ทดสอบอัตราเฟรม

การทดสอบอัตราเฟรมวัดว่าอุปกรณ์ส่งภาพออกมากี่ภาพต่อวินาที และภาพเหล่านั้นมาเท่ากันแค่ไหน การทดสอบนี้สุ่มตัวอย่างเวลาที่เบราว์เซอร์แนบมากับทุกเฟรมแอนิเมชัน แล้วแปลงช่วงเวลาระหว่างเฟรมที่ต่อเนื่องกันเป็นอัตราเฟรมหน่วย FPS จากตัวอย่างเหล่านั้น มันรายงานตัวเลขหกตัว คือตัวนับแบบเรียลไทม์ ค่าเฉลี่ย ค่าต่ำสุด ค่า 1% Low ส่วนเบี่ยงเบนมาตรฐานของช่วงเวลาระหว่างเฟรม และจำนวนครั้งที่กระตุก ค่าเฉลี่ยอธิบายปริมาณงานที่ทำได้ ส่วนอีกห้าตัวอธิบายความสม่ำเสมอ ซึ่งเป็นเหตุผลที่รายงานแยกกัน ตัวเลขเฉลี่ยตัวเดียวไม่สามารถบอกได้ว่าการทดสอบนั้นลื่นไหลหรือเต็มไปด้วยการสะดุด

ตรวจสอบให้แน่ใจว่าแท็บนี้เป็นหน้าต่างที่กำลังใช้งานอยู่ เพราะเบราว์เซอร์จะลดความถี่ของเฟรมแอนิเมชันในแท็บที่อยู่เบื้องหลัง และค่าที่อ่านได้จะดิ่งลงเหลืออัตราแบบพอเป็นพิธี ปิดแอปพลิเคชันหนัก ๆ คลิกเริ่มทดสอบ แล้วปล่อยให้ตัวนับทำงานอย่างน้อย 10 วินาที ซึ่งเมื่อถึงจุดนั้นการทดสอบจะเสร็จสิ้นเองและแผงวินิจฉัยจะให้คะแนน ดูค่าเฉลี่ยให้นิ่งก่อน แล้วเทียบกับค่า 1% Low ที่อยู่ใต้ลงไปโดยตรง และอ่านความสั่นของเวลาต่อเฟรมกับจำนวนครั้งที่กระตุกเป็นลำดับสุดท้าย เพื่อการเปรียบเทียบที่เป็นธรรม ให้ทดสอบสามครั้งในเงื่อนไขเดียวกันแล้วเทียบการกระจายของผล มากกว่าจะเชื่อการอ่านครั้งเดียว เพราะการทดสอบครั้งเดียวถูกบิดเบือนได้ง่ายจากการอัปเดตที่ทำงานเบื้องหลัง

ค่า 1% Low นำเฟรมที่ช้าที่สุด 1 เปอร์เซ็นต์ของการทดสอบมาเฉลี่ยเวลาต่อเฟรม แล้วแปลงกลับเป็นอัตราเฟรม มันตอบคำถามที่ค่าเฉลี่ยตอบไม่ได้ คือช่วงเวลาที่แย่แย่แค่ไหน ถ้าค่าเฉลี่ยคือ 120 FPS แต่ค่า 1% Low คือ 45 FPS แปลว่าเฟรมประมาณ 1 ใน 100 ใช้เวลานานกว่าที่ควรเกินสามเท่า และการหยุดชะงักเหล่านั้นคือสิ่งที่ผู้เล่นรับรู้เป็นการสะดุดและการกดปุ่มที่ไม่ตอบสนอง ตามหลักปฏิบัติ ระบบที่ดีจะรักษาค่า 1% Low ให้อยู่ภายในประมาณ 10 ถึง 20 เปอร์เซ็นต์ของค่าเฉลี่ย และช่องว่างที่กว้างกว่านั้นชี้ไปที่ปัญหาจังหวะการส่งเฟรม ไม่ใช่ปัญหาความเร็วดิบ

