Введение
Мы уже писали о том, что в сентябре нынешнего года компания AMD объявила о реорганизации и создании выделенного подразделения Radeon Technologies Group (RTG), которое сфокусировано на графических решениях, а также сегментах виртуальной и дополненной реальности. Во главе этой группы стоит Раджа Кодури (Raja Koduri) — вице-президент и главный графический инженер компании.
Идея выделения «графической группы» в отдельное подразделение AMD должна способствовать оптимизации внутренних процессов компании и акценте RTG на графических решениях, дела с которыми у компании в последнее время идут хоть и не идеально, но явно лучше, чем у процессорного подразделения.
Мы ждали какой-то активности и анонсов от нового подразделения компании, занимающегося вопросами разработки графических процессоров, и вот, 8 декабря они анонсировали несколько новых технологий и улучшений, связанных с выводом изображения на экран. Хотя ничего эксклюзивного и уникального пока что не было представлено, но многие дисплейные технологии компании получили важные и полезные улучшения.
К примеру, была объявлена поддержка планируемых к выходу дисплеев, предназначенных для вывода HDR-изображений, анонсированы некоторые нововведения в технологии динамической частоты обновления FreeSync, также было объявлено и о поддержке разъёмов HDMI 2.0a и DisplayPort 1.3 следующим поколением графических процессоров компании AMD.
Поддержка HDR-дисплеев с расширенным динамическим диапазоном
Потребители нуждаются во всё более качественном выводе изображения, и для его обеспечения уже сейчас используется довольно большое количество пикселей, особенно если речь идёт об устройствах виртуальной реальности и 4K-дисплеях. Но для получения по-настоящему качественной картинки нужно не только большое количество пикселей, но и повышение их качества: вывод изображений в широком цветовом охвате с увеличенной контрастностью и максимальной яркостью.
На современных дисплеях человек видит лишь малую часть того, что он может наблюдать своими глазами в окружающем мире. Иначе говоря, диапазон воспринимаемых нашим глазом яркостей и цветов куда больше того, что дают нам нынешние устройства вывода визуальной информации. Возьмём, к примеру, относительную яркость (интенсивность свечения), которая измеряется в канделах на м2 (также единица измерения известна как нит, 1 нт=1 кд/м2).
Для солнечного света этот показатель равен 1600000000 нт, яркие блики на изображениях могут иметь яркость в десятки и сотни тысяч нит, зато детали в тенях — менее 1 нт. Этот диапазон очень широк, хотя относительная яркость для большинства привычных объектов составляет от 1 до 250 нт, и современные мониторы способны как раз отобразить от 0.1 нт до 250 нт максимум, а лучшие из обычных телевизоров — до 400 нт.
Для того чтобы хоть немного приблизиться к возможностям человеческого зрения, был введён новый индустриальный стандарт для телевизоров — HDR UHDTV, обеспечивающий диапазон яркости от 0.005 до 10000 нт. Внедрение High Dynamic Range во все стадии конвейера обработки изображения — то, чего ждут многие энтузиасты качественного изображения.
Первые HDR-устройства имеют яркость до 600–1200 кд/м2, но ЖК-мониторы с поддержкой High Dynamic Range (HDR) и локальной подсветкой в будущем смогут обеспечить до 2000 нт, а OLED-дисплеи — до 1000 нт максимум, зато при идеальном чёрном цвете и большей контрастности, в отличие от ЖК-дисплеев.
Первые подобные HDR-дисплеи ожидаются во второй половине 2016 года, ближе к его концу, а некоторые телевизоры с расширенным диапазоном уже доступны на рынке. Пусть они пока и далеки до идеальных показателей, но OLED обеспечит чёрный цвет, а LCD с локальной подсветкой способны на огромную яркость, и оба типа экранов подходят для игр в том числе, обеспечивая лучшие показатели по яркости, контрастности и цвету, приближающиеся к возможностям нашего зрения.
К слову о цвете, также пользователям нужен и расширенный цветовой диапазон, ведь наиболее распространённое сейчас цветовое пространство sRGB тоже довольно сильно отстаёт от возможностей зрения человека. И даже расширенное цветовое пространство AdobeRGB не даёт всех возможных цветовых оттенков, как и стандарт, принятый для цифровых кинофильмов — P3.
