玩家也許可以容忍在游戲中操作失誤導致成績不佳，這是經驗不足或技巧掌握不夠所導致，怨不得人。但是，如果在游戲中出現畫面不正常的卡頓、延遲甚至撕裂，那種不是由自己導致的挫敗感則讓人難以接受。為了解決這種問題，顯卡雙巨頭NVIDIA和AMD都做出了很多努力，分別推出了NVIDIA  G-Sync和AMD Free Sync技術。這兩者究竟有何區別，在解決畫面撕裂、卡頓和延遲的問題上孰優孰劣？下面就為您揭曉……

　　對3D游戲來說，游戲幀數固然重要，而畫面呈現的穩定性也不容忽視。在一些激烈對抗游戲中，畫面的穩定與否直接影響到玩家最終成績。很遺憾的是，在傳統的“顯卡-顯示器”系統中，由于兩者之間的工作頻率沒有強制性的統一標準，長期處于各自為政的狀態。所以幀刷新率異步等問題一直存在，并導致時有畫面卡頓、撕裂的問題發生。即使是一些搭載頂級顯卡的系統，也偶爾會因此讓游戲的流暢度不盡如人意。此問題如何解決？這得從產生原因說起。

　　根本原因：動、靜不匹配

　　畫面穩定性欠佳其實是一個由來已久的問題，只是，它在最近幾年才開始成為玩家關注的焦點。其原因在于經歷了3D技術的爆發性發展后，3D渲染技術逐漸成熟，在革命性計算方式誕生前，恐怕游戲畫質將難以獲得明顯改善。因此，影響游戲體驗的另一方面—穩定性轉而成為大家關注的焦點。

　　游戲畫面從“101010101”的數字信號變為顯示器上可見的畫面信息，其中經歷了復雜的計算過程。在這個過程中，顯卡和CPU組成的計算體系承擔著計算負荷和信息輸出任務。而顯示器則忠實地將自己接收到的信息顯示在每一個液晶小晶格上（CRT是電子束轟擊在屏幕柵格的熒光粉上）。這個過程看起來稀松平常，不存在什么問題。但在實際運行中，顯卡和CPU這個計算體系與顯示器最終還是發生了矛盾。

　　目前的顯示器，無論是液晶還是CRT，它們工作時顯示畫面的刷新頻率都是一個固定值。就目前最常見的液晶顯示器來說，屏幕畫面會穩定的每秒鐘刷新60次（即每秒鐘顯示60張畫面）。問題來了，顯卡給出畫面的速度是動態值。尤其是場景激烈變換的游戲中，顯卡無法按照一個固定頻率來輸出顯示畫面。它只能根據當前計算的復雜情況，實時調整輸出頻率。再具體一些來說，顯卡內部的數模轉換模塊（也就是RAMDAC）只會根據顯卡當前計算完成的信息來輸出相應數量的畫面，不可能保證每秒都恰好完成60張畫面的渲染（即每秒都是60幀），無法與顯示器的固定刷新頻率吻合。這也是導致游戲畫面出現不穩定的根本原因。

　　液晶顯示器除了固定刷新率，一些基礎技術都來自于CRT顯示器，包括一些暫時無用的控制信號都被保留。

　　動、靜不匹配，究竟如何影響畫面穩定性？

　　那么，這種動、靜不匹配，究竟是如何導致畫面出現不穩定現象的呢？這得話分兩頭說：

　　畫面撕裂會明顯影響游戲體驗，甚至影響游戲成績。

　　1.畫面撕裂

　　畫面撕裂的情況是最為常見的不穩定因素，也是最容易解決的。畫面撕裂出現的原因是當顯卡在顯示器的一個顯示周期中輸出了多次畫面信息后，顯示器為了緊跟顯卡輸出的最新信息，在一個顯示周期中混搭顯示出了不同的畫面，這最終就造成了畫面撕裂。

　　舉例來說，在顯示器的一個顯示周期中的前半段，顯示器接收到顯卡輸出的一個畫面信息并更新了一半內容在屏幕上（假設第一幅顯示的內容是“0”）。而與此同時，顯示器又接到顯卡新輸出的一個畫面（假設第二幅顯示的內容是“1”），于是，顯示器會機械地將“1”的內容更新在剩下的一半屏幕上。由于游戲的運動性，前后兩幅畫面肯定存在差異，因此上下兩個半幅畫面是不統一的，這就是撕裂現象。

