Digital Foundry: giocare a frame-rate estremi - articolo

Uno degli aspetti più interessanti del gaming su PC è la scalabilità pura dell'esperienza: l'idea di giocare ai propri titoli nel modo che si preferisce, usando l'hardware prescelto. La qualità dell'esperienza di gioco su PC è spesso definita, fino a un certo punto, dalla risoluzione impiegata, ma il refresh rate è un elemento altrettanto (se non più) importante. La maggior parte degli schermi funziona a 60Hz, il che significa che il loro limite massimo per un gameplay coerente e privo di tearing è di 60fps. Ad oggi però cominciano ad essere disponibili numerosi schermi a 120Hz e 144Hz, accompagnati da interessanti tecnologie come il G-Sync di Nvidia e il FreeSync di AMD. La domanda è: quanto miglioramento si ottiene giocando a frame-rate così estremi, e di che hardware c'è bisogno per raggiungerli?

Il nostro obiettivo era semplice: volevamo giocare i titoli più recenti a 144fps, impostazioni massime (o il più possibile vicine al massimo) e risoluzione 2560x1440. Per assicurarci di ottenere i migliori risultati possibili, abbiamo assemblato il PC più potente che abbiamo potuto. MSI ci ha fornito la sua splendida motherboard AC X99 Gaming 9, come RAM abbiamo montato 16 GB DDR4 a 2666MHz di Corsair e il processore è un Core i7 5960X: un mostro ad otto core e 16 thread, overclockato a 4.4GHz, che offre una potenza di calcolo paragonabile a quella di due comuni Core i7 quad-core.

Tutto ciò ci lascia aperto il fronte della GPU. Asus ci ha gentilmente offerto la sua eccellente GTX 980 Strix lo scorso mese, per aiutarci ad investigare sul set up di memoria della GTX 970: l'abbiamo affiancata ad un'altra GTX 980 già a nostra disposizione e anche alla scheda di riferimento fornitaci direttamente da Nvidia per la recensione, il che ci dà la possibilità di realizzare addirittura una configurazione a 3 GPU.

Le opportunità, ovviamente, sono piuttosto interessanti: non solo abbiamo tutta la potenza possibile per "nutrire" il nostro display e creare un'esperienza di gameplay a 144fps, ma possiamo anche valutare i vantaggi derivanti da configurazioni PC assolutamente estreme. Quanto è efficace l'impiego di due o tre schede grafiche in parallelo?

Per cominciare, parliamo della sensazione restituita dal gameplay a 144Hz. Qual è il risultato che stiamo puntando, e a quale costo potenziale? Sul nostro hardware estremo, Battlefield 4 gira a 2560x1440 ad un frame rate bloccato a 144fps, con quasi tutte le impostazioni al massimo, ad eccezione dell'anti-aliasing (abbiamo disattivato l'MSAA dal momento che questo portava a fluttuazioni tra i 120 e i 144fps desiderati).

Il risultato? Beh, ovviamente la performance migliorata si nota, ma a colpo d'occhio non c'è quella differenza dal giorno alla notte che si percepisce, invece, quando si passa dai classici 30fps allo standard a 60fps. Il miglioramento più importante in termini di qualità visiva deriva dal frame-time minore, con il motion blur tipico degli LCD che viene annullato dal refresh più veloce. Il guadagno maggiore in termini di gameplay, invece, si ha abbandonando il lento sistema di controllo basato sul joypad e impiegando il mouse: così facendo, il feeling di vedere istantaneamente replicati i propri movimenti si sposa alla perfezione con il refresh più veloce, producendo un'esperienza di controllo immensamente soddisfacente. A questo punto si capisce appieno perché gli appassionati di FPS, soprattutto, amano i monitor dal refresh molto rapido: la differenza è palpabile. Se si possiede uno di questi monitor, persino la semplice esperienza di spostare il mouse sul desktop è diversa... migliore.

