Почему видеокарта не может раскрыть свой потенциал из-за центрального процессора

Что является узким местом при работе центрального процессора и видеокарты в компьютерных играх? (и как это исправить)

Если вы какое-то время играли в игры (особенно на ПК), вы, вероятно, слышали об узких местах (бутылочном горлышке) при работе в связке центрального процессора и графического процессора. Эти концепции важны для понимания производительности игры, но лишь немногие игроки действительно знают, что они означают и как с ними работать.

ЦП и ГП выполняют разные задачи

Хотя в вашем компьютере много процессоров, два из них являются наиболее важными. Центральный процессор или CPU — это универсальный процессор компьютера. Он может выполнить любую инструкцию и решить любую проблему, если вы можете выразить, как это сделать в компьютерном коде.

Смотрите также: Основы центральных процессоров: несколько процессоров, ядер и Hyper-Threading

В видеоиграх процессор выполняет большую часть тяжёлой работы. Это включает в себя ИИ игровых персонажей, симуляцию физики в игровом мире и практически любой другой аспект кода видеоигры.

Графический процессор (видеокарта) или GPU — это более специализированный процессор. Он состоит из тысяч простых процессоров, которые очень хорошо справляются с определенным типом математики, используемым для рисования (рендеринга) изображений на вашем экране.

Видеоигры сильно зависят от обоих типов процессоров, хотя существует тенденция сосредотачиваться на графическом процессоре и бесконечной гонке за более чёткими и сложными изображениями.

Итак, что такое бутылочное горлышко?

Узкие места понять просто. Если вы работаете с командой людей, и все вы работаете на время, чтобы что-то создать, вы никогда не сделаете это быстрее, чем самый медленный член команды.

Это, по сути, и есть узкое место. Самый медленный компонент, участвующий в задании, ограничивает скорость выполнения задания. В общих вычислениях почти всё может быть узким местом. Например, если ваша оперативная память не может достаточно быстро передавать информацию вашему ЦП, ЦП проводит время в режиме ожидания. В этом случае оперативная память является узким местом. В идеале производительность различных компонентов вашего компьютера должна быть сбалансирована, чтобы ни один из них не тратил время на праздное ожидание другого. Однако в реальном мире это лишь идеальная, а не реальная цель.

Почему узкие места влияют на производительность игры?

Основным показателем, по которому измеряется производительность игры, является FPS или количество кадров в секунду. Это количество дискретных изображений, которые игра может отобразить за одну секунду. Сегодня 60 кадров в секунду являются желаемой целью, а 30 кадров в секунду часто считаются минимальным уровнем производительности, прежде чем станут очевидными серьёзные проблемы с игровым процессом.

Каждый кадр, создаваемый игрой, является конечным результатом «конвейера рендеринга», что означает последовательность шагов, связанных с отрисовкой изображения. Представьте себе художника, который начинает с карандашного наброска, а затем рисует последовательные слои деталей и объектов, пока не будет готово окончательное изображение. Теперь представьте, что группа художников работает над одной и той же картиной, но у каждого из них есть своя работа. Некоторые могут выполнять свою работу параллельно, в то время как другим приходится ждать результатов другого художника, прежде чем добавлять свои собственные.

Если вы хотите отображать на экране 30 кадров в секунду, конвейер рендеринга имеет ограничение по времени около 33 миллисекунд для завершения каждого кадра. Если вы хотите показывать 60 кадров в секунду, у вас есть только половина этого количества времени. Некоторые современные видеоигры работают с частотой кадров 120 кадров в секунду и выше. Делая это, вы сокращаете время рендеринга до единичных миллисекунд!

Если ваш процессор может вносить свой вклад в конвейер рендеринга только чтобы производить не более 30 кадров в секунду, тогда не имеет значения, насколько быстр или мощен графический процессор. Обратное также верно. Оба компонента должны выполнить свои обязанности конвейера рендеринга в течение установленного времени, иначе у вас возникнет узкое место, ограничивающее производительность игры самым медленным компонентом.

