เครื่องคำนวณคอขวดระหว่าง CPU กับ GPU

เวลาเฟรมคือจุดเริ่มต้นที่มีประโยชน์

จำนวนเฟรมต่อวินาทีเป็นส่วนกลับของเวลาเฟรม เมื่อวัดเวลาเป็นมิลลิวินาที:

เพดานอัตราเฟรม = 1000 / เวลาเฟรมในหน่วย ms

ขั้นตอนที่วัดได้ว่าช้ากว่าจะเป็นตัวกำหนดเพดานโดยประมาณของไปป์ไลน์:

เพดานโดยประมาณ = 1000 / max(เวลาเฟรม CPU, เวลาเฟรม GPU)

ค่านี้เป็นการประเมินเพื่อการวินิจฉัย ไม่ใช่การรับประกันว่าเกมจะแสดงเฟรมด้วยอัตราดังกล่าวอย่างแม่นยำ ขีดจำกัดเฟรม การซิงโครไนซ์ คิว งานของเอนจิน การโหลด การจัดสรรเวลาของระบบปฏิบัติการ และขั้นตอนนำภาพขึ้นจอล้วนส่งผลต่อ FPS ที่สังเกตได้ Microsoft แยกเวลา CPU ต่อเฟรมออกจากเวลา GPU ต่อเฟรมในคำแนะนำด้านการวิเคราะห์ประสิทธิภาพ DirectX เนื่องจากทั้งสองส่วนต่างก็อาจใช้เวลาเกินงบเวลาที่มีสำหรับหนึ่งเฟรมได้

การแปลงด้วย 1000 / ms คือเพดานของขั้นตอนที่วัด ตัวอย่างเช่น เวลา CPU 12 ms เท่ากับประมาณ 83.33 FPS ส่วนเวลา GPU 7 ms เท่ากับประมาณ 142.86 FPS ในการบันทึกนี้ ฝั่ง CPU ช้ากว่าและเพดานโดยประมาณอยู่ที่ราว 83.33 FPS

เหตุใดค่าความคลาดเคลื่อนจึงสำคัญ

ไม่ควรรายงานเวลาเฟรมที่ใกล้เคียงกันด้วยความมั่นใจที่เกินจริง เครื่องคำนวณนี้เปรียบเทียบผลต่างสัมบูรณ์กับเวลาเฟรมของส่วนที่ช้ากว่า:

ความแตกต่างสัมพัทธ์ = |CPU ms - GPU ms| / max(CPU ms, GPU ms) × 100

หากความแตกต่างอยู่ภายในค่าความคลาดเคลื่อนที่เลือก ผลลัพธ์ของการบันทึกนี้จะถือว่าสมดุลหรือยังไม่สามารถชี้ขาดได้ หากเกินค่าความคลาดเคลื่อน ส่วนที่มีเวลาเฟรมนานกว่าคือส่วนที่กำลังจำกัดประสิทธิภาพ

เปอร์เซ็นต์นี้อธิบายระยะห่างระหว่างค่าการจับเวลาสองค่าในเวิร์กโหลดหนึ่งชุด ไม่ใช่เปอร์เซ็นต์ความสามารถของ CPU หรือ GPU ที่สูญเปล่า และไม่สามารถคาดการณ์ว่าการเปลี่ยนฮาร์ดแวร์จะเพิ่มประสิทธิภาพได้เท่าใด

ทำให้การบันทึกทำซ้ำได้

การเปรียบเทียบที่มีประโยชน์ต้องรักษาเวิร์กโหลดให้คงที่ ใช้สิ่งต่อไปนี้ให้เหมือนเดิม:

• เกมและเวอร์ชันเอนจิน;
• ไฟล์บันทึก การเล่นย้อนหลัง ลำดับเบนช์มาร์ก หรือเส้นทางการเคลื่อนที่ตายตัว;
• ความละเอียด สเกลการเรนเดอร์ ค่าคุณภาพที่ตั้งไว้ล่วงหน้า และ API กราฟิก;
• ขีดจำกัดเฟรม VSync และสถานะความละเอียดแบบไดนามิก;
• การตั้งค่าไดรเวอร์ โหมดพลังงาน และเวิร์กโหลดเบื้องหลัง;
• ระยะเวลาอุ่นเครื่องและระยะเวลาบันทึก

ทดสอบหลายครั้งและเปรียบเทียบสถิติที่เป็นตัวแทน แทนที่จะเชื่อผลจากตัวอย่างสั้น ๆ เพียงครั้งเดียว คำแนะนำด้านประสิทธิภาพ CPU ของ AMD แนะนำให้ตรึงตัวแปรต่าง ๆ เช่น ฉากทดสอบและค่า seed แบบสุ่มไว้ ส่วนคำแนะนำสำหรับ Unreal Engine เสนอให้เปลี่ยนความละเอียดเพื่อช่วยวินิจฉัย หากเพิ่มความละเอียดในการเรนเดอร์ขึ้นมากแล้วประสิทธิภาพแทบไม่เปลี่ยน นั่นเป็นหลักฐานที่ควรตรวจสอบต่อว่าเวิร์กโหลดดังกล่าวอาจติดข้อจำกัดฝั่ง CPU อย่างไรก็ตาม สิ่งนี้ยังคงเป็นเพียงหลักฐาน ไม่ใช่ข้อสรุปสากล