สำหรับงานเดสก์ท็อป ดูวิดีโอ และท่องเว็บ 60 FPS ถือว่าลื่นสบายเพราะตรงกับอัตรารีเฟรชของจอส่วนใหญ่ สำหรับเกม 60 FPS เล่นได้ 120 FPS ให้การปรับปรุงที่ชัดเจนทั้งความคมชัดของการเคลื่อนไหวและการตอบสนองต่ออินพุต และ 240 FPS ให้ประโยชน์หลักกับผู้เล่นสายแข่งขันที่มีจออัตรารีเฟรชสูงที่เข้าคู่กัน เหนืออัตรารีเฟรชของจอคุณ เฟรมส่วนเกินจะถูกทิ้งไปเป็นส่วนใหญ่ ผล 90 FPS บนจอ 60Hz จึงเพิ่มความลื่นไหลผ่านการลดการฉีกขาดของภาพเป็นหลัก มากกว่าผ่านเฟรมที่มองเห็นได้เพิ่มขึ้น ความสม่ำเสมอสำคัญกว่าค่าสูงสุด และ 60 ที่ล็อกไว้โดยมีค่า 1% Low ที่ 55 ให้ความรู้สึกดีกว่าค่าเฉลี่ย 90 ที่มีค่า 1% Low เพียง 30

การกระตุกเกือบทุกครั้งมาจากเวลาต่อเฟรมที่ไม่สม่ำเสมอ ไม่ได้มาจากค่าเฉลี่ยที่ไม่เพียงพอ สาเหตุที่พบบ่อยที่สุดคือภาระเบื้องหลัง จอที่สองที่เล่นวิดีโอ แท็บเบราว์เซอร์ที่ถอดรหัสหน้าขนาดใหญ่ ไคลเอนต์ซิงก์คลาวด์ หรือการอัปเดตระบบ ล้วนแย่งเวลา CPU และ GPU เป็นช่วง ๆ สาเหตุที่พบบ่อยอันดับสองคือการจัดการความร้อนหรือพลังงาน เพราะแล็ปท็อปที่ใช้แบตเตอรี่และตัวเครื่องบาง ๆ ภายใต้โหลดต่อเนื่องจะลดความถี่สัญญาณนาฬิกา ซึ่งเป็นเหตุผลที่การทดสอบมักเริ่มเร็วแล้วแย่ลงภายในหนึ่งนาที อันดับสามคือการจำกัดอัตราเฟรมร่วมกับอัตรารีเฟรชที่ไม่ตรงกัน โดยที่ VSync และการจำกัดที่ 60 FPS บนจอ 60Hz ตีกันเองและทำให้เกิดการสั่นไหวของภาพที่มองเห็นได้

มันแม่นยำสำหรับสิ่งที่มันวัด ซึ่งคืออัตราเฟรมที่ไปป์ไลน์การเรนเดอร์ของเบราว์เซอร์ส่งถึงหน้าจอจริง และมันเป็นเครื่องมือที่ถูกต้องสำหรับเว็บแอปพลิเคชัน เกมบนเบราว์เซอร์ หรือฉาก canvas และ WebGL ทุกเฟรมถูกประทับเวลาโดยเบราว์เซอร์เอง ช่วงเวลาจึงเป็นของจริง ไม่ใช่การประมาณ ขีดจำกัดอยู่ที่ขอบเขตการวัด ไม่ใช่ความแม่นยำ เบราว์เซอร์ไม่สามารถอ่านตัวนับ FPS ภายในของเกมเนทีฟที่อยู่ในหน้าต่างอื่น ไม่สามารถรายงานการใช้งาน GPU หรือความเร็วสัญญาณนาฬิกา และวัดความหน่วงแบบคลิกถึงโฟตอนไม่ได้ มันยังเป็น benchmark ระดับฮาร์ดแวร์ไม่ได้ด้วย เพราะทั้งระบบปฏิบัติการและเบราว์เซอร์ต่างเพิ่มภาระของตัวเองเข้ามา

