Čo je to DLSS, upscaling a ďalšie technológie grafických kariet

DLSS, FSR, Frame generation, Reflex. Vo svete grafických kariet sa používa veľa termínov pre rôzne softvérové technológie. Čo sú ale vôbec zač a čo vlastne robia? V nasledujúcom článku sa o týchto technológiách dozviete všetko dôležité.

O čom sa dočítate:

Jeden názov pre mnoho technológií

Počet snímok za sekundu

Upscaling

Frame generation

Technológie pre zníženie odozvy

Ďalšie softvérové technológie

V našom článku o výbere grafickej karty sme sa venovali predovšetkým ich hardvéru a výpočtovému výkonu. V posledných rokoch sa však stále viac dostáva do popredia aj softvérová časť výbavy grafických kariet. Medzi tie najdôležitejšie patrí upscaling a frame generation, nemožno však prehliadnuť ani iné technológie. Preto sa pozrieme na tieto technológie podrobnejšie.

DLSS, FSR a ďalšie technológie

Hneď na úvod je dôležité povedať, že názvy ako DLSS či FSR zastrešujú viac technológií, ako tomu bolo kedysi. Napríklad DLSS je skratka pre Deep Learning Super Sampling a označovala sa tak technológia pre upscaling obrazu. Dnes zahŕňa aj ďalšie technológie ako Frame Generation či Ray Reconstruction. Pre prehľadnosť náš článok rozlišuje jednotlivé technológie, aj keď spadajú pod jeden názov.

Každý z výrobcov má svoje vlastné technológie a tie zastrešujú nasledujúce názvy:

• NVIDIA je vývojárom technológie DLSS, posledná verzia je DLSS 4.0.
• AMD je vývojárom technológie FSR, posledná verzia je FSR 4.
• INTEL je vývojárom technológie XeSS, posledná verzia je XeSS 2.

Počet snímok za sekundu ako základná metrika

Pri hraní hier sa obraz skladá z mnohých jednotlivých snímok, ktoré grafická karta musí spracovať (tzv. renderovať). Následne ich postupne posiela do monitoru, ktorý ich zobrazuje. Počet snímok vyrenderovaných za sekundu sa nazýva FPS (Frames per second). Pre hráčov je dôležité, aby ich pre plynulosť hry bolo čo najviac. Minimum pre pohodlné hranie je dnes 30 FPS, väčšinou sa odporúča aspoň 60 FPS.

Renderovanie je výpočtovo veľmi náročné a má naň vplyv mnoho faktorov. Napríklad pri graficky náročných akčných hrách dokáže grafická karta vyrenderovať menej snímok ako napríklad pri jednoduchej 2D plošinovke.

Upscaling

Jedným z faktorov, ktorý dáva výpočtom grafickej karty najviac zabrať, je rozlíšenie. Ak hráte vo Full HD, grafická karta renderuje obraz v rozlíšení 1920 × 1080 pixelov, celkom teda 2 073 600 pixelov. Ak však prepnete na rozlíšenie 4K (3840×2160 px), tak grafická karta razom renderuje 8 294 400 obrazových bodov, teda 4-krát viac! Nastáva tu obrovský skok vo výpočtovej náročnosti pre grafickú kartu.

A práve tu prichádza na rad upscaling. Ide o proces, kedy je hra vyrenderovaná na nižšie rozlíšenie (napríklad 2560 × 1440 px) a následne sú pomocou AI dopočítané detaily obrazu na vyššie rozlíšenie (napríklad 3840 × 2160 px). Takto dosiahnutému rozlíšeniu sa hovorí upscalované. Ak je rozlíšenie vyrenderované bez upscalingu, ide o natívne rozlíšenie. Veľmi tým klesá výpočtová náročnosť a hry dosahujú vyššie FPS. Každý výrobca má svoje vlastné upscalingové riešenie.

Upscaling nie je dokonalé riešenie, pretože AI si snaží „domyslieť“ detaily a nie vždy sa trafí na 100 %. Obraz sa tak môže zdať napríklad viac rozmazanejší ako v natívnom rozlíšení.

