Virtu MVP test: magisch meer FPS?

Virtu MVP

Opnieuw is het zo dat de Lucid-software videokaarten gevirtualiseerd beschikbaar maakt binnen Windows. Dat betekent dat bij een Z77-moederbord zowel de geïntegreerde GPU van de Sandy of Ivy Bridge-processor is ingeschakeld als een losse videokaart, wanneer je die plaatst. De monitor kun je op één van beide aansluiten, al is het wanneer je gebruik wil gaan maken van de nieuwe mogelijkheden noodzakelijk om de scherm(en) op de uitgang(en) van de geïntegreerde GPU aan te sluiten.

De twee nieuwe functies luisteren naar de naam Virtual V-Sync en HyperFormance en zorgen er gezamenlijk voor dat de nadelen van de V-Sync eigenschap van videokaarten wordt omzeild. Tegelijkertijd moeten ze het berekenen van beelden voor games optimaliseren, waardoor games volgens Lucid responsiever zijn. Lees: een game reageert sneller en soepeler op de acties die jij bijvoorbeeld via muis of toetsenbord ingeeft.

Het renderen van 3D-beelden optimaliseren, de frame rate binnen games verbeteren, het klinkt als het sprookje van de kleren van de keizer. Zijn de ontwikkelaars van Lucid dan echt zoveel slimmer dan die van AMD en Nvidia? Dat was onze eerste gedachte, maar we testen voordat we conclusies trekken. Het werkelijke verhaal is in ieder geval wat gecompliceerder dan ‘games worden sneller’…

Virtu MVP biedt twee technologieën, Virtual V-Sync en HyperFormance, die je eigenlijk tegelijkertijd moet gebruiken.

Refresh rate

De Virtual V-sync technologie binnen Lucid Virtu MVP lost zoals beschreven de problemen op rond de V-sync-eigenschap van videokaarten. Om te begrijpen wat Virtual V-Sync doet, is het eerst van belang om helder op het netvlies te hebben wat 'echte' V-Sync precies doet.

Een 3D-game berekent in de basis zo snel mogelijk opeenvolgende beelden (frames). Wanneer wij videokaarten testen met behulp van games, tonen we in onze artikelen altijd het gemiddelde aantal beelden (frames) per seconde dat een game tijdens onze tests kan produceren. Scoort een bepaalde benchmark 90 fps, dan heeft het spel met de betreffende instellingen en betreffende videokaart gemiddeld 90 beelden per seconde berekend. Het gaat hier uitdrukkelijk om een gemiddelde: wanneer complexe effecten zichtbaar zijn, kan het best zijn dat de videokaart tijdelijk maar zo’n 70 beelden per seconden kon berekenen, terwijl op andere momenten 110 fps geen probleem was.

Het feit dat een game 90 beelden per seconden kan berekenen, betekent in de praktijk echter niet dat je ook 90 beelden per seconde te zien krijgt. Dat heeft alles te maken met de refresh rate van je monitor. Op enkele moderne 3D-schermen na, werken vrijwel alle TFT-schermen met een verversingsfrequentie van 60 Hz, wat betekent dat 60 keer per seconde een nieuw beeld getoond wordt. Dat gebeurt netjes in een vast tempo: iedere 1/60^e seconde wordt een nieuw beeld opgebouwd.

Het tonen van nieuwe beelden op de monitor loopt daardoor per definitie niet synchroon met het berekenen van nieuwe beelden in de videokaart. Het zal nooit voorkomen dat een videokaart in bepaalde games toevallig constant exact 60 beelden per seconde kan opbouwen. In de praktijk is een videokaart altijd óf sneller óf langzamer.

De beelden die de videokaart berekent, worden opgebouwd in de zogenaamde frame buffer, een deel van het geheugen van de kaart. Hierin worden nieuwe frames pixel-voor-pixel, lijn-voor-lijn in berekend. Zodra de monitor een nieuwe beeld wil laten zien, wordt de inhoud van de frame buffer op dat moment uitgelezen. In de praktijk zal er dan gedeeltelijk nog informatie van het bestaande frame in de buffer zitten en gedeeltelijk informatie van het volgende frame. Het resultaat is dan dat je beeld te zien krijgt, waar halverwege een knip in zit: boven de knip is al voor het volgende frame en onder nog van de laatst compleet berekende. Dit effect heet tearing en zorgt ervoor dat de visuele kwaliteit drastisch verslechtert.