　　這種現象往往出現在快速激烈的畫面轉換中，比如FPS游戲激烈交火時。在這類游戲中，高幀數狀態玩家仔細觀察豎向的物體并快速移動鼠標，就能看到大量的撕裂現象出現。而畫面撕裂會影響到玩家的判斷甚至造成失誤，如明顯地影響“瞄準”操作，進而導致玩家成績不佳。倘若換用低性能顯卡降低幀數，又有可能出現顯卡計算性能不足，出現畫面輸出速度過慢，導致游戲真正的卡頓，這同樣不能被玩家接受。

　　畫面延遲會造成游戲中一些不可知情況的發生，比如玩家剛好看到紅屏提醒，回過神來就已經Game Over。

　　出現卡頓和延遲的原因依舊是顯卡輸出幀和顯示器顯示幀數無法匹配。

　　2.畫面卡頓、延遲

　　與撕裂時一個刷新周期顯示2、3張畫面殘圖相反，當顯示器2、3個刷新周期都只顯示一個畫面時，就會出現卡頓。這通常是由顯卡性能局限，難以在顯示器刷新周期到來前交出渲染好的畫面導致。這使得顯示器只能提供上一幀的內容（停留在上一幀），直到顯卡輸出下一個渲染好的畫面，再在新的刷新周期更換顯示內容。比如人物從左向右以比較平滑的方式轉向，但是其中某兩個畫面重復，造成了時間上的微小不連貫，這個時候玩家眼中看到的就是卡頓。

　　上述描述反應的是顯卡性能不足的情況下存在的卡頓。那么當顯卡輸出的畫面幀數遠高于顯示器的刷新幀數時呢？在這種情況下，顯示器能在第一個刷新周期中，正確輸出顯卡渲染的第一幀畫面。而此后，在下個顯示器刷新周期到來前顯卡連續輸出了N幀畫面，由于時間間隔太近，都會被顯示器忽略。到顯卡輸出第N+1幀時，顯示器才取得這個畫面并刷新在屏幕上。那么從第1幀到第N+1幀中間的N幀畫面都丟失了，反映在玩家眼中也就是畫面顯示的延遲，跟卡頓的效果看起來極為相似。顯卡性能差出現卡頓還情有可原，顯卡性能強還卡頓，這讓玩家情何以堪？

　　需要說明的是，撕裂、尤其是卡頓、延遲，存在明顯的人群敏感差異性。有些玩家很容易感受到卡頓，但是有些玩家卻表示同樣場景非常流暢，除了可能存在的生理機能差異外，游戲訓練的程度以及對游戲操控的熟練度差異，都能影響最終的感知。為了減少干擾，以上討論針對的是比較單純的環境，體驗者沒有經過特別訓練，也并非特殊體質等特殊情況。

　　傳統方案：顯卡被動妥協與顯示器

　　其實游戲畫面的穩定性問題，早在CRT時代就開始受到業內專家的關注。因此推出了垂直同步技術來予以修正。只不過垂直同步的運行原理太過粗暴，它將顯卡輸出的畫面幀數鎖定在60幀/秒和30幀/秒這兩個固定數值上。之所以選擇這兩個數值，是因為它們能與絕大多數顯示器刷新幀率相匹配。簡單來說，當顯卡給出游戲畫面的速度高于60幀/秒時，垂直同步會強制顯卡每秒只輸出60張畫面，恰好對應顯示器60Hz的刷新率。當顯卡給出游戲畫面的速度低于60幀/秒時，垂直同步會強制顯卡每秒只輸出30張，使得顯示器可以在每兩個顯示周期中穩定顯示一幀畫面。這種方式其實是要求顯卡向顯示器妥協，顯得比較被動，也經常浪費顯卡性能。

　　垂直同步初步考慮到了60幀/秒以上的高幀數帶來的畫面不穩定現象，但是對60幀/秒以下的較高幀數考慮卻不周到。現在的游戲場景多變，同一顯示系統面對不同游戲場景的渲染壓力差距明顯，這導致幀數的波動幅度很大。當幀數在60幀/秒左右反復波動時，垂直同步也會在60Hz和30Hz之間反復切換，導致的結果就是更明顯的畫面不穩定。這將對游戲體驗的舒適性帶來災難性打擊，嚴重時甚至會造成玩家眩暈直至嘔吐。因此，傳統的垂直同步在很多玩家眼中是卡頓的代名詞。除了某些優化得當或者輕負載游戲上有些作用外，多數時候會幫倒忙。因此，絕大多數玩家并沒有使用垂直同步的習慣。

