Вы наверняка слышали такие фразы, как «раскрытие потенциала видеокарты» или «бутылочное горлышко». Вокруг этих понятий ходит множество предрассудков, нелепиц и заблуждений. А все они являются частью более сложной темы о балансе между ЦПУ и ГПУ. Мы решили подробно разобрать этот нюанс, а также ответить на извечный вопрос: как правильно подобрать процессор к видеокарте и наоборот.
Какие задачи решает процессор, а какие – видеокарта
Первое и главное, что необходимо усвоить: ЦПУ и ГПУ решают совершенно разные задачи. Видеокарта отвечает за одни вычисления, а центральный процессор – за совершенно другие. Давайте кратко познакомимся, чем же они занимаются в играх.
За что отвечает процессор
Для простоты восприятия мы опустим сложные технические подробности. Сфокусируемся на общих понятиях, так как этого будет достаточно для понимания нашей темы. Итак, процессор занимается расчетами:
- геометрии;
- физики объектов;
- поведения частиц;
- числовых характеристик;
- искусственного интеллекта.
Под расчетом геометрии понимают отрисовку вершин. Чем больше 3D-модель их имеет, тем качественнее она выглядит. Если мы подойдем к вертикальному столбу в старых играх (например, к частоколу), то увидим не круглую модель, а какой-нибудь шести- или восьмиугольник. Процессоры прошлого не имели достаточной производительности для расчета большого количества вершин. В современных играх ситуация значительно лучше. Например, одной из главных причин, почему Cyberpunk 2077 так сильно нагружает ЦП, является как раз высокое качество геометрии. Зайдя в любой переулок, можно увидеть, насколько много вершин имеют даже такие непримечательные объекты, как кабели и водопроводные трубы. Все они выглядят не как многоугольники, а как настоящие круглые объекты. Хотя на деле они также состоят из вершин, просто их количество очень большое.
Под физикой в видеоиграх понимают поведение объектов при соприкосновении. Например, когда персонаж заходит в воду, его ноги сталкиваются с жидкостью и образуют маленькие волны. Или, когда Артур Морган в Red Dead Redemption 2 скатывается с утеса, он задевает свои телом камни. Они также начинают скатываться вниз по склону, при этом могут задевать другие булыжники, что вызовет локальный камнепад. Еще одним примером физики является поведение автомобиля при ударе. То, с какой силой и скоростью машина отлетит в сторону, как раз просчитывает центральный процессор.
Частицы в видеоиграх также называют «партиклами» от английского слова «particles». Они представляют собой маленькие объекты в виде падающего снега, брызг воды, пылинок, искр и т.д. Поведение всех этих частиц носит неслучайный характер. Их траектория, а также взаимодействие с другими объектами тщательно высчитываются процессором. Причем в некоторых играх они могут значительно нагружать ЦПУ. Например, в Battlefield 5 самый результативный игрок получает возможность нанести удар по точке ракетой Фау-1. Ее взрыв покрывает огромную площадь, что делает данный аппарат мощнейшим оружием в игре. Удар сопровождается красивыми спецэффектами, в основе которых лежит множество частиц. Во многом именно они просаживают FPS в момент взрыва в 2-3 раза.
К расчету числовых характеристик относятся банальные арифметические операции. Деление, умножение, вычитание, сложение – все это непрерывно обрабатывает центральный процессор. Когда в игре мы стреляем из винтовки, то ЦП высчитывает скорость поля пули, ее настильность, а также урон, который меняется в зависимости от расстояния. Более того, в некоторых шутерах снаряды могут проходить через тонкие укрытия. И тогда процессор добавляет еще один параметр в формулу для расчета урона. Даже когда мы нажимаем кнопку «вперед», ЦП вычисляет, на какое расстояние и как именно сдвинется персонаж. Например, если мы перемещаемся сидя, то нужный коэффициент подставляется в формулу, и скорость персонажа снижается.
Под искусственным интеллектом в играх понимают иллюзию интеллекта у NPC. В его основе лежит расчет числовых характеристик. Но они работают со множеством других технологий. Например, трассировка лучей применяется не только для создания реалистичного освещения. Во многих играх она является зрением у NPC. Чаще всего ее используют в проектах с элементами стелса. Из глаз NPC выпускается множество лучей, которые сканируют область в поисках главного героя. Если эти лучи пересекают игрового персонажа, то NPC начнут его атаковать. А если герой так и не будет найден, то поиск цели продолжится.
Помимо всех упомянутых вычислений, центральный процессор также берет на себя фоновые нагрузки. Во время игры операционная система Windows продолжает работать. Достаточно зайти в «Диспетчер задач» и нажать на пункт «Процессы». Перед вами откроется гигантский список из самых разных служб и операций, которые обрабатываются в реальном времени. Да, многие из них настолько элементарные, что почти не нагружают центральный процессор. Но, учитывая их количество, они просто не могут не оказывать влияния на работоспособность системы.
