تست نرخ فریم

تست نرخ فریم اندازه می‌گیرد که یک دستگاه در هر ثانیه چند تصویر تحویل می‌دهد و آن تصویرها چقدر یکنواخت می‌رسند. این تست مُهر زمانی را که مرورگر به هر فریم انیمیشن می‌چسباند نمونه می‌گیرد و فاصله بین فریم‌های متوالی را به نرخ فریم بر حسب FPS تبدیل می‌کند. از این نمونه‌ها شش عدد گزارش می‌کند: شمارنده زنده، میانگین، کمینه، 1% Low، انحراف معیار فاصله‌های فریم و شمار تکان‌ها. میانگین توان عملیاتی را توصیف می‌کند و پنج عدد دیگر یکنواختی را، به همین دلیل جداگانه گزارش می‌شوند. یک عدد میانگین نمی‌تواند بگوید اجرا نرم بود یا پر از گیر کردن.

مطمئن شوید همین زبانه پنجره فعال است، چون مرورگرها در زبانه‌های پس‌زمینه فریم‌های انیمیشن را محدود می‌کنند و خوانش به یک نرخ نمادین سقوط می‌کند. برنامه‌های سنگین را ببندید، دکمه شروع تست را بزنید و شمارنده را دست‌کم ده ثانیه رها کنید؛ در همان لحظه اجرا خودکار کامل می‌شود و پنل تشخیص به آن امتیاز می‌دهد. نخست تثبیت میانگین را ببینید، سپس آن را با 1% Low دقیقاً در زیر مقایسه کنید و در پایان لرزش زمان فریم و شمار تکان‌ها را بخوانید. برای مقایسه‌ای منصفانه تست را سه بار در شرایط یکسان اجرا کنید و به‌جای اعتماد به یک خوانش، پراکندگی را مقایسه کنید، چون یک به‌روزرسانی پس‌زمینه یک اجرا را به‌راحتی منحرف می‌کند.

1% Low کندترین یک درصد فریم‌های یک اجرا را می‌گیرد، میانگین زمان فریم آن‌ها را حساب می‌کند و آن را دوباره به نرخ فریم تبدیل می‌کند. به پرسشی پاسخ می‌دهد که میانگین نمی‌تواند: لحظه‌های بد چقدر بد هستند؟ اگر میانگین 120 FPS باشد اما 1% Low برابر 45 FPS، آنگاه حدود یک فریم از هر صد فریم بیش از سه برابر حد لازم زمان می‌برد و همین توقف‌ها دقیقاً همان چیزی است که بازیکنان به‌صورت گیر کردن و ورودی از دست رفته درک می‌کنند. به‌عنوان یک قاعده عملی، سامانه سالم 1% Low را در حدود 10 تا 20 درصد میانگین خود نگه می‌دارد و هر فاصله بزرگ‌تر به مشکل نظم اشاره دارد نه به مشکل سرعت خام.

برای کار رومیزی، ویدیو و مرور وب، 60 FPS به‌راحتی نرم است چون با نرخ تازه‌سازی بیشتر نمایشگرها همخوانی دارد. برای بازی، 60 FPS قابل بازی است، 120 FPS بهبود روشنی در وضوح حرکت و پاسخ ورودی می‌دهد و 240 FPS بیشتر به بازیکنان رقابتی کمک می‌کند که پنل پرتازه‌سازی هم‌تراز هم دارند. بالاتر از نرخ تازه‌سازی پنل شما، فریم‌های اضافی تا حد زیادی دور ریخته می‌شوند، پس نتیجه 90 FPS روی صفحه 60Hz نرمی را بیشتر از راه کاهش پارگی تصویر اضافه می‌کند نه از راه فریم‌های اضافی دیدنی. یکنواختی از اوج مهم‌تر است و 60 قفل‌شده با 1% Low برابر 55 بهتر از میانگین 90 با 1% Low برابر 30 حس می‌شود.