Hra War Thunder. Na obrázku v natívnom rozlíšení bez upscalingu.

A teraz so zapnutým upscalingom DLSS 4.0 na úrovni kvalita.

DLSS Super Resolution

DLSS Super Resolution je upscalingovým riešením spoločnosti NVIDIA. Prvýkrát bolo predstavené verejnosti v roku 2018, ide tak o najdlhšie vyvíjaný model. Zo všetkých upscalingových riešení dosahuje všeobecne najlepšie výsledky – hry si zachovávajú najvyššiu kvalitu obrazu.

DLSS Super Resolution je dostupné len pre grafické karty NVIDIA, pretože využíva tzv. tensor jadier, ktorý sa stará o všetky AI výpočty na kartách NVIDIA. Sú ich súčasťou od série 2000. Aktuálna verzia je 4.0 a je možné ju spätne importovať do hier so staršou verziou DLSS, pri ktorých nedošlo k aktualizácii na novšiu verziu. DLSS podporuje viac než 750 hier.

Jednou z veľkých tém ohľadom poslednej verzie 4.0 bola zmena AI modelu z CNN na tzv. transformer. Technické vysvetlenie je zložité, ale hlavný rozdiel je v tom, že nový model lepšie rozumie obrazu ako celku a všeobecne tak dosahuje lepšie výsledky pri jeho rekonštrukcii z nižšieho rozlíšenia. Je taktiež spätne kompatibilný a využívať ho môžu karty od série RTX 2000 a vyššie. Nevýhodou je, že transformer je o niečo málo pomalší než CNN, a to má mierny vplyv na FPS. NVIDIA umožňuje zvoliť si, aký model chcete používať v hrách.

Cez NVIDIA aplikáciu si môžete zvoliť, aký model chcete používať pri jednotlivých hrách. Predvoľby A-D sú starší CNN model, J-K zas nový transformer.

FSR FidelityFX Super Resolution

FSR je riešením upscalingu od AMD. Verzia 4 je exkluzívne pre karty AMD série 9000 a čo sa týka kvality obrazu, dosahuje takmer rovnaké výsledky ako najnovšia technológia DLSS. Najnovšia verzia je exkluzívne určená pre karty série 9000 z toho dôvodu, že podobne ako DLSS používajú dedikovaný AI hardvér (v prípade AMD nazvaný AI akcelerátory) prítomný na grafických kartách AMD.

Predchádzajúce generácie kariet AMD nedisponovali týmto AI hardvérom a výpočet prebiehal na bežných jadrách kariet. Vďaka tomu bolo možné využívať staršie verzie FSR (3.1 a nižšie) aj na kartách iných výrobcov, kvalita obrazu pri starších verziách FSR je však výrazne horšia než pri DLSS. Všeobecne je tiež slabšia podpora týchto technológií. Do konca roku bude FSR 4 podporovať okolo 75 hier, staršie verzie sú dostupné pri cca 400 hrách, s tým, že hry podporujúce staršiu verziu 3.1 sa dajú aktualizovať na verziu 4.

XeSS Super Resolution

XeSS Super Resolution je upscalingovým riešením od Intelu. XeSS SR funguje, na rozdiel od DLSS a FSR, v zvláštnom režime, v ktorom existujú 2 verzie, ale nie sú na prvý pohľad rozdelené. XeSS je, podobne ako staršia verzia FSR, agnostická k platforme a môžete ju zapnúť pri kartách iných výrobcov. Ak ju však zapnete priamo na kartách INTEL, XeSS využíva ich dedikovaný hardvér a kvalita obrazu je na týchto kartách lepšia.

Všeobecne je kvalita XeSS lepšia než pri FSR 3 ale zatiaľ nedosahuje kvalít posledných verzií DLSS a FSR. Podpora je taktiež omnoho horšia. Aktuálna verzia 2 je dostupná iba na 19 hrách, staršiu verziu podporuje niečo málo cez 100 hier.