Нынешний контент почти весь создан в рамках стандартов BT.709, sRGB, SMPTE 1886 (Gamma 2.4), а новый же стандарт HDR-10, Rec.2020 (BT.2020), SMPTE 2084 способен обеспечить отображение более миллиарда цветов при 10-бит на компонент цвета, что также весьма серьёзно приближает качество цветопередачи к возможностям человеческого организма по распознаванию цветовых оттенков.
Для обеспечения высокого качества изображения нужны также и новые методы кодирования цветов, так как текущие методы были спроектированы в соответствии с устаревшими рекомендациями прошлого века с учётом исключительно ЭЛТ-устройств, они предполагают максимальную светимость в 100 нт, нерационально расходуют информацию в кодированном сигнале и плохо сохраняют данные в тенях.
Для современного контента разработаны новые стандарты: 10-битный и 12-битный ST 2084. Они учитывают возможности современных ЖК-дисплеев, могут закодировать световую интенсивность от 0 до 10000 нт, значительно улучшают качество и эффективность кодирования данных в тенях, а 12-битный вариант так и вовсе превосходит возможности человеческого зрения.
Но не нужно путать обсуждаемую тему устройств отображения с HDR-возможностями с тем, что давно появилось в играх и называется HDR-рендерингом. Действительно, многие современные игровые движки используют рендеринг с расширенным динамическим диапазоном, чтобы сохранить данные в тенях и светах, но делается это исключительно до вывода информации на дисплей. А далее изображение в любом случае будет приводиться обратно к обычному динамическому диапазону для того, чтобы можно было вывести его на SDR-монитор.
Для того чтобы сохранить максимум цветов и светимости, используются специальные алгоритмы тонального отображения (tone mapping) — преобразования тональных значений из широкого диапазона в узкий. И с учётом новых HDR-устройств нужны как улучшенные алгоритмы tone mapping, так и ориентация их уже на HDR-дисплеи, а не SDR. Инженеры AMD как раз и предлагают более эффективный и высокопроизводительный алгоритм tone mapping, предназначенный для видеокарт серии Radeon.
В результате работы нового алгоритма и при подключении HDR-дисплея, вместо тусклых цветов и малого диапазона яркостей на монитор будет выведено куда более яркое и близкое к реальности изображение. Мы уже видели HDR-рендеринг с выводом на HDR-телевизор в работе, и его результат выглядит весьма впечатляюще, особенно при сравнении с изображением на обычным мониторе, стоящем рядом. Так что стандартизацию и появление HDR-телевизоров и мониторов можно назвать одной из небольших революций, которая должна произойти довольно скоро.
В данный момент компания AMD усиленно работает для того, чтобы обеспечить поддержку HDR-дисплеев в своих видеокартах серий Radeon 300 и будущих продуктах, которые появятся в 2016 году и будут готовы к появлению массовых HDR-телевизоров и мониторов в конце года.
Собственно, в определённой мере даже нынешние видеокарты Radeon уже готовы для работы с такими мониторами. Серия Radeon 300 обеспечивает работу мониторов в разрешении 1920×1080 при 120 Гц и 10-бит на цвет, в разрешении 2560×1440 при 60 Гц и 10-бит, а также и в 4K-разрешении, но уже лишь при 30 Гц. Будущие же видеокарты в максимальном разрешении обеспечат уже частоту обновления в 60 Гц, в чём им поможет поддержка новых портов вывода: HDMI 2.0a и DisplayPort 1.3.
Сейчас AMD старается обеспечить поддержку HDR-дисплеев рабочими станциями и игровыми ПК в будущем году, ведь те же кинофильмы уже могут получить преимущество от такого вывода, так как Голливуд давно использует стандарты, превышающие бытовые. А вот для того, чтобы получить HDR-изображение в тех же игровых приложениях, будет необходимо переделывать не только графическую часть игрового движка, но и часть контента: например, текстуры должны также храниться в форматах, позволяющих использовать широкий цветовой и яркостный охват. И компания AMD также работает с игровыми разработчиками для того, чтобы лучшие игры 2016 года уже могли полноценно использовать возможности HDR-дисплеев.