　　為了使得垂直同步更為合理，NVIDIA推出過自適應垂直同步，它的主要作用在于僅提供60幀/秒這一個固定值。當顯卡輸出幀數高于60幀/秒時，畫面被鎖定60Hz頻率顯示；顯卡輸出低于60幀/秒時，就按照實際畫面輸出頻率顯示。

　　傳統的垂直同步會在60幀和30幀之間反復切換，導致畫面卡頓、難以接受。

　　NVIDIA的自適應垂直同步雖然解決了垂直同步60幀以下卡頓的問題，但是無法解決低幀數時的卡頓、延遲等問題。

　　徹底解決：顯卡不再妥協！

　　很顯然，無論是自適應垂直同步，還是垂直同步，都是一種盡量改變幀數以適應顯示器的技術，它們都是對顯示器固定刷新率的一種妥協。實際應用中對畫面有一定的改善，但并不能從根本上解決問題，還會在很多時候浪費顯卡性能。為了真正有效解決不穩定問題，更好的辦法無疑是讓顯示器刷新率轉變為動態值。

　　當顯示器刷新率能動態變化后，顯示器就可以和顯卡形成最恰當的匹配。顯卡輸出幀數為45幀/秒，顯示器也能以同樣的45Hz速度刷新畫面；當顯卡輸出為144幀時，顯示器也變為144Hz的高刷新率。這樣一來，由顯卡和顯示器無法匹配刷新率而帶來的撕裂和卡頓等問題將會得到徹底解決。

　　可控V-Blank 讓顯示器與顯卡握手言和

　　要完成頻率同步，又需要硬件系統具備哪些條件呢？

　　首先，顯示器應該盡量提高刷新率上限，最好是能達到甚至超過120Hz。這樣才能盡可能地配合高性能顯卡，發揮出高幀率帶來的流暢優勢。

　　其次，顯示器必須支持DisplayPort接口，因為DisplayPort接口繼承了可以控制V-Blank信號的設計，可借此打破顯示器的固定刷新頻率，做到動態刷新。V-Blank信號原本是CRT時代的控制信號。在CRT時代，陰極射線從顯示屏左上角開始刷新，刷新至右下角最后一個點陣后完成一幀圖像的輸出。此時陰極射線需要返回左上角準備下一幀刷新，這個返回的時間，就叫做V-Blank垂直空白。在液晶顯示器時代，顯示器基本都采用靜態刷新，不再需要V-Blank信號，但是這個信號作為向下兼容的技術，依舊被DisplayPort保留了下來，并被重新定義為頻率調控信號。

　　第三，GPU必須能夠控制V-Blank信號。GPU通過控制V-Blank信號，將當前自己的刷新頻率告知顯示器，讓控制顯示器依次確定兩個顯示周期之間等待的時間長度，從而動態地刷新畫面。

　　很顯然，無論以何種方式實現，NVIDIA G-Sync和AMD Free  Sync這兩個系統都具備了這三個必要條件。至于這兩者究竟孰優孰劣，且看接下來的對比解析。

　　NVIDIA G-sync：另辟蹊徑的急先鋒

　　NVIDIA是較早關注顯示器和顯卡頻率動態匹配的廠商。在去年10月，NVIDIA就公布了G-Sync，并作為NVIDIA  Kepler架構的一種特色技術進行宣傳。但直到前不久，G-Sync技術才被NVIDIA推向前臺，開始進入實際應用階段，這是為何？