تکان تقریباً همیشه از زمان فریم نایکنواخت می‌آید نه از میانگین ناکافی. شایع‌ترین علت بار پس‌زمینه است: نمایشگر دومی که ویدیو پخش می‌کند، زبانه مرورگری که صفحه بزرگی را رمزگشایی می‌کند، کلاینت همگام‌سازی ابری یا به‌روزرسانی سیستم، همه زمان CPU و GPU را به‌صورت جهشی می‌دزدند. علت شایع دوم مدیریت گرمایی یا انرژی است، چون لپ‌تاپ‌های باتری‌دار و بدنه‌های نازک زیر بار پیوسته کلاک را کم می‌کنند و به همین دلیل اجرا اغلب سریع شروع می‌شود و در یک دقیقه بدتر می‌شود. سوم محدودیت نرخ فریم همراه با نرخ تازه‌سازی ناهمخوان است، جایی که VSync و محدودیت 60 FPS روی پنل 60Hz با هم می‌جنگند و لرزش دیدنی تولید می‌کنند.

برای آنچه اندازه می‌گیرد دقیق است، یعنی نرخ فریمی که خط لوله رندر مرورگر واقعاً به صفحه می‌رساند، و ابزار درست برای یک برنامه وب، بازی مرورگری یا صحنه canvas و WebGL است. هر فریم را خود مرورگر مُهر زمانی می‌زند، پس فاصله‌ها واقعی‌اند و تخمینی نیستند. محدودیت‌ها مربوط به دامنه است نه دقت: مرورگر نمی‌تواند شمارنده FPS درونی یک بازی بومی در پنجره‌ای دیگر را بخواند، نمی‌تواند مصرف GPU یا سرعت کلاک را گزارش کند و نمی‌تواند تأخیر کلیک تا فوتون را اندازه بگیرد. همچنین نمی‌تواند بنچمارک خالص سخت‌افزاری باشد، چون سیستم‌عامل و مرورگر هر دو بار خودشان را اضافه می‌کنند.

این دو چیز متفاوتی را اندازه می‌گیرند که به‌راحتی اشتباه گرفته می‌شوند. تست نرخ تازه‌سازی سقف پنل را می‌سنجد: نمایشگر در هر ثانیه چند بار می‌تواند از نظر فیزیکی دوباره ترسیم کند، معمولاً 60، 120، 144 یا 240 بار، و سایه‌دار شدن و پرش فریم را هم بررسی می‌کند. تست نرخ فریم می‌سنجد که واقعاً چه چیزی وارد آن سقف تحویل داده می‌شود. این رابطه مهم است: اگر پنل شما 144Hz است اما نرخ فریم تحویلی 60 است، نمایشگر اصلاً گلوگاه نیست و ارتقای آن چیزی را تغییر نمی‌دهد. تست نرخ تازه‌سازی را برای تعیین سقف اجرا کنید، سپس تست نرخ فریم را اجرا کنید تا ببینید چه مقدار از آن سقف را واقعاً استفاده می‌کنید.

علت‌ها را به ترتیب احتمال بررسی کنید. نخست زبانه‌های دیگر، تماس‌های تصویری و لانچرها را ببندید و تست را دوباره اجرا کنید تا ببینید چه مقدار از افت بار پس‌زمینه بوده است. دوم، مصرف CPU و GPU را در حین اجرا بررسی کنید، چون یک هسته اشباع یا صف گرافیکی مشغول معمولاً 1% Low پایین را توضیح می‌دهد. سوم، پروفایل انرژی سیستم‌عامل را از حالت صرفه‌جویی به متوازن یا کارایی بالا تغییر دهید که روی لپ‌تاپ‌های باتری‌دار بیشترین اهمیت را دارد. چهارم، درایور گرافیک را به‌روز کنید و تأیید کنید که لپ‌تاپ گرافیک ترکیبی از GPU مجزا استفاده می‌کند. در پایان، بار رندر صفحه‌ای که اندازه می‌گیرید را کم کنید.