И ещё один важный момент, на который будет нужно обратить внимание при использовании грядущих HDR-телевизоров в качестве мониторов для ПК — сочетание вывода отрисованного 3D-изображения в широком динамическом диапазоне и его дальнейшей постобработки в телевизоре, которая зачастую просто не отключается полностью в большинстве телевизоров. Было бы неплохо, если производители HDR-телевизоров обратили на это внимание и дали возможность полного отключения всей постобработки, попросту вредной при работе в качестве ПК-монитора.
Улучшения технологии AMD FreeSync
Группа Radeon Technologies Group не могла обойти своим вниманием и технологию динамической частоты обновления AMD FreeSync, имеющей несколько преимуществ перед аналогичной возможностью конкурента — NVIDIA G-Sync. Главным плюсом технологии AMD можно считать отсутствие необходимости в установке специальной платы в мониторы и оплаты лицензионных взносов со стороны производителей дисплеев. Соответственно, сравнимые по параметрам устройства с поддержкой FreeSync стоят обычно меньше, чем G-Sync-мониторы.
Неудивительно, что количество производителей дисплеев с поддержкой FreeSync более чем вдвое больше, чем с G-Sync, да и разнообразие моделей мониторов с поддержкой этих технологий примерно такое же, и снова в пользу FreeSync. Кроме этого, большая доля FreeSync-мониторов имеет на борту не только DisplayPort разъёмы, но и HDMI, а весьма приличная часть таких мониторов основана на качественных IPS- и *VA-матрицах и/или имеет высокое 4K-разрешение.
В недавнем обзоре нового видеодрайвера AMD Radeon Software Crimson Edition мы уже писали о технологии компенсации низкой частоты кадров Low Framerate Compensation (LFC), которая появилась в FreeSync, начиная с этой версии драйверов. Работа LFC заключается в том, что технология постоянно отслеживает скорость рендеринга и вставляет дополнительные кадры, когда частота кадров падает ниже минимальной поддерживаемой частоты обновления дисплеем с поддержкой FreeSync.
Специальный адаптивный алгоритм автоматически изменяет последовательность выходных кадров и их частоту обновления так, чтобы снизить неприятные рывки из-за падения частоты кадров. При FPS ниже минимальной частоты обновления и включенной вертикальной синхронизации (VSync on) FreeSync ранее вовсе не работал, что вызывало неплавность в смене кадров. Но теперь, с включением LFC, смена кадров в таком случае плавная. При отключенной синхронизации в тех же условиях наблюдаются разрывы кадра (так называемый tearing), но включение LFC снижает и их.
Технология LFC работает исключительно программно, и может быть модифицирована для будущих мониторов. В том числе поэтому никакой настройки со стороны пользователя или обновления монитора она не требует, эта возможность автоматически включается на всех мониторах с поддержкой FreeSync, максимальная частота обновления которых в 2.5 раза превосходит минимальную.
На приложенной диаграмме видно, что на конфигурации с монитором ASUS MG279Q с его диапазоном 35–90 Гц частоты обновления, без включения LFC рывки наблюдаются при частоте кадров менее 35 FPS, а при включении этой технологии FreeSync работает и при меньшей частоте, когда минимальная комфортная граница частоты кадров отодвигается вниз до 15 FPS.
Также компанией AMD был анонсирован ноутбук Lenovo Y700 — первый мобильный компьютер с FreeSync-дисплеем, который уже продаётся на североамериканском рынке в магазинах Best Buy по цене от $899. Ноутбук Lenovo Y700 основан на гибридном процессоре AMD FX-8800P «Carrizo» и дискретном видеоядре Radeon R9 M380 с подключённой напрямую ЖК-панелью на основе IPS-матрицы размером 15.6 дюймов и разрешением 1920×1080, имеющей динамическую частоту обновления в пределах от 40 до 60 Гц.
