Przez wiele lat dyskusje na temat wydajności w grach były stosunkowo proste.
Jeśli zależało ci na wyższej liczbie klatek na sekundę:
- zmodernizować kartę graficzną
- zaopatrzyć się w szybszy procesor
- może warto dodać więcej pamięci RAM
Pojemność pamięci masowej uznawano głównie za istotną w przypadku ekranów ładowania, natomiast szybkość pamięci często traktowano jako drugorzędny element optymalizacji.
Jednak nowoczesne silniki gier całkowicie zmieniają tę relację.
Dzisiejsze gry nie działają już jak odizolowane aplikacje, które najpierw ładują wszystkie elementy, a następnie po prostu wyświetlają klatki. Nowoczesne silniki nieustannie przesyłają strumieniowo ogromne ilości danych w czasie rzeczywistym:
- tekstury
- geometria
- shadery
- animacje
- materiały audio
- dane światowe
W rezultacie wąskie gardła sprzętowe stają się bardziej dynamiczne i wzajemnie powiązane niż kiedykolwiek wcześniej.
Tradycyjne przekonanie, że “procesor graficzny zawsze stanowi wąskie gardło”, staje się coraz mniej trafne.
1. Starsze silniki gier a nowoczesne silniki
Starsze gry w dużym stopniu opierały się na statycznym ładowaniu.
Gdy rozpoczęła się rozgrywka:
- procesor zajmował się logiką gry
- klatki wyrenderowane przez procesor graficzny
- Aktywa aktywne przechowywane w pamięci RAM
- działalność związana z magazynowaniem stała się stosunkowo niewielka
Oznaczało to, że:
- na czas ładowania największy wpływ miała prędkość pamięci masowej
- Szybkość pamięci RAM miała ograniczony wpływ
- W większości testów wydajnościowych gier dominowała wydajność procesorów graficznych
Nowoczesne silniki działają zupełnie inaczej.
Wielkie gry z otwartym światem obecnie nieustannie przesyłają zasoby w trybie strumieniowym, gdy gracz porusza się po otoczeniu. Zamiast ładować wszystko z góry, silniki dynamicznie pobierają tekstury, geometrię i dane świata w czasie rzeczywistym w oparciu o:
- ruchy gracza
- kierunek kamery
- złożoność środowiska
- odległość renderowania
Powoduje to znaczny wzrost presji na:
- szybkość działania pamięci masowej
- przepustowość pamięci
- Planowanie pracy procesora
- wydajność przesyłania danych
Tradycyjne a nowoczesne zachowanie silnika
| Charakterystyka obciążenia pracą | Starsze silniki | Nowoczesne silniki |
|---|---|---|
| Ładowanie aktywów | Głównie z góry | Ciągłe przesyłanie strumieniowe |
| Działania związane z przechowywaniem podczas rozgrywki | Niski | Wysoki |
| Ciśnienie w układzie RAM | Umiarkowany | Bardzo wysoki |
| Zarządzanie zasobami procesora | Stosunkowo lekki | Znacznie cięższe |
| Zapotrzebowanie na strumieniowanie tekstur | Ograniczony | Agresywny |
| Czułość na zacinanie się mowy | Niższy | Znacznie wyższy |
2. Dlaczego pamięć masowa zyskuje na znaczeniu
Nowoczesne gry w coraz większym stopniu opierają się na systemach szybkiego dostarczania zasobów.
Dział magazynowy nie odpowiada już wyłącznie za:
- uruchamianie strony
- przejścia między poziomami
Obecnie dotyczy to:
- strumieniowanie tekstur
- płynność przemieszczania się
- ładowanie shaderów
- spójność transmisji na całym świecie
- stabilność częstotliwości odświeżania klatek
Gdy magazyn nie jest w stanie dostarczyć zasobów wystarczająco szybko:
- tekstury mogą ładować się z opóźnieniem
- okienko staje się widoczne
- wzrasta zacinanie się podczas przechodzenia
- czasy wyświetlania klatek stają się nieregularne
To wyjaśnia, dlaczego niektóre gry mogą wykazywać wysoką średnią liczbę klatek na sekundę (FPS), a mimo to podczas rzeczywistej rozgrywki wydają się działać nierówno.