Úroveň upscalingu

To, ako veľmi bude hra obraz upscalovať, závisí od nastavení, ktoré si zvolíte. Platí pravidlo, že čím vyššia úroveň, tým bude lepšia kvalita obrazu, ale zároveň bude nižší zisk FPS. Úrovne nastavenia kvality používajú NVIDIA pri DLSS a AMD pri FSR rovnaké a totožné je dokonca aj ich škálovanie. INTEL s XeSS používa viac úrovní, niektoré sa však prekrývajú.

Nasledujúce tabuľky ukazujú, ako funguje škálovanie pri jednotlivých úrovniach upscalingu. V tabuľke je zvolené rozlíšenie 4K ako cieľové rozlíšenie, na ktorom chceme, aby hra bežala. Pravá časť tabuľky ukazuje, z akého rozlíšenia daná úroveň obraz upscaluje.

Porovnanie DLSS v 4K. Vľavo úroveň nastavenia Kvalita, vpravo nastavenie Ultra výkon.

Pre zaujímavosť ešte rovnaká tabuľka, ale tentokrát pre Full HD rozlíšenie 1920 × 1080p.

Porovnanie DLSS vo Full HD. Vľavo úroveň nastavenia Kvalita, vpravo nastavenie Ultra výkon.

Tu možno vidieť jednu z veľkých nevýhod upscalingových technológií. Ak je kvalita východiskového rozšírenia dostatočne vysoká, tak kvalita obrazu príliš netrpí, ako vidieť napríklad pri 4K príklade. Pri nižších rozlíšeniach ale dochádza k upscalingu z obrazu s veľmi nízkou kvalitou. Ak zvolíme úroveň ultra výkon pri upscalingu na Full HD, kvalita pôvodného rozlíšenia je iba 640 × 360. AI má potom veľmi málo informácií, z ktorých dokáže rekonštruovať obraz a výsledná kvalita je veľmi nízka. Takýto obraz je rozmazaný, detaily majú nízku kvalitu a niektoré zmiznú úplne. Často sa objavuje aj ghosting.

Anti-Aliasing

Upscaling súvisí aj s Anti-Aliasingom, pretože ho sám do istej miery vykonáva. Keďže je obraz zložený z pixelov, tak sa všade nachádzajú ostré hrany. Tieto ostré hrany pôsobia veľmi rušivo, preto sa pristupuje na anti-aliasing – vyhladzovanie hrán. Najjednoduchšou verziou je vyhladenie prechodu medzi dvomi objektmi, čím dôjde k rozmazaniu ich okrajov. Tento spôsob je relatívne účinný, ale má ten nedostatok, že obraz celkovo pôsobí rozmazane a stráca detaily.

Anti-Aliasing v praxi. Hore nevyhladené hrany, dole vyhladzovanie.

Všetky upscalingové riešenia majú možnosť natívneho režimu, ktorý pomáha s Anti-Aliasingom. Hra je renderovaná v natívnom rozlíšení, nie je upscalovaná, obraz je ale ešte spracovaný AI. Vďaka tomu dochádza k presnejšiemu vyhodnoteniu toho, čo treba vyhladzovať a čo nie. Vzniká určitá výpočtová náročnosť a hra potom beží o niečo horšie, kvalita obrazu je ale lepšia. Ide o ideálne riešenie pri hrách, pri ktorých máte dostatok FPS a chcete kvalitnejší obraz.

Pri DLSS sa tento režim nazýva DLAA (Deep Learning Anti-Aliasing), pri väčšine hier je však nazvaný väčšinou ako Natívny AA, a ten istý názov je väčšinou aplikovaný pre FSR aj XeSS.

Ak vás zaujíma, akú verziu upscalingových technológií podporujú jednotlivé hry, môžete sa pozrieť sem.

Frame generation

Ďalšou technológiou je frame generation (skratka FG). Cieľom je FG je zvýšiť FPS bez nutnosti renderovať ďalšie snímky. V podstate ide o to, že medzi dve klasicky vyrenderované snímky sa vloží ďalšia, ktorú vygeneruje AI, a to na základe informácií z vyrenderovaných snímok. Zjednodušene teda AI vezme dve hotové snímky a odhaduje, čo sa medzi nimi stalo.