ทั้งสองวัดสิ่งที่แตกต่างกันซึ่งสับสนกันได้ง่าย การทดสอบอัตรารีเฟรชวัดเพดานของจอ ว่าจอสามารถวาดภาพใหม่ได้กี่ครั้งต่อวินาที ซึ่งโดยทั่วไปคือ 60, 120, 144 หรือ 240 ครั้ง และยังตรวจภาพเงาค้างและการข้ามเฟรมด้วย การทดสอบอัตราเฟรมวัดสิ่งที่ถูกส่งเข้าสู่เพดานนั้นจริง ๆ ความสัมพันธ์นี้สำคัญ ถ้าจอของคุณเป็น 144Hz แต่อัตราเฟรมที่ส่งออกจริงคือ 60 จอก็ไม่ใช่คอขวดเลย และการอัปเกรดจอก็ไม่เปลี่ยนอะไร ทดสอบอัตรารีเฟรชเพื่อกำหนดเพดานก่อน แล้วทดสอบอัตราเฟรมเพื่อดูว่าคุณใช้เพดานนั้นไปมากแค่ไหนจริง ๆ

ไล่ตามสาเหตุตามลำดับความเป็นไปได้ อย่างแรก ปิดแท็บอื่น สายประชุมวิดีโอ และโปรแกรมตัวเรียกเกม แล้วทดสอบซ้ำเพื่อดูว่าส่วนที่ตกไปมาจากภาระเบื้องหลังมากแค่ไหน อย่างที่สอง ตรวจการใช้งาน CPU และ GPU ระหว่างทดสอบ เพราะคอร์เดียวที่ถูกใช้งานเต็มหรือคิวกราฟิกที่แน่นมักอธิบายค่า 1% Low ที่ต่ำได้ อย่างที่สาม สลับโปรไฟล์พลังงานของระบบปฏิบัติการจากโหมดประหยัดเป็นโหมดสมดุลหรือประสิทธิภาพสูง ซึ่งสำคัญที่สุดบนแล็ปท็อปที่ใช้แบตเตอรี่ อย่างที่สี่ อัปเดตไดรเวอร์กราฟิกและยืนยันว่าแล็ปท็อปที่ใช้กราฟิกแบบไฮบริดกำลังใช้ GPU แยกอยู่ สุดท้าย ลดภาระการเรนเดอร์ของหน้าที่คุณกำลังวัด

คุณทดสอบเกมใดก็ได้ที่รันอยู่ในแท็บเบราว์เซอร์ รวมถึงเกม HTML5, canvas, WebGL และ WebGPU เพราะเกมเหล่านั้นวาดผ่านไปป์ไลน์เฟรมแอนิเมชันเดียวกับที่การทดสอบนี้สุ่มตัวอย่าง คุณทดสอบเกมเนทีฟที่รันในหน้าต่างอื่นหรือในโหมดเต็มจอแบบเอกซ์คลูซีฟไม่ได้ เพราะหน้าเว็บไม่สามารถเข้าถึงข้อมูลภายในของแอปพลิเคชันอื่น สำหรับเกมเนทีฟ ให้ใช้โอเวอร์เลย์ FPS ที่มีมาในเกมหรือในไดรเวอร์กราฟิก เช่นโอเวอร์เลย์ประสิทธิภาพใน NVIDIA GeForce Experience หรือ AMD Adrenalin ใช้การทดสอบนี้กับเกมบนเบราว์เซอร์และเว็บแอปพลิเคชัน และใช้โอเวอร์เลย์เหล่านั้นเมื่อคุณต้องการข้อมูลเทเลเมทรีภายในเกม

