiast polegać na jednej krótkiej próbce. Wytyczne AMD dotyczące wydajności CPU zalecają ustalenie zmiennych, takich jak scena testowa i ziarno generatora liczb losowych. W poradniku dotyczącym Unreal Engine firma AMD proponuje też zmianę rozdzielczości jako metodę diagnostyczną: jeśli znacznie wyższa rozdzielczość renderowania prawie nie zmienia wydajności, jest to przesłanka, którą warto zbadać pod kątem ograniczenia po stronie CPU przy tym obciążeniu. Nadal jest to jednak tylko przesłanka, a nie uniwersalny werdykt.

Dlaczego wykorzystanie zasobów nie jest dowodem

Poziom wykorzystania może wspierać diagnozę, ale sam jej nie potwierdza. Łączne wykorzystanie CPU może wyglądać na umiarkowane, mimo że jeden główny wątek lub wątek renderujący jest w pełni obciążony. Niskie wykorzystanie GPU może wynikać z limitu klatek, oczekiwania na CPU, synchronizacji lub zbyt małej ilości przesłanej pracy. Wysokie wykorzystanie GPU mówi, że układ był zajęty; nie wskazuje dokładnego kosztownego przebiegu ani nie pozwala przewidzieć wyniku modernizacji.

Narzędzia do pomiaru czasu zapewniają lepszy kontekst. Intel PresentMon rejestruje telemetrię klatek i GPU, NVIDIA Nsight pokazuje czasy klatek CPU i GPU oraz zakresy obciążenia GPU, a AMD Radeon GPU Profiler wizualizuje czasy kolejek i okresy bezczynności GPU. Nawet progi stosowane przez profilery są heurystykami: klasyfikacja ograniczenia po stronie CPU w Radeon GPU Profiler korzysta z regulowanego progu bezczynności GPU, a nie z prawa obowiązującego dla każdego silnika.

Co można, a czego nie można wywnioskować z 1% Low FPS

Wartość 1% Low podsumowuje wolny koniec rozkładu czasów klatek, dlatego pomaga wykryć nierównomierne wyświetlanie, które może ukryć średnia. Nie pokazuje jednak, czy za wolne klatki odpowiadały CPU, GPU, strumieniowe wczytywanie zasobów, kompilacja shaderów, presja na pamięć czy inny przestój.

Różnią się także definicje. Niektóre raporty wyliczają częstotliwość z 99. percentyla czasu klatki (1000 / czas klatki p99), a inne uśredniają najwolniejszy 1% próbek FPS. NVIDIA Nsight Systems definiuje długość klatki dla 99. percentyla jako wartość, od której dłuższy jest tylko 1% klatek. Porównując wyniki, zanotuj użyte narzędzie i definicję. Nie zastępuj dopasowanych czasów CPU i GPU na klatkę wartością 1% Low.

Dlaczego uniwersalne procenty wąskiego gardła wprowadzają w błąd

Komputer nie ma jednego stałego stosunku wąskiego gardła CPU do GPU. Czynnik ograniczający może się zmieniać zależnie od gry, sceny, rozdzielczości, ustawień, wersji silnika, sterownika, limitu klatek i docelowej liczby FPS. Ruchliwa scena miejska może mocno obciążać symulację i przesyłanie wywołań rysowania, podczas gdy inna scena przy wyższej skali renderowania może wymagać więcej czasu GPU.

Kalkulatory oparte na nazwach modeli nie widzą tych warunków. Wynik taki jak „23% wąskiego gardła” bez pomiarów czasu w tej samej scenie nie ma trwałego znaczenia technicznego. Użyj tego kalkulatora do opisania faktycznie wykonanego pomiaru, powtórz test z interesującym Cię obciążeniem, a gdy chcesz znaleźć konkretną przyczynę, skorzystaj z profilera osi czasu.

Oficjalne źródła techniczne

• Microsoft: profilowanie aplikacji DirectX
• Intel: monitorowanie wydajności za pomocą PresentMon
• NVIDIA: kondycja klatek w Nsight Systems
• NVIDIA: GPU Trace w Nsight Graphics
• AMD GPUOpen: omówienie Radeon GPU Profiler
• AMD GPUOpen: poradnik wydajności dla Unreal Engine
• AMD GPUOpen: poradnik wydajności procesorów Ryzen