เหตุใดอัตราการใช้งานจึงไม่ใช่หลักฐานยืนยัน

อัตราการใช้งานช่วยสนับสนุนการวินิจฉัยได้ แต่ไม่สามารถยืนยันได้ด้วยตัวมันเอง อัตราการใช้ CPU โดยรวมอาจดูไม่สูง ขณะที่เธรดหลักหรือเธรดเรนเดอร์เพียงเธรดเดียวทำงานเต็มกำลัง อัตราการใช้ GPU ต่ำอาจเกิดจากขีดจำกัดเฟรม การรอ CPU การซิงโครไนซ์ หรือมีงานส่งไปให้ GPU น้อยเกินไป ส่วนอัตราการใช้ GPU สูงบอกเพียงว่าอุปกรณ์กำลังทำงานหนัก ไม่ได้ระบุพาสที่ใช้ทรัพยากรมากอย่างเจาะจงหรือทำนายผลจากการอัปเกรด

เครื่องมือจับเวลาช่วยให้เห็นบริบทได้ดีกว่า Intel PresentMon บันทึกข้อมูลเฟรมและข้อมูลวัดสถานะ GPU, NVIDIA Nsight แสดงระยะเวลาเฟรมของ CPU และ GPU รวมถึงช่วงเวิร์กโหลด GPU ส่วน AMD Radeon GPU Profiler แสดงเวลาของคิวและช่วงที่ GPU ว่าง แม้แต่เกณฑ์ของเครื่องมือวิเคราะห์ก็เป็นเพียงกฎโดยประมาณ การจัดประเภทว่าติดข้อจำกัด CPU ของ Radeon GPU Profiler ใช้เกณฑ์เวลาว่างของ GPU ที่ปรับได้ ไม่ใช่กฎตายตัวที่ใช้ได้กับทุกเอนจิน

ค่า FPS ต่ำสุด 1% บอกอะไรได้และบอกอะไรไม่ได้

ค่า FPS ต่ำสุด 1% สรุปส่วนปลายที่ช้าของการกระจายเวลาเฟรม จึงมีประโยชน์ในการตรวจหาการแสดงเฟรมที่ไม่สม่ำเสมอซึ่งค่าเฉลี่ยอาจบดบังไว้ แต่ค่านี้ไม่บอกว่าเฟรมช้าเหล่านั้นเกิดจาก CPU, GPU, การสตรีมแอสเซ็ต, การคอมไพล์เชดเดอร์, ภาระหน่วยความจำ หรือการหยุดชะงักรูปแบบอื่น

คำจำกัดความยังแตกต่างกันด้วย บางรายงานคำนวณอัตราจากเวลาเฟรมที่เปอร์เซ็นไทล์ 99 (1000 / เวลาเฟรม p99) ขณะที่บางรายงานหาค่าเฉลี่ยจากตัวอย่าง FPS ที่ช้าที่สุด 1% NVIDIA Nsight Systems นิยามความยาวเฟรมที่เปอร์เซ็นไทล์ 99 ว่าเป็นค่าที่มีเฟรมเพียง 1% เท่านั้นที่ยาวกว่า จดชื่อเครื่องมือและคำจำกัดความที่ใช้เมื่อเปรียบเทียบผล และอย่าใช้ค่า FPS ต่ำสุด 1% แทนเวลาเฟรม CPU และ GPU ที่วัดคู่กัน

เหตุใดเปอร์เซ็นต์คอขวดแบบสากลจึงทำให้เข้าใจผิด

คอมพิวเตอร์ไม่ได้มีอัตราส่วนคอขวดระหว่าง CPU กับ GPU ที่คงที่เพียงค่าเดียว งานที่จำกัดประสิทธิภาพอาจเปลี่ยนไปตามเกม ฉาก ความละเอียด การตั้งค่า เวอร์ชันเอนจิน ไดรเวอร์ ขีดจำกัดเฟรม และอัตราเฟรมเป้าหมาย ฉากเมืองที่มีผู้คนหนาแน่นอาจเพิ่มภาระให้กับการจำลองและการส่งคำสั่งวาด ขณะที่อีกฉากหนึ่งซึ่งใช้สเกลการเรนเดอร์สูงกว่าอาจใช้เวลาบน GPU มากกว่า

เครื่องคำนวณที่อาศัยเพียงชื่อรุ่นไม่สามารถสังเกตเงื่อนไขเหล่านี้ได้ ผลลัพธ์อย่างเช่น “คอขวด 23%” ไม่มีความหมายทางเทคนิคที่แน่นอน หากไม่มีการจับเวลาจากฉากเดียวกันที่วัดจริง ใช้เครื่องคำนวณนี้เพื่ออธิบายการบันทึกที่คุณทำจริง ทดสอบซ้ำด้วยเวิร์กโหลดที่คุณสนใจ และใช้เครื่องมือวิเคราะห์ไทม์ไลน์เมื่อต้องการหาว่างานใดเป็นสาเหตุโดยเฉพาะ

เอกสารอ้างอิงทางเทคนิคอย่างเป็นทางการ

• Microsoft: การวิเคราะห์ประสิทธิภาพแอปพลิเคชัน DirectX
• Intel: การตรวจสอบประสิทธิภาพด้วย PresentMon
• NVIDIA: สถานะเฟรมใน Nsight Systems
• NVIDIA: GPU Trace ใน Nsight Graphics
• AMD GPUOpen: ภาพรวม Radeon GPU Profiler
• AMD GPUOpen: คู่มือประสิทธิภาพ Unreal Engine
• AMD GPUOpen: คู่มือประสิทธิภาพ CPU Ryzen