Przykład: Wpływ pamięci masowej na współczesne gry z otwartym światem
| Typ przechowywania | Średnia liczba klatek na sekundę (FPS) | 1% – niska liczba klatek na sekundę | Płynność przemieszczania się |
|---|---|---|---|
| HDD | 72 | 39 | częste zacinanie się |
| SATA SSD | 74 | 56 | znacznie płynniej |
| Dysk SSD NVMe w standardzie PCIe 4.0 | 75 | 63 | bardzo gładki |
Uwaga:
Średnia liczba klatek na sekundę zmienia się nieznacznie.
Jednak:
- spójność klatek znacznie się poprawia
- przesyłanie zasobów przebiega płynniej
- liczba przypadków zatrzymania się podczas przejazdu znacznie się zmniejsza
Jest to jeden z powodów, dla których wydajność nowoczesnych pamięci masowych ma coraz większy wpływ na postrzeganą płynność działania, niż sugerowałyby to same średnie wyniki testów porównawczych.
3. Coraz łatwiej jest ograniczyć zasilanie procesorów graficznych
Nowoczesne procesory graficzne niezwykle szybko przetwarzają zadania związane z grafiką.
Jednak wraz ze wzrostem mocy obliczeniowej procesorów graficznych na pierwszy plan wysuwa się inna kwestia:
👉 zapewnienie wystarczająco wydajnego zasilania procesora graficznego.
Jeśli procesor, pamięć RAM lub dysk SSD nie są w stanie dostarczać danych wystarczająco szybko, karta graficzna może tracić czas na oczekiwanie zamiast na renderowanie.
Powoduje to powstawanie nowych rodzajów wąskich gardeł:
- wąskie gardła w zakresie przechowywania danych
- wąskie gardła przepustowości pamięci
- wąskie gardła związane z dekompresją zasobów
- Ograniczenia związane z planowaniem pracy procesora
W niektórych nowoczesnych grach samo zwiększenie mocy procesora graficznego przynosi zaskakująco niewielki wzrost wydajności, ponieważ pozostałe podzespoły nie są w stanie nadążyć.
Przykład: Ograniczenie skalowalności procesora graficznego spowodowane przepływem danych
| Konfiguracja | Wykorzystanie procesora graficznego | Średnia liczba klatek na sekundę (FPS) |
|---|---|---|
| Szybka karta graficzna + dysk twardy | 78% | 84 |
| Szybka karta graficzna + dysk SSD SATA | 91% | 97 |
| Szybka karta graficzna + dysk SSD NVMe | 96% | 103 |
Uwaga:
Sam procesor graficzny nigdy nie był jedynym ograniczeniem.