FG je zahrnutý ako súčasť upscalingových technológií. Najnovšia verzia FG od NVIDIE sa nazýva Multi Frame Generation a je zahrnutá do DLSS 4.0. Táto verzia podporuje vloženie až troch vygenerovaných AI snímok medzi dve vyrenderované snímky. Teoreticky je možné zvýšiť FPS v hre až 4-krát. Táto verzia je podporovaná len pri kartách série 5000, karty série 4000 umožňujú vloženie iba jednej AI snímky (FPS možno zvýšiť 2×). DLSS Frame generation nie je podporované pri kartách série 3000 a starších.

Frame generation na kartách RTX. Aj keď obrázok naznačuje, že sa ďalšie snímky generujú z predchádzajúcich, v skutočnosti ide o interpoláciu 2 vyrenderovaných snímok, medzi ktoré sa vkladajú AI snímky.

FG podporuje aj FSR a označuje sa ako AMD Fluid Motion Frames (AFMF). Tu však existuje iba režim vloženia jednej snímky. Podporovaný je pri kartách od série 6000 a vyššej. XeSS od INTEL taktiež disponuje vlastnou verziou FG označenou XeSS-FG.

Dôležité je upozorniť, že nie každá hra, ktorá obsahuje najnovšie verzie DLSS, FSR či XeSS, podporuje FG a preto záleží na integrácii vývojárov.

FG má aj jednu významnú nevýhodu. V režime bez FG sa snímka vyrenderuje a čo najskôr posiela na výstup ako obraz. Pri FG ale musí druhá snímka čakať na to, kým ju AI spracuje a na jej základe vygeneruje snímku, ktorá jej predchádza a až potom je druhá vyrenderovaná snímka poslaná na výstup. FG tak prináša do hry isté oneskorenie vo forme odozvy a nehodí sa z tohto dôvodu napríklad do multiplayerových hier, v ktorých záleží na každom okamžiku.

Kvôli odozve sa odporúčajú minimálne FPS, ktoré treba dosiahnuť, aby FG správne fungoval a nedochádzalo k prílišnému oneskoreniu. Minimálna odporúčaná hodnota je 40 FPS pred zapnutím FG, ale všeobecne sa odporúča aspoň 60 FPS.

Príklad použitia FSR. Pri použití upscalingu a FG je možné dosiahnuť až niekoľkonásobného zvýšenia FPS pre hladší pocit z hry.

Technológie pre zníženie odozvy

Ďalšími technológiami, ktorými sa výrobcovia grafických kariet pýšia, sú technológie pre zníženie odozvy systému. V tomto prípade ide o odozvu celého systému od momentu, kedy vykoná nejakú akciu, do momentu, keď sa daná akcia zobrazí na monitore.

Putovanie akcie zo vstupného zariadenia na monitor.

Ako príklad môžeme uviesť výstrel v hre. Pri stlačení tlačidla myši dôjde k pokynu pre výstrel. V tej chvíli dochádza k zavedeniu začiatočnej odozvy. Informácia o stlačení tlačidla putuje do procesora. Ten spraví výpočty, vyhodnotí a rozhodne, ako má snímka s touto informáciou vyzerať v hre. Informácia je následne predaná do radu na renderovanie, v ktorom čaká, kým si ju prevezme GPU, aby na základe týchto informácií vyrenderoval snímku a tú následne poslal do monitora na zobrazenie.

Práve tento rad je časť, na ktorú sa zameriavajú technológie pre zníženie odozvy. Snažia sa tento rad minimalizovať tak, aby CPU bolo s GPU čo najviac synchronizované a GPU začalo pracovať na vykreslení snímky čo najskôr.

Tieto technológie dokážu znížiť odozvu až o polovicu. Uplatnenie nachádzajú hlavne v eSport hrách ako napríklad Counter-Strike či Valorant, kde záleží na každom momente.