Признаки узкого места CPU или GPU

Обнаружить узкое место в игре несложно. Вам понадобится программное обеспечение для отображения показателей производительности во время игры. Вы можете использовать сочетание клавиш Win+G, чтобы вызвать встроенные в Windows плавающие панели с информацией о производительности в Windows 11 и Windows 10, или найти одну из множества сторонних альтернатив.

Какой бы измеритель производительности вы ни использовали, вот несколько общих практических правил:

• CPU на 99-100%, с GPU ниже 99-100%: узкое место ЦП.
• GPU на 99-100%, с CPU ниже 99-100%: нормально, если производительность не ниже целевой частоты кадров, в противном случае узким местом является GPU.
• VRAM на 99-100%: VRAM может быть переполнена, что приводит к узким местам, поскольку данные передаются на гораздо более медленный жёсткий диск или твердотельный накопитель.
• ОЗУ на 99-100%: так же, как и при переполнении видеопамяти, могут происходить замедления при перемещении данных в файл подкачки и из него.

Мы должны подчеркнуть, что если ваша игра постоянно работает с целевой частотой кадров и желаемым уровнем детализации, то ни одно из этих чисел не имеет значения. Это становится актуальным только тогда, когда вас не удовлетворяет производительность игры.

Смотрите также: Как увидеть FPS в любой игре в Windows 11 и Windows 10 (без установки дополнительных программ)

Разные игры, разные узкие места

Важно отметить, что ваша система может иметь узкое место в одной игре, но не в другой. С другой стороны, в двух разных играх могут обнаружиться разные узкие места. Различные игровые движки и жанры оказывают давление на разные части системы. Например, большие игры с открытым миром или те, которые предлагают очень реалистичные симуляции, могут разгрузить ваш процессор, в то время как яркие коридорные шутеры имеют небольшую нагрузку на процессор, но достаточно требовательны к видеокарте.

Советы по устранению узких мест в играх

В зависимости от типа узкого места, есть несколько вещей, которые вы можете попробовать, чтобы решить эту проблему. Бесплатных обедов тут, конечно, нет. Чем-то придётся пожертвовать во имя производительности, но общее впечатление от игры должно улучшиться.

Если вы собираете новый ПК или модернизируете существующий, важно сочетать ЦП и ГП вместе, чтобы обеспечить сбалансированный уровень производительности. Мы знаем, что это не поможет вашему нынешнему компьютеру, но это отличный совет, о котором следует помнить в будущем.

Если у вас узкое место ЦП, попробуйте снизить настройки в игре, которые непропорционально сильно влияют на ЦП. Например, более низкая точность физики или плотность толпы могут снизить нагрузку на ЦП.

Хотя это может показаться нелогичным, рассмотрите возможность увеличения нагрузки на ваш графический процессор, когда у вас узкое место в процессоре. Увеличивайте настройки до тех пор, пока ваш графический процессор не будет загружен на 100%. Это позволит графическому процессору задавать темп и даст центральному процессору передышку. Это не означает, что вы увеличите частоту кадров, но, по крайней мере, вы получите наилучшее качество изображения, которое ваша система может производить при заданной частоте.

Когда у вас узкое место в ЦП, вы также можете рассмотреть возможность установки ограничения частоты кадров. Опять же, это не позволит вам достичь более высокой частоты кадров, но снизив предел до уровня, при котором ЦП не будет полностью загружен, вы можете уменьшить или устранить заикание и сделать игру более играбельной.

Если не справляется GPU, хорошая новость заключается в том, что это легко исправить. Графика может масштабироваться так, как не могут задачи ЦП. Вы можете получить большую выгоду, уменьшив разрешение или уменьшив графические настройки на несколько ступеней. Обычно вы можете найти руководства по оптимизации для своей игры, выделяя настройки, которые больше всего влияют на производительность.

Узкие места в играх всегда будут оставаться горячей темой, и их может быть сложно решить, но, проявив немного терпения, вы обычно можете найти правильный баланс настроек, который лучше всего работает с вашим оборудованием.