Passando ad analizzare l'ultimo capitolo di Tomb Raider, abbiamo scoperto che i titoli in terza persona beneficiano in modo minore di questa specifica configurazione. Il gioco è disegnato per il joypad, dunque l'unico vantaggio che si ottiene dal refresh maggiore è quello in termini visivi. Dopo 30 minuti di gioco, siamo tornati ai 60Hz e abbiamo continuato a giocare: essendoci ormai abituati all'aggiornamento più rapido, abbiamo notato una differenza, anche se l'esperienza complessiva non è risultata particolarmente degradata. Il nostro set-up era bloccato a 144fps per il gameplay, ma con dei cali a 120fps durante alcune delle cut-scene. In questi casi è stato difficile notare la differenza, che invece risultava percepibile in Battlefield 4, dove i rapidi movimenti del mouse producevano degli sfarfallii percettibili, fino a quando non abbiamo abbassato l'anti-aliasing per raggiungere i 144fps fissi.

Abbiamo continuato a testare alcuni dei titoli più pesanti della nostra libreria, con risultati altalenati. I livelli graficamente più impegnativi di Crysis 3 hanno prodotto cali di frame rate fino ai 100fps a impostazioni massime, e per ritornare a 120-144fps abbiamo dovuto abbassare i preset di qualità a "medium". Detto ciò, la percezione del frame-rate è una cosa molto soggettiva: l'esatto valore al quale i cali risulteranno percettibili varierà da persona a persona, ma in generale noi preferiamo la coerenza dell'aggiornamento video e dunque, sui titoli più impegnativi, prediligiamo un frame rate inferiore (per esempio 100fps) ma bloccato. I 100fps mantengono molti vantaggi rispetto allo standard dei 60fps e, sebbene in alcuni casi si possa notare un po' di stutter (nei panning della telecamera, ad esempio), il miglioramento dei tempi di risposta rimane intatto. Proseguendo con il nostro esame dei titoli più pesanti a livello grafico, siamo riusciti a far girare Assassin's Creed Unity a 70-100fps, a seconda della complessità della scena, senza però spingerci oltre. Ryse: Son of Rome si è aggirato sui 90-100fps, ma ci ha portato a 144fps bloccati scendendo al preset qualitativo "normal". Tornare successivamente al frame-rate standard di 60fps si è rivelato uno shock: si può dire quello che si vuole sul gameplay di Ryse, ma la qualità della sua presentazione grafica è di primissimo livello. Siamo stati colpiti in particolare dalla fluidità delle animazioni a frame-rate elevati, anche se non è mancato un lieve stutter in alcune occasioni. Evidenziamo anche come ci siano state delle lamentele riguardanti la presenza di micro-stutter sulla piattaforma X99, che apparentemente non costituisce un problema sulla mainstream Z97 utilizzata, ad esempio, dal Core i7 4790K.

Octo-Core Intel i7 5960X: One/Two/Three-Way GTX 980 SLI 1080p Benchmarks

Questo è stato il problema maggiore che abbiamo incontrato durante i nostri test: far girare un gioco a 60fps richiede un sacco di lavoro da parte della CPU, che deve simulare il mondo virtuale e preparare le istruzioni per la GPU, la quale a sua volta deve disegnare la scena. Tutto ciò deve avvenire in una ristretta finestra di 16.67 millisecondi. A 120fps, quella finestra scende ad appena 8.33 millisecondi, e a 144fps si riduce ulteriormente a 6.94 millisecondi. Come potete vedere nei nostri benchmark, riusciamo ad ottenere uno scaling notevole tramite la configurazione SLI nelle condizioni di test, ma i frame-rate minimi registrati non aumentano linearmente con l'aumentare dei frame-rate medi, il che indica un collo di bottiglia in termini di driver o di CPU (o, probabilmente, entrambe le cose). A volte passare dallo SLI 2x allo SLI 3x porta addirittura i frame-rate minimi a scendere, e non a salire: forse perché inviare istruzioni ad una GPU aggiuntiva produce un carico eccessivo sulla CPU.

Giocando a frame-rate estremi, ciò che è davvero importante non è la performance più alta, e nemmeno quella media: quello che conta di più sono i singhiozzi improvvisi. Alcuni dei nostri benchmark mostrano differenze tra i frame-rate medi e minimi anche sostanziali, ma nemmeno questo riesce a dare il giusto peso alla questione. In ogni benchmark si osserva un momento isolato nel tempo: durante il gameplay vero e proprio, la complessità del lavoro svolto dal proprio sistema cambia costantemente e l'impatto sul frame-rate può risultare più pronunciato.