هر بازی‌ای که درون زبانه مرورگر اجرا می‌شود را می‌توانید تست کنید، از جمله بازی‌های HTML5، canvas، WebGL و WebGPU، چون همه آن‌ها از همان خط لوله فریم انیمیشنی ترسیم می‌شوند که این تست از آن نمونه می‌گیرد. نمی‌توانید یک بازی بومی در پنجره‌ای دیگر یا در حالت تمام‌صفحه انحصاری را تست کنید، چون یک صفحه وب به درون برنامه دیگری دسترسی ندارد. برای بازی‌های بومی از اورلی FPS داخلی خود بازی یا درایور گرافیک استفاده کنید، برای نمونه اورلی کارایی در NVIDIA GeForce Experience یا AMD Adrenalin. این تست را برای بازی‌های مرورگری و برنامه‌های وب به‌کار ببرید و وقتی به تله‌متری درون بازی نیاز دارید از همان اورلی‌ها استفاده کنید.

زمان فریم مدت زمانی است که برای ساخته‌شدن یک تصویر لازم است و بر حسب میلی‌ثانیه سنجیده می‌شود، در حالی که FPS شمار فریم‌هایی است که در هر ثانیه تحویل داده می‌شوند. این دو به یکدیگر وابسته‌اند: 60 FPS یعنی حدود 16.7 میلی‌ثانیه برای هر فریم، 120 FPS یعنی 8.3 میلی‌ثانیه و 144 FPS یعنی 6.9 میلی‌ثانیه. وقتی به دنبال لکنت هستید، زمان فریم معیار گویاتری است، چون هر فریم را جداگانه نشان می‌دهد نه فقط میانگینِ یک ثانیه را. اجرایی که میانگین 60 FPS دارد همچنان می‌تواند فریم‌هایی با 40 میلی‌ثانیه یا بیشتر داشته باشد و همین فریم‌های بلند چشم را به‌عنوان گیر کردن می‌خواند. بنابراین این تست زمان فریم را مستقیم گزارش می‌دهد تا این ناهنجاری‌ها دیده شوند.

میانگین بالا با زمان فریم ناپایدار بدتر از میانگین پایین‌تر اما ثابت حس می‌شود، زیرا چشم به تغییرهای نظم بسیار حساس‌تر از سرعت مطلق است. اگر اجرایی میانگین 144 FPS داشته باشد ولی هر دهمین فریم آن 30 میلی‌ثانیه طول بکشد، حرکت با وجود میانگین سالم به‌روشنی لکند می‌کند. علت‌های رایج شامل اشباع شدن یک هسته CPU، توقف ترجمه شیدر، گیر کردن جریان بافت یا رقابت یک فرایند پس‌زمینه برای GPU است. برای بررسی، به‌جای میانگین به 1% low و شمار لکنت نگاه کنید؛ اگر 1% low در بین 10 تا 20 درصد میانگین بماند، نظم اجرا سالم است و فاصلهٔ بیشتر یعنی گلوگاه یک پرش کوتاه است نه کمبود کارایی خام.

محدودیت نرخ فریم تعیین می‌کند که برنامه بیشتر از چند فریم در ثانیه می‌تواند بسازد و هدف آن هماهنگ نگه‌داشتن خروجی با نمایشگر است. سقفی که کمی پایین‌تر از نرخ تازه‌سازی پنل قرار گیرد، مثلاً 141 فریم بر ثانیه روی صفحه 144Hz وقتی VSync روشن است، روشی رایج برای کوتاه‌کردن تأخیر ورودی است و در عین حال از پارگی تصویر جلوگیری می‌کند. در نمایشگر نرخ‌تازه متغیر، مثل G-Sync یا FreeSync، سقفی پایین‌تر از بیشینه نرخ، پنل را در بازه متغیر نگاه می‌دارد و مانع بازگشت به رفتار نرخ ثابت می‌شود. سقف تنها زمانی زیان‌آور است که بی‌دلیل پایین‌تر از توان سامانه تنظیم شود، در این صورت کارایی واقعی بی‌استفاده می‌ماند.