Wpływ na szybkość działania pamięci masowej:
- dostępność aktywów
- spójność renderowania
- Wydajność wykorzystania procesora graficznego
4. Zachowanie pamięci RAM ma większe znaczenie niż kiedykolwiek wcześniej
Nowoczesne gry zużywają znacznie więcej pamięci niż starsze tytuły z następujących powodów:
- wyższa jakość tekstur
- większe środowiska
- symulacja w czasie rzeczywistym
- zaawansowane systemy sztucznej inteligencji
- operacje strumieniowania w tle
Gdy pojemność pamięci przestaje wystarczać:
- system operacyjny w większym stopniu opiera się na stronicowaniu na dyskach SSD
- opóźnienie gwałtownie wzrasta
- zacinanie się staje się coraz częstsze
Jednocześnie prędkość pamięci i opóźnienie mają wpływ na:
- Wydajność komunikacji procesora
- sposób przenoszenia aktywów
- spójność ramki
- 1% – stabilność przy niskiej liczbie klatek na sekundę
Jest to szczególnie widoczne w:
- gry e-sportowe
- gry symulacyjne
- gry strategiczne
- światy otwarte
Wpływ pojemności pamięci RAM na współczesne gry
| Pojemność pamięci RAM | Współczesne zachowania graczy w grach klasy AAA |
|---|---|
| 8 GB | częste wywołania, niestabilna płynność działania |
| 16 GB | odpowiedni dla większości współczesnych gier |
| 32 GB | sprawniejsza wielozadaniowość i obsługa zasobów |
| 64 GB i więcej | stacja robocza / ekstremalne obciążenia |
Przykład wpływu szybkości pamięci
| Konfiguracja pamięci | Średnia liczba klatek na sekundę (FPS) | 1% – niska liczba klatek na sekundę |
|---|---|---|
| DDR4-3200 CL16 | 132 | 84 |
| DDR5-5600 CL36 | 138 | 97 |
| DDR5-6400 CL32 | 142 | 104 |
Uwaga:
Średni wzrost liczby klatek na sekundę jest umiarkowany.
Jednak:
- spójność ramki
- płynność przemieszczania się
- 1% – niska liczba klatek na sekundę
poprawić się w bardziej zauważalny sposób.
5. Silnik Unreal Engine 5 przyspieszył tę zmianę
Nowoczesne silniki, takie jak Unreal Engine 5, wyraźnie pokazują te zmiany.
Technologie takie jak:
- Nanit
- Lumen
- geometria zwirtualizowana
- globalne oświetlenie w czasie rzeczywistym
znacznie zwiększyć:
- złożoność strumieniowania danych
- obciążenie związane z zarządzaniem aktywami
- wymagania dotyczące dekompresji
Powoduje to rosnącą presję na:
- Opóźnienie dysku SSD
- Przepustowość pamięci RAM
- Efektywność planowania pracy procesora
Wraz ze wzrostem jakości grafiki wyzwaniem nie jest już tylko renderowanie wielokątów —
przesyła dane przez system wystarczająco szybko, aby zapewnić płynne działanie.
6. DirectStorage zmienia relacje między komponentami sprzętowymi
Technologie takie jak Microsoft DirectStorage są kolejnym przykładem tej zmiany.
Tradycyjnie:
- Procesory przejęły znaczną część zadań związanych z dekompresją danych w potoku przetwarzania danych z pamięci masowej
- żądania dotyczące przechowywania danych w znacznym stopniu obciążały zasoby procesora
Technologia DirectStorage umożliwia bardziej bezpośredni transfer zasobów między dyskami SSD a procesorami graficznymi.
To znacznie zmienia zachowanie systemu:
- Szybkość dysków SSD zyskuje na znaczeniu
- opóźnienie w pamięci staje się bardziej zauważalne
- Obciążenie procesora może się zmniejszyć
- Wzrasta wykorzystanie procesora graficznego
Tradycyjny proces przetwarzania zasobów a DirectStorage
| Etap procesu | Tradycyjny system rurociągowy | Proces implementacji DirectStorage |
|---|---|---|
| Dekompresja pamięci masowej | wymagające dużej mocy obliczeniowej procesora | z wykorzystaniem procesora graficznego |
| Obciążenie procesora | Wyższy | Niższy |
| Efektywność przenoszenia aktywów | Umiarkowany | Znacznie wyższy |
| Znaczenie przechowywania | Średni | Coraz bardziej krytyczna |
7. Dlaczego średnia liczba klatek na sekundę już nie wystarcza
Przez lata średnia liczba klatek na sekundę (FPS) była głównym tematem dyskusji na temat sprzętu.
Jednak płynność działania współczesnych gier w coraz większym stopniu zależy od:
- regulacja częstotliwości odświeżania klatek
- spójność opóźnienia
- płynność przemieszczania się
- 1% – stabilność przy niskiej liczbie klatek na sekundę
Oto dlaczego:
Dwa systemy o podobnej średniej liczbie klatek na sekundę mogą sprawiać zupełnie inne wrażenia podczas rozgrywki.