In teoria, ci si potrebbe chiedere come ciò possa rappresentare un problema quando stiamo impiegando la CPU consumer più veloce sul mercato: il Core i7 5960X di Intel, nettamente più performante di qualsiasi i5 o i7 mainstream. I fattori in gioco sono numerosi: innanzi tutto, non tutti gli engine di gioco scalano bene su tutti i core disponibili. In secondo luogo, la natura delle DirectX 11 è quella di dipendere principalmente su un thread singolo molto veloce, che assegna i compiti agli altri thread. Ciò presenta di fatto un collo di bottiglia, nonché la maggior ragione per la quale un processore Intel i3 dual-core può superare in performance un eight-core AMD sullo stesso gioco. In sostanza, raddoppiare la potenza complessiva della CPU non significa che si possa rimuovere del tutto il processore come potenziale collo di bottiglia. Per come stanno le cose attualmente, la cosa più probabile è che molta parte della potenza del chip rimanga inutilizzata, persino in giochi che scalano sui core multipli. Sorprendentemente, persino con un overclock a 4.4GHz, alcuni titoli sembrano girare lievemente più lenti che sul quad-core i7 4790K.

Octo-Core Intel i7 5960X: One/Two/Three-Way GTX 980 SLI 1440p Benchmarks

Altri colli di bottiglia possono presentarsi anche altrove nel sistema. Abbiamo il sospetto che molto dell'occasionale stutter che si è manifestato nei nostri test derivi dallo streaming in background proveniente da disco: abbiamo impiegato un veloce SSD, ma per quanto veloce sia, può comunque causare dei rallentamenti nel sistema quando si effettuano benchmark completamente sbloccati. Questa immagine di Crysis 3 è illuminante: regolando il frame-rate con un tetto di 30fps, lo stutter è completamente eliminato nella sequenza di benchmark, qui realizzata su un sistema costituito da un Core i3 e una Nvidia GTX 750 Ti. Disabilitando tale tetto si aumenta il frame-rate, ma si producono anche frame-time superiori. La coerenza nel frame-rate non è solamente migliore dal punto di vista visivo, ma comunemente si ritiene che aiuti anche a lasciar "respirare" meglio le componenti del sistema.

Una volta ottenuto un aggiornamento coerente e costante come base, il frame-rate estremo può risultare "un'aggiunta gradevole" oppure un miglioramento straordinario di interfaccia con il giocatore, a seconda del titolo che si sta giocando. Per la maggior parte dei casi si andrà ovviamente incontro a miglioramenti poco proporzionati allo sforzo necessario, sia in termini di organizzazione che economico: passando da un processore eight-core da circa 1.000 euro a un normale quad-core da 300 euro e abbandonando una GTX 980 si ottengono comunque prestazioni ancora molto simili nella maggior parte dei giochi, specialmente se si è disposti anche a fare piccoli compromessi sulle impostazioni grafiche.

Si può dire che il gaming a frame-rate estremi sia appannaggio di una cerchia molto, molto ristretta di utenti PC, al punto che programmare i titoli in modo che traggano vantaggio dai display a 144Hz potrebbe essere superfluo per un developer. Ad ogni modo, l'importanza di frame-rate costanti ed elevati diventerà sempre maggiore man mano che ci avvicineremo all'imminente era della realtà virtuale. Una bassa persistenza e una performance sostenuta sono fondamentali per evitare problemi come nausea e simili, al punto che 90fps sono il minimo necessario per produrre una buona esperienza di VR. I nostri test indicano che, mentre la forza bruta necessaria per ottenere questo risultato in termini di rendering grafico già esiste (persino con una singola GPU, come ad esempio la Titan X), l'architettura di fondo deve vedere un miglioramento radicale prima che i titoli tripla-A possano essere giocati con efficacia a tale livello.

Basandosi sui primi e promettenti benchmark, si può dire che le DirectX 12 dovrebbero risolvere il collo di bottiglia della CPU e dei driver che abbiamo incontrato durante i nostri test, mentre sia AMD che Nvidia sono al lavoro per sviluppare tecnologie che abbassino i tempi di latenza. Che tutto ciò sia pensato o meno in funzione della VR, il risultato finale sarà anche quello di rendere più possibile il gaming a 144Hz per tutti gli appassionati. Basandoci sulla nostra esperienza diretta con Battlefield 4 e Tomb Raider, questa può essere solo un'ottima notizia.