За что отвечает видеокарта
В отличие от центральных процессоров, видеокарты – это узко специализированные устройства. Они не могут выполнять такой же большой спектр задач. Одновременно рассчитывать геометрию объектов, обрабатывать фоновые операции и руководить искусственным интеллектом для них невозможно. Карты занимаются только графическими вычислениями. Их главные задачи в видеоиграх, следующие:
- расчет освещения;
- наложение текстур;
- обработка тесселяции;
- расчет теней и затенений;
- наложение эффектов постобработки;
- устранение «лесенок» (сглаживание).
Освещением в играх называют алгоритмы, которые используются для имитации света. Условно они делятся на глобальные и локальные. Если опустить сложные технические подробности, то глобальное освещение – это свет от солнца или луны. А локальное – от искусственных источников, к примеру, от фонарей и факелов. В старых видеоиграх освещение было статическим, и его «запекали» прямо в текстуры. Но современные алгоритмы ушли гораздо дальше. Теперь освещение динамическое, и реагирует оно на все объекты в сцене. А венцом современной графики является технология трассировки лучей в реальном времени. Этот алгоритм не имитирует освещение, как делалось раньше, а строит его по законам физики.
Когда мы говорили о центральных процессорах, то упоминали, что ЦП строят 3D-модели путем отрисовки их вершин. Так вот, видеокарта на все эти 3D-модели накладывает текстуры. Они представляют собой изображения, которыми обтягиваются объекты. Их качество во многом зависит не от мощности графического процессора, а от объема доступной видеопамяти. Она является аналогом ОЗУ, но только для видеокарт. Чем больше объем видеопамяти, тем большего разрешения можно использовать текстуры. Наверняка вы замечали, что вес игр с нескольких мегабайт увеличился до нескольких сотен гигабайт. Главная причина – качество текстур. Современные консоли и видеокарты имеют много доступной памяти, а потому разработчики могут использовать текстуры высокого разрешения. И чем больше их разрешение, тем больше они весят.
Все 3D-объекты в компьютерной графике выполнены из многоугольников. Для конкретного обозначения их называют «полигонами». Тесселяция – это алгоритм, который разбивает полигоны на более мелкие примитивы. Помните, насколько реалистичный снег был в Red Dead Redemption 2? Когда персонажи проходят через него, то за ними тянется отчетливый след. Вот это и есть работа тесселяции. Полигоны снега разбиваются на более мелкие части, взаимодействие с которыми их разрушает. В результате появляется четкий и реалистичный след.
Пояснять, что такое тени в видеоиграх, нет смысла, так как это очевидно. Однако глобальное затенение является менее известным алгоритмом среди обычных геймеров. Наверняка в настройках графики вы видели такие аббревиатуры, как: SSAO, HBAO, VXAO и т.д. Все это называется «Ambient Occlusion» или в переводе «Глобальное затенение». Оно возникает в местах не под прямым освещением. К примеру, в углах помещений или в стыках между стеной и потолком. Алгоритмы «AO» вместе с тенями оказывают огромное влияние на восприятие графики в играх. По важности их можно сравнить с текстурами или глобальным освещением.
Постобработкой называют графические эффекты, которые накладываются поверх готовой картинки. Отражения в экранном пространстве (SSR), размытие при движении, контактные тени, хроматическая аберрация, резкость, зернистость, виньетка – все это является постобработкой. И за их реализацию отвечает исключительно ГПУ. Причем некоторые эффекты, такие как зернистость или виньетка, не оказывают влияния на производительность. А контактные тени или отражения в экранном пространстве могут значительно снизить частоту кадров.
По той причине, что изображение на современных дисплеях строится маленькими квадратными пикселями, избежать «лесенок» у диагональных линий невозможно. За их устранение отвечает специальная технология – сглаживание. Ее алгоритмов существует множество, но только MLAA работал на центральном процессоре. Все остальные типы сглаживания просчитываются исключительно видеоадаптером.
Как правильно подобрать видеокарту к процессору
Итак, мы выяснили, за какие операции отвечает ГПУ, а за какие ЦПУ. Теперь наша задача – научиться избегать «бутылочного горлышка» и понять, как правильно подобрать видеокарту к процессору. Например, у вас CPU Intel Core i3-9100 и вы к нему покупаете NVIDIA GeForce RTX 3070. Запуская Cyberpunk 2077, вы рассчитываете увидеть 100-120 FPS в Full HD разрешении на высоких настройках графики. Ведь согласно тестам, GeForce RTX 3070 действительно выдает такую производительность. Но вместе этого ваша частота кадров находится на показателе 30-40 FPS. Вы меняете настройки графики, но все безрезультатно. Так где же была допущена ошибка?