Na odczuwaną płynność działania wpływają: sposób przechowywania danych, opóźnienia pamięci oraz planowanie zadań przez procesor.
Przykład: Ta sama liczba klatek na sekundę, różna płynność
| System | Średnia liczba klatek na sekundę (FPS) | 1% – niska liczba klatek na sekundę | Wrażenia z rozgrywki |
|---|---|---|---|
| System A | 120 | 52 | wyraźne zacinanie się |
| System B | 118 | 89 | znacznie płynniej |
Uwaga:
Sama średnia liczba klatek na sekundę nie odzwierciedlała rzeczywistej jakości rozgrywki.
8. Współczesne wąskie gardła stają się dynamiczne
Starsze systemy często charakteryzowały się stosunkowo stałymi wąskimi gardłami:
- Wąskie gardło procesora
- Wąskie gardło procesora graficznego
Nowoczesne silniki powodują zmienne wąskie gardła w zależności od charakterystyki obciążenia.
Na przykład:
- przechowywanie naprężeń podczas przemieszczania się
- walka obciąża procesor graficzny
- Sceny wymagające intensywnego wykorzystania sztucznej inteligencji obciążają procesor
- systemy strumieniowe obciążają przepustowość pamięci RAM
Czynnik ograniczający nieustannie się zmienia w zależności od tego, jak pracuje silnik.
W związku z tym coraz większego znaczenia nabiera ogólna równowaga systemu.
9. Przyszłość wydajności w grach
Współczesne silniki są w coraz większym stopniu projektowane z uwzględnieniem:
- ciągłe przesyłanie strumieniowe
- przesyłanie danych z małym opóźnieniem
- złożoność świata w czasie rzeczywistym
- dynamiczne dostarczanie zasobów
W rezultacie:
- ważniejsza jest wydajność pamięci masowej
- ważniejsze jest zachowanie pamięci
- Wydajność planowania pracy procesora ma większe znaczenie
Wydajność w grach nie zależy już wyłącznie od mocy karty graficznej.
W przyszłości działania optymalizacyjne będą prawdopodobnie w mniejszym stopniu skupiać się na osiągnięciu przewagi w pojedynczych testach porównawczych —
oraz więcej informacji na temat tego, jak efektywnie cała platforma obsługuje przepływ danych w czasie rzeczywistym.
10. Podsumowanie
Nowoczesne silniki gier zasadniczo zmieniają sposób działania sprzętu komputerowego.
Procesor graficzny nie jest już jedynym istotnym czynnikiem wpływającym na wydajność.
Dzisiejsze gry w coraz większym stopniu opierają się na:
- szybkość działania pamięci masowej
- efektywność wykorzystania pamięci
- Zachowanie systemu planowania zadań procesora
- strumieniowanie zasobów z niskim opóźnieniem
Właśnie dlatego współczesne wąskie gardła stają się szersze, bardziej dynamiczne i silniej powiązane ze sobą niż kiedykolwiek wcześniej.
Ponieważ w dzisiejszych grach wydajność nie sprowadza się już wyłącznie do renderowania klatek —
Chodzi o to, jak efektywnie cały system przetwarza i zarządza danymi w czasie rzeczywistym.
O Oreton
W firmie Oreton skupiamy się na rozwiązaniach w zakresie pamięci masowej i pamięci operacyjnej, zaprojektowanych z myślą o współczesnych modelach obciążenia.
Od szybkich dysków SSD NVMe po stabilne rozwiązania pamięciowe DDR3, DDR4 i DDR5 — nasze produkty charakteryzują się stałą responsywnością, wydajnym chłodzeniem oraz niezawodną, długotrwałą pracą w różnych środowiskach związanych z grami i pracą biurową.
Ponieważ współczesną wydajność nie określa już tylko jeden element —
Zależy to od tego, jak sprawnie cały system funkcjonuje jako całość.