Wanneer je geen V-Sync gebruikt, kan er tearing voorkomen op het scherm, wat de beeldkwaliteit negatief beïnvloedt.

V-sync

De oplossing om dit tearing tegen te gaan is V-sync, een functie die standaard in vrijwel iedere game staat ingeschakeld. V-sync staat voor vertical synchronisation en betekent dat het berekenen van nieuwe beelden wordt gesynchroniseerd met het verversen van de monitor. Wat er in de praktijk gebeurt, is dat de videokaart wacht met het berekenen van een nieuw beeld totdat het beeld ververst is. Wanneer een videokaart meer dan 60 beelden per seconden kan berekenen, wordt in de praktijk het aantal berekende frames teruggebracht tot exact 60 per seconde. Op die manier zie je nooit een combinatie van twee frames en dus geen tearing.

V-sync heeft echter een nadelig gevolg wanneer je videokaart binnen een bepaalde game niet in staat is om 60 fps te halen. Omdat een nieuw beeld pas wordt berekend nadat het scherm ververst wordt, betekent het dat hetzelfde frame twee, drie, vier of soms nog wel meer achtereenvolgende verversingen blijft staan. Je zakt van 60 fps dan terug naar exact 30 fps, 20 fps, 15 fps en zo verder.
Dat heeft een aantal nadelen. Allereerst is zo’n groot verschil in aantallen getoonde beelden per seconden duidelijk te zien: wanneer een videokaart schakelt van 60 fps naar 30 fps of 20 fps en weer terug, zie je dat als een schok in het beeld, stuttering in jargon.

Een tweede nadeel van V-sync is dat vanwege het wachten met het berekenen van beelden tot de volgende refresh per definitie ook wordt gewacht met het verwerken van nieuwe data vanaf invoerapparaten als muis of toetsenbord. Dat kan vervelend zijn.
Onderzoek wijst namelijk uit dat het menselijk oog weliswaar met een beeld of 25 per seconde (ofwel 40 milliseconde per beeld) al voldoende informatie heeft om iets ‘vloeiend’ te vinden, maar het reactievermogen van mensen veel nauwkeuriger is. Dat heeft, aldus diverse onderzoeken, een nauwkeurigheid die eerder in milliseconden gemeten kan worden, zeker bij jonge mensen. Dat betekent dat er een groter aantal milliseconden moet wordt gewacht voordat de input van toetsenbord of muis worden verwerkt, de game niet soepel aanvoelt. Lucid wil deze responsiveness ofwel responsiviteit verbeteren.

V-Sync staat in de meeste games standaard aan.

Virtual V-Sync en HyperFormance

Dat doet het dus met twee technologieën binnen Virtu MVP: Virtual V-Sync en HyperFormance. Om met de eerste te beginnen; Virtual V-Sync maakt gebruik van het feit dat er twee videokaarten in het systeem zijn, de in de processor geïntegreerde en de losse. De losse videokaart wordt gebruikt om de daadwerkelijke 3D-beelden te genereren en wordt daarin niet beperkt. Binnen games wordt de ingebouwde V-Sync-functionaliteit dan ook uitgeschakeld. De in de CPU geïntegreerde videokaart wordt gebruikt voor het aansturen van de monitor; hier moet het scherm dan ook op worden aangesloten.

Wat gebeurt er nu? Iedere keer dat er een volledig beeld wordt berekend in de losse videokaart, wordt dat intern gekopieerd naar de framebuffer van de geïntegreerde GPU. Vanuit daar wordt 60 keer per seconde een beeld doorgegeven naar de monitor. Aangezien alleen complete frames van de losse videokaart naar de geïntegreerde worden gekopieerd, heb je geen last van tearing. En omdat de GPU op volle kracht werkt en dus niet hoeft te wachten op een monitor refresh om aan een nieuw frame te gaan werken, zit er geen vertraging op het verwerken van input én heb je wanneer een videokaart de 60 fps niet haalt tóch zo goed mogelijke prestaties. Als de rekenkracht het bijvoorbeeld toelaat om 40 fps te halen, zie je met normaal V-sync maar 30 verschillende beelden gedurende een seconde, maar zie je met Adaptive V-sync alle 40.

Hiermee heeft V-Sync dus zowel voordeel wanneer een videokaart wél meer dan 60fps kan berekenen, als wanneer dat niet het geval is.