Чтобы ответить на этот вопрос, необходимо воспользоваться мониторинговой программой. Она покажет, как комплектующие нашего ПК работают в игре. Наиболее популярная из подобных утилит – MSI Afterburner. В ней присутствует показатель «процент загрузки». Он сообщает, насколько загружены графический или центральный процессоры.
Возвращаемся к нашему примеру. Если мы запустим MSI Afterburner вместе с Cyberpunk 2077, то увидим процент загрузки ЦПУ на 100%, а ГПУ – примерно на 50%. Что это значит? Это значит, что FPS упирается в процессор. CPU не может подготовить достаточное количество кадров для видеокарты, и она простаивает. Бутылочным горлышком в данном случае будет выступать именно центральный процессор. Решить эту проблему можно только одним способом – поменять Intel Core i3-9100 на более производительный камень.
Таким образом, нет смысла приобретать мощную видеокарту к слабому процессору. А чтобы между ними наблюдался баланс, необходимо тщательно ознакомиться с производительностью обоих комплектующих. Сначала посмотрите тесты процессора, затем видеокарты, а потом их работу в связке. Достаточно ввести в поисковой строке YouTube названия нужных вам комплектующих, и перед вами откроется множество видео с тестами от обычных пользователей. Также мы подготовили специальную таблицу совместимости, куда уже внесли наиболее подходящие сочетания ЦПУ и ГПУ.
Таблица соответствия видеокарт и процессоров
| Процессор | Видеокарта |
|---|---|
| Intel Core: i3-12100 | NVIDIA Geforce RTX 3050 AMD Radeon RX 6500XT |
| Intel Core: i5-12400, i5-13400 AMD Ryzen: 5600 |
NVIDIA GeForce: RTX 3060, RTX 3060 Ti AMD Radeon: RX 6600, 6600XT |
| Intel Core: i5-12600 AMD Ryzen: 7600X |
NVIDIA GeForce: RTX 3070, RTX 3070 Ti AMD Radeon: RX 6700, RX 6700 XT |
| Intel Core: i5-13600, i7-12700 AMD Ryzen: 5800X |
NVIDIA GeForce: RTX 3080, 3080 Ti AMD: Radeon RX 6800, RX 6800XT |
| Intel Core: i7-13700 AMD Ryzen: 5800X3D, 5900X, 7700X |
NVIDIA GeForce: RTX 3090 Ti, RTX 4080 AMD Radeon: RX 6900XT, RX 6950XT |
| Intel Core: i9-12900, i9-13900K AMD Ryzen: 5950X, 7900X,7950X |
NVIDIA GeForce RTX 4090 |
Выбираем оптимальные сочетания процессоров и видеокарт
Для простоты восприятия мы разделим связки по ценовой категории на:
- бюджетную;
- среднебюджетную;
- премиальную;
- максимальную.
В бюджетном сегменте лидерство занимает сочетание из Intel Core i3-12100(F) и NVIDIA GeForce RTX 3050. Учитывая поддержку DLSS сглаживания это отличное сочетание для Full HD гейминга за относительно небольшую сумму.
Идеальной связкой в среднебюджетной категории является Intel Core i5-12400(F) и NVIDIA GeForce RTX 3060 Ti. Такая система обеспечит высокий FPS как в Full HD, так и в 2K разрешении. Причем на данной конфигурации можно смело включать трассировку лучей и не бояться за просадки частоты кадров.
Лучшей связкой в премиальном сегменте выступает сочетание из Intel Core i7-12700K и NVIDIA GeForce RTX 3080. Производительный 12-ядерный процессор не будет «бутылочным горлышком» для игр в 2K разрешении на мониторах с высокой герцовкой. А благодаря мощной видеокарте можно рассчитывать на комфортный FPS даже в 4K.
Максимальная ценовая категория выделяется не только стоимостью комплектующих, но и самой мощной в истории человечества видеокартой – NVIDIA GeForce RTX 4090. Только процессор Intel Core i9-13900(K) в состоянии отрисовать достаточное для нее количество кадров. И это в 4K разрешении с трассировкой лучей, которое отличается огромными требованиями к мощности графических ускорителей.
Соответствие процессоров и видеокарт в компьютерах HYPERPC
Баланс – это первое, чем руководствуются инженеры HYPERPC при создании персональных компьютеров. Мы тщательно анализируем производительность комплектующих не только в играх, но и в бенчмарках. Детальный анализ позволяет инженерам выбрать идеальное сочетание процессоров и видеокарт. Вы можете и сами в этом убедиться, взглянув на средний FPS, который мы указываем в карточке каждого компьютера HYPERPC. С нашими системами вам больше не придется переживать о балансе между компьютерными комплектующими.