เวลาต่อเฟรมคือระยะเวลาที่ใช้สร้างเฟรมหนึ่งเฟรม วัดเป็นมิลลิวินาที ส่วน FPS นับว่าในหนึ่งวินาทีบรรจุเฟรมได้กี่เฟรม ทั้งสองเป็นส่วนกลับทางคณิตศาสตร์ของกัน 60 FPS เท่ากับเฟรมละ 16.7 มิลลิวินาที 120 FPS เท่ากับ 8.3 มิลลิวินาที และ 144 FPS เท่ากับ 6.9 มิลลิวินาที เวลาต่อเฟรมเป็นตัวเลขที่เผยความจริงได้มากกว่าเมื่อกำลังไล่การกระตุก เพราะมันบรรยายเฟรมแต่ละเฟรมเป็นรายตัว ไม่ได้เฉลี่ยทับทั้งวินาที การทดสอบที่เฉลี่ย 60 FPS ก็ยังอาจมีเฟรมรายตัวที่ใช้เวลา 40 มิลลิวินาทีหรือแย่กว่า และเฟรมยาว ๆ เหล่านั้นคือสิ่งที่ตาอ่านเป็นการสะดุด การทดสอบนี้รายงานเวลาต่อเฟรมโดยตรง ทำให้เฟรมผิดปกติที่ตัวนับธรรมดาซ่อนไว้กลายเป็นมองเห็นได้

การวัดที่ค่าเฉลี่ยสูงแต่เวลาต่อเฟรมไม่นิ่งให้ความรู้สึกแย่กว่าค่าที่ต่ำกว่าแต่สม่ำเสมอ เพราะตาไวต่อการเปลี่ยนของจังหวะมากกว่าต่อความเร็วสัมบูรณ์ ถ้าการทดสอบเฉลี่ย 144 FPS แต่ทุกเฟรมที่สิบใช้เวลา 30 มิลลิวินาที การเคลื่อนไหวจะสั่นไหวเห็นได้ชัดแม้ค่าเฉลี่ยจะดูดี สาเหตุทั่วไปคือเธรด CPU เส้นหนึ่งถูกใช้เต็ม การคอมไพล์เชเดอร์หยุดค้าง การสตรีมเท็กซ์เจอร์สะดุด หรือโปรเซสเบื้องหลังแย่ง GPU วิธีตรวจที่ใช้ได้จริงคือดูค่า 1% Low และจำนวนครั้งที่กระตุกมากกว่าค่าเฉลี่ย ถ้า 1% Low อยู่ใน 10 ถึง 20 เปอร์เซ็นต์ของค่าเฉลี่ยแปลว่าจังหวะดี ถ้าช่องว่างกว้างกว่านั้นคอขวดอยู่ที่การพุ่งฉับพลัน ไม่ใช่ความเร็วดิบ

การจำกัดอัตราเฟรมคือการจำกัดจำนวนเฟรมที่แอปพลิเคชันจะผลิตได้ โดยปกติเพื่อให้เอาต์พุตตรงกับจอ การจำกัดไว้ต่ำกว่าอัตรารีเฟรชของจอเล็กน้อย เช่น 141 FPS บนจอ 144Hz ที่เปิด VSync ไว้ คือวิธีมาตรฐานที่ลดความหน่วงของอินพุตพร้อมกันกับเลี่ยงการฉีกขาดของภาพ บนจออัตรารีเฟรชแปรผันอย่าง G-Sync หรือ FreeSync การจำกัดต่ำกว่ารีเฟรชสูงสุดจะคงจอไว้ในช่วงแปรผัน ไม่ให้ตกกลับไปทำงานอัตราคงที่ การจำกัดจะกลายเป็นโทษเมื่อถูกตั้งต่ำกว่าที่ระบบจะทำได้โดยไม่มีเหตุผล เพราะประสิทธิภาพจริงจะถูกทิ้งไว้ไม่ได้ใช้