HyperFormance

Bij Virtual V-Sync blijft het niet. De andere technologie die Virtu MVP omvat is HyperFormance. Deze technologie bepaalt op basis van complexe voorspellingsalgoritmes of het eerstvolgende frame wel of niet daadwerkelijk zichtbaar gemaakt zal worden. Wanneer een videokaart meer dan 60 fps kan berekenen, zullen er in de praktijk immers heel wat frames uiteindelijk niet getoond worden. HyperFormance gaat als zogenaamde middleware zitten tussen de aansturing van de videokaart door de processor. Wanneer de voorspellingsalgoritmes bepalen dat een frame met een aan zekerheid grenzende waarschijnlijkheid niet getoond gaat worden, worden alleen de voor het verloop van het spel noodzakelijke berekeningen nog uitgevoerd: nieuwe posities van objecten bepalen, transformatie van 3D-objecten doorvoeren en (heel belangrijk!) het verwerken van de data van alle invoerapparaten. Zaken die puur van doen hebben met het uiteindelijk renderen van het beeld worden overgeslagen. Ofwel: vóórdat een beeld daadwerkelijk getekend wordt, geeft de Virtu MVP software aan de game het sein ‘het frame is klaar’ door, zodat de game aan het volgende beeld kan beginnen.
Omdat frames dus uiteindelijk niet getekend worden, schiet het aantal verwerkte frames per seconde (en daarmee de fps-counter in games) omhoog én kan een game vaker en dus sneller input verwerken. De responsiveness van games zoals Lucid het zelf graag noemt wordt daarmee verbeterd.

Belangrijk om je te realiseren: HyperFormance werkt dus alleen als een videokaart al meer frames per seconde kan berekenen dan de refresh rate van het scherm en heeft dus puur een positief gevolg op de responsiviteit van games. Het is dus overduidelijk niet wat veel mensen hoopten: een slimme truc om videokaarten sneller te maken ofwel een mogelijkheid om de gewenste 60 fps te halen waar dat normaal gesproken niet mogelijk is.

Getallen

Onderstaande tabel toont in getallen wat nu het theoretische effect is van V-Sync, Virtual V-Sync, HyperFormance en de combinatie van de laatste twee. We hebben twee scenario’s uitgewerkt. In scenario 1 is de videokaart snel genoeg om méér beelden dan de 60 die de monitor per seconde kan tonen te berekenen. We gaan hierbij uit van 100 fps die berekend kunnen worden. Het aantal getoonde beelden per seconden is dankzij de monitor altijd 60. Standaard V-Sync zorgt ervoor dat er geen tearing meer zichtbaar is, maar omdat er maar 60 fps berekend worden, daalt de responsiviteit van de game ook naar 60 updates per seconde. Virtual V-Sync zorgt ervoor dat er nog altijd 100 beelden per seconden berekend worden en houdt de responsiviteit dus op 100, terwijl tearing nog steeds ontbreekt. HyperFormance tenslotte zorgt er door het weghalen van onnodige berekeningen voordat méér dan 100 frames per seconden verwerkt kunnen worden.

Scenario 2 is een situatie waarin de videokaart niet snel genoeg is om 60 fps te produceren, maar uitkomt op 40 fps. V-Sync haalt het tearing-probleem weg, maar zorgt er tegelijkertijd voor dat er nog maar 30 verschillende beelden per seconde zichtbaar zijn. Virtual V-Sync lost het tearing-probleem eveneens op, maar zorgt ervoor dat er wel 40 verschillende beelden per seconden verwerkt én getoond kunnen worden. HyperFormance heeft in deze situatie geen toegevoegde waarde.

Praktijk

Dan de praktijk. Virtu MVP inschakelen is een kwestie van de drivers installeren en je monitor aansluiten op de uitgang van de geïntegreerde videokaart. In het Lucid configuratiescherm kun je per game inschakelen of HyperFormance gebruikt moet worden en of je de geïntegreerde of losse GPU wil gebruiken voor het berekenen van 3D-beelden. Heb je bijvoorbeeld een simpele game waarvoor de geïntegreerde GPU ook snel genoeg is, dan kun je energie sparen door de losse videokaart niets te laten doen. De HyperFormance functionaliteit is per game uit te schakelen, omdat simpelweg niet alles games compatible zijn.