В ноутбуке используется стандарт eDP (embedded DisplayPort) и прямое подключение ЖК-панели к графическому процессору без необходимости установки специальной платы scaler. К сожалению, описанная нами выше технология компенсации низкой частоты кадров LFC в случае ноутбука Lenovo работать не будет, так как разница между 40 и 60 Гц меньше 2.5 раз, что слишком мало для корректной работы этой возможности.
Очередным анонсом, связанным с FreeSync, является объявление о совместной работе компании AMD с производителями мониторов для обеспечения возможности работы технологии FreeSync при HDMI-подключении, что на данный момент невозможно. Эта возможность важна потому, что разъёмы HDMI распространены куда шире, чем DisplayPort, что даст пользователям более широкий выбор телевизоров и мониторов с поддержкой технологии динамического изменения частоты обновления.
Кстати, по мнению представителей AMD, сравнительно малое количество мониторов с разъёмами DisplayPort объясняется в основном маркетинговыми причинами. Ведь порты HDMI значительно лучше известны по бытовым устройствам вроде телевизоров, плееров и проекторов, хотя за их использование производителям и приходится платить немалые отчисления.
AMD обещает открыть возможность работы FreeSync по HDMI в начале 2016 года, и эта возможность будет доступна для всех APU и GPU компании, которые поддерживают FreeSync по DisplayPort. Вероятно, это приведёт к расширению предложения FreeSync-дисплеев на рынке, так как 70% массовых устройств не имеют поддержки разъёма DisplayPort. Кроме этого, ещё одной из полезных возможностей станет возможность подключения FreeSync-монитора к ноутбуку с видеокартой Radeon и разъёмом HDMI на борту.
Компания полностью поддерживает будущую стандартизацию динамически изменяемых частот обновления в будущих версиях HDMI, но они не хотят ждать окончания процесса стандартизации. Так как текущий стандарт HDMI имеет возможность включения специальных vendor-specific расширений, компания AMD воспользовались этим временным решением, чтобы внедрить технологию FreeSync в уже существующую версию этого стандарта. Важно, что их расширение полностью совместимо как с будущими моделями Radeon, так и с уже вышедшими устройствами, соответствующими стандарту HDMI.
На данный момент компания работает со своими партнёрами, в числе которых Acer, LG, Mstar, Novatek, Realtek, Samsung, для обеспечения работы обсуждаемой технологии динамического частоты обновления в том числе и при помощи HDMI-портов. Приведём список первых мониторов с поддержкой работы FreeSync при HDMI-подключении от компаний Acer, LG и Samsung:
Как видите, мониторы готовятся разные, с размерами экрана от 20 до 34 дюймов и различным разрешением. Разве что типы устанавливаемых в них матриц пока что неизвестны.
Также поддержка работы технологии динамического изменения частоты обновления FreeSync с подключением по HDMI разъёмам будет обеспечиваться и будущими моделями ноутбуков, основанных на процессорах компании AMD: гибридных APU в сочетании с дискретными GPU, начиная с некоторых моделей, планируемых к выходу в первом квартале наступающего года.
Поддержка стандарта DisplayPort 1.3 в следующем поколении Radeon
Ну и последним, но от этого не менее важным анонсом сегодняшнего дня стало объявление о поддержке будущего стандарта вывода визуальной информации в следующем поколении графических процессоров компании AMD. Ожидаемые в следующем году видеокарты Radeon будут первыми в индустрии решениями с поддержкой DisplayPort 1.3. Новая версия этого стандарта использует существующие кабели и разъёмы, разве что могут накладываться дополнительные ограничения на их длину.
Вероятно, одними из первых графических решений Radeon следующего поколения будут мобильные GPU, которые и станут первенцами в поддержке стандарта DisplayPort 1.3 HBR3, окончательно выпущенного в сентябре 2014 года. Главным преимуществом нового стандарта является увеличение пропускной способности до 32,4 Гбит/с, что наконец-то отодвинет предел по пропускной способности, имеющийся в предыдущем поколении DisplayPort 1.2.
Это значение более чем на 80% превышает возможности HDMI 2.0 и позволяет под