Technológiu pre zníženie odozvy musí implementovať každá hra zvlášť. Záleží teda na spolupráci vývojárov hier a výrobcoch grafických kariet. Technológie pre zníženie odozvy sú nasledujúce:

• NVIDIA Reflex – podporuje cez 100 hier
• AMD Anti-Lag – podpora najnovšej verzie 2 zatiaľ pre 12 hier
• XeSS Low Latency – podpora pre hry s verziou XeSS 2

Ďalšie softvérové technológie

Grafické karty ponúkajú veľa softvérových vylepšení, ktoré ocenia hráči (ale aj nehráči). Vybrali sme pre vás tie najzaujímavejšie.

Ray Reconstruction

Ray Tracing má dnes jeden z najväčších vplyvov na celkový dojem z grafiky hier. Do hier totiž pridáva realistickú simuláciu toho, ako rôzne materiály reagujú na dopad svetelných lúčov. Hry potom vďaka tomu vyzerajú lepšie, pretože svetelné efekty vyzerajú viac realisticky, odrazy objektov vo vode sú presnejšie a tiene lepšie reagujú na zmeny svetla v scéne.

Ray Tracing je ale extrémne náročný na výpočet, a preto sa simuluje len obmedzené množstvo lúčov. Tu potom prichádza na rad technológia Ray Reconstruction, ktorá je súčasťou DLSS od verzie 3.5 a pomocou AI sa snaží spresniť to, ako má scéna vyzerať. Výsledkom je vernejšie spracovanie snímok, ktoré sa zobrazujú na monitore.

Vylepšenie obrazu pomocou Ray Reconstruction. Lepšie spracovanie odrazov je jedným z prínosov tejto technológie.

AMD oznámilo podobnú funkciu s názvom Ray Regeneration, ktorá bude dostupná v ďalšej verzii FSR pre karty série 9000.

RTX Video super resolution

Ďalšou technológiou, ktorá využíva AI jadrá pri kartách NVIDIA je RTX Video Super Resolution. Podobne ako Super Resolution vykonáva upscaling rozlíšenie pri hrách, tak RTX Video používa upscaling v reálnom čase pri aktuálne prehrávaných videách. Vylepšuje tak kvalitu obrazu videí s nižším rozlíšením.

Poslednú verziu predstavuje technológia RTX Video HDR, ktorej cieľom je previesť SDR videá do HDR a vylepšiť ich kvalitu obrazu. Obe funkcie je možné zapnúť na kartách série RTX 2000 a novších v ovládacom paneli NVIDIA.

AMD ani Intel zatiaľ nemajú ekvivalentnú funkciu k tejto technológii.

Screen recording a monitoring

Všetci výrobcovia taktiež poskytujú vlastné riešenie pre záznam obrazovky. Či už ide o snímky obrazovky, videá z hier či streamovanie, každý ponúka svoje vlastné technológie, ako vykonávať tieto úlohy. Nemusíte sa tak spoliehať na softvér tretích strán. Výhoda je v tom, že softvér priamo od výrobcu má menší vplyv na výkon a dosahuje lepšie výsledky.

Výrobcovia grafických kariet tiež ponúkajú aplikácie pre monitorovanie systému. Môžete tak sledovať teploty, aké váš systém dosahuje, koľko FPS máte v hrách či koľko percent vašej pamäti je využívaných danou aplikáciou. Všetky tieto nástroje môžu pomôcť pri odstraňovaní problémov, ak k nejakým dôjde, keďže môžete rýchlo odhaliť pôvodcu.

Príklad rozhrania NVIDIA. Priamo v ňom môžete vytvoriť snímky obrazovky, nahrať video či napríklad monitorovať výkon.

Záver

Evolúcia v hardvéri nepostupuje už tak rýchlo ako kedysi a nové generácie hardvéru tak nepredstavujú prílišný pokrok vo výkone. Technológie ako upscaling a FG sa preto snažia vykompenzovať pomalší vývoj pomocou softvéru.

FAQ - na čo sa pýtate najčastejšie?

Súvisiace články:

Ako vybrať SSD?

Ako vybrať chladič procesora

Ako vybrať počítačovú skriňu?

Ako vybrať počítačový zdroj?

Ako vybrať grafickú kartu

Ako vybrať procesor