Wij testten Virtu MVP in combinatie met een Intel Core i7 3770K op een Z77-moederbord met een AMD Radeon HD 7870 videokaart. We hebben de set benchmarks die we normaal gesproken ook op nieuwe GPU’s draaien compleet uitgevoerd, zowel standaard met puur de Radeon HD 7870 als via Virtu MVP.

Per game kun je instellen of de geïntegreerde of losse GPU de rendering moet doen en of HyperFormance ingeschakeld moet zijn.

Eerst een woord over de compatibiliteit: in de meest gevallen waren er geen problemen te merken, maar er zijn een paar zorgenpunten. Hard Reset herkende de losse videokaart niet meer en wilde zodoende niet goed werken via Virtu MVP. In Total War Shogun 2 viel het menu vaak weg, waren opties als HDR/SSAO niet meer beschikbaar en ontbraken veel textures. Kortom: niet speelbaar. In Battlefield 3 zagen we bij medium instellingen soms flikkeringen in het beeld en werd gras ineens neongroen. In 3DMark Vantage tenslotte zijn de getoonde beelden op sommige moment ook duidelijk anders. Ofwel: de Virtu MVP technologie is duidelijk nog niet rijp genoeg om altijd aan te zetten en er niet meer naar om te kijken.

Virtu MVP blijkt compatible met de meeste games, maar er zijn uitzonderingen. In Shogun 2 klopt de rendering totaal niet meer...

.... en in 3DMark Vantage missen we bijvoorbeeld de sterren.

Prestaties

De responsiviteit van games is lastig te meten en we durven hierover dan ook geen objectieve uitspraken te doen. Een simpele A-B test waarbij we niet vertelden wat het precieze verschil is tussen beide opstellingen zorgde in het Hardware.Info Testlab voor een ‘ik merk geen verschil’-reactie. Maar… probeer dat vooral zélf uit als je een Z77-bord met Virtu MVP hebt.

Waar we wel naar kunnen kijken zijn de prestaties. Op basis van het voorgaande verhaal mogen we verwachten dat de prestaties wanneer deze onder de 60 fps zijn iets onder het niveau van de losse videokaart liggen, maar niet veel (er is immers enige overhead in de Virtu-software). Dat blijkt ook het geval: in bijna alle gevallen blijft minstens 90% van de normale fps bewaard, in de meeste gevallen zelf meer dan 95%. Negatieve uitschieter is de Heaven benchmark, maar dat is geen game en daar heb je dus sowieso niets aan verbeterde responsiviteit.

Wanneer je wel boven de 60 fps komt, wordt HyperFormance actief en mogen we dus hogere fps en dus een hogere responsiviteit verwachten. Dat blijkt ook zo te zijn: 58% hogere prestaties in Battlefield 3, 45% in Skyrim, 60% in Aliens versus Predator, etc.
Ook de 3DMark scores gaan flink omhoog: 3DMark11 met zo’n 40% en 3DMark Vantage met ruim 70%. Geen wonder dat de overklok-community daar een beetje mee in de maag zit. Op hwbot.org is het uploaden van met Virtu MVP behaalde scores dan ook verboden.

Conclusie

Virtu MVP is geen magische manier om een videokaart sneller te maken. Het is uitdrukkelijk geen truc om een videokaart die de gewenste 60 fps van de monitor in een game niet haalt dat doel nu wel te laten bereiken. Wat het wel doet, is het wegnemen van de nadelen van traditionele V-Sync methodes én het sneller verwerken van frames wanneer je méér dan 60 fps kunt berekenen om games zo responsiever te maken. Dat je daar als gamer gelukkig van wordt is lastig objectief te bewijzen en mag iedereen voor zichzelf bepalen.

Baat het niet, dan schaadt het niet zal je denken, maar die vlieger gaat bij Virtu MVP helaas nog niet op. Bij een aantal games zagen we toch flink compatibiliteitsproblemen, wat in de praktijk betekent dat je verplicht bent om de software om de zoveel tijd uit te schakelen en de monitor weer aan de videokaart te hangen. Dat is niet handig.

Dat maakt de technologie echter niet minder interessant. Heb je toevallig een Z77-bord gekocht waar Virtu MVP bij zit, dan zouden we zeker aanraden het eens in je favoriete games te proberen.

In het overzicht hieronder zie je de door Hardware.Info geteste moederborden waarbij VirtuMVP wordt meegeleverd.