　　實際上，這跟顯示器匹配能力有關。NVIDIA之前推廣3D  VISION技術時，市場上就出現了很多刷新率達到120Hz甚至144Hz的顯示器產品，刷新頻率上已經滿足需求。不過受制于當時主流的顯示器接口規范，對V-Blank信號可控性支持力度不佳。無論是VGA、DVI還是HDMI，都無法完成對V-Blank信號的調節，這就達不到通過調節V-Blank信號，來讓顯示器動態刷新的目的，也就無法適應顯卡的動態畫面輸出。為了在目前的顯示器上啟用G-Sync技術，NVIDIA只有另辟蹊徑地使用了折中設計方案，為這些高刷新率的顯示器推出了一種名為G-Sync擴展卡的設備。這個設備上有一顆芯片用于接收、同步來自GPU的幀率信息，另外還設置了768MB的存儲空間用于刷新和存儲畫面信息。G-Sync擴展卡可以自行改裝加入顯示器，也可以由廠商批量采購，在產品出廠前就將其預先加裝在顯示器中。

　　支持NVIDIA顯卡的G-Sync顯示器已經正式上市銷售。

　　NVIDIA的G-Sync卡，可以加裝在顯示器中，實現顯示器的動態刷新幀率。

　　G-Sync升級模塊全套產品。

　　此前展示得最多的Free Sync系統，基本都是使用AMD  GCN1.1架構顯卡的筆記本電腦。而今年ComputeX上，AMD倒是帶來了更直觀的DIY系統展示。這得益于DP  1.2a的實用化，至于普及估計還得不少時間。

　　在使用了G-Sync擴展卡后，一臺高刷新率顯示器就可以和GPU的幀率進行動態聯動，實現對刷新率的動態控制。NVIDIA的G-Sync技術所規定的幀數上下限分別為30Hz到144Hz。30Hz對應的游戲幀率就是30幀/秒，NVIDIA認為每秒30幀以下的畫面更新速度將會非常卡頓，從而使游戲失去可玩性，所以最低及格線便是30Hz。至于144Hz的上限，卻是受制于目前顯示器制造工藝的極限。

　　在這里也許有玩家會質疑這種另辟蹊徑的方式，會不會因為添加第三方硬件而導致一些別的問題？由G-Sync的技術存原理我們可以推測，由于需要額外的硬件來緩沖、同步幀率信息，不可避免地會給系統帶來延遲。但NVIDIA表示這個延遲低到難以察覺，對游戲實時性幾乎沒有影響，實際使用中玩家們基本上不需要擔心這個問題。相對于此，中間件暫時不能處理音頻信號的特殊性顯得更值得玩家們關注。由于G-Sync擴展模塊對DisplayPort信號的截流，原本DisplayPort接口中可能存在的音頻信號無法處理，將被直接丟棄。對于這個問題，NVIDIA給出的回應是“影響不大”，因為目前的顯示器自帶的音箱音質都難以滿足游戲玩家的需求。當然，NVIDIA也考慮改進G-Sync擴展模塊。不出意外的話，下一代的G-Sync擴展模塊中將重新具備分離音頻信號的能力。

　　AMD Free Sync：真有免費的午餐？

　　在NVIDIA推出了G-Sync后，AMD也推出了Free Sync技術。從其命名就能看出一些定位或者說策略上的不同，Free  Sync自然打的是免費牌。NVIDIA的G-Sync需要額外的組件，或者更換支持G-Sync的顯示器，這會顯著增加成本。而Free  Sync在AMD的宣稱中則是完全免費的。這瞬間引起了眾多玩家的關注，Free Sync是如何做到的，這套系統真的免費嗎？

　　從技術原理上來說，Free  Sync和G-sync其實基本上一樣，都是通過顯卡主動出擊，以實時幀率為基礎，控制V-Blank實現對顯示器刷新頻率的動態調控。相對NVIDIA的G-Sync來說，Free  Sync的最大改變則是集成化和標準化。這源自AMD的開放態度，AMD并沒為Free  Sync設置認證和授權門檻，有心的廠商或者組織都可以將其納為己用。這最終讓Free Sync成功被視頻電子標準協會（Video Electronics  Standards Association，VESA）垂青，將其納入到DisplayPort 1.2a接口的標準規范中。

　　雖說現在DisplayPort  1.2a接口還沒有普及到顯示器中，但隨著產品發展，這是必然趨勢。根據AMD宣稱，只要GCN1.1之后架構的AMD顯卡都能提供對Free  Sync的支持，這意味著自此以后的AMD顯卡，搭配任意具備DP1.2a接口的顯示器都能獲得Free  Sync功能。相比NVIDIA當前還需要特殊模塊，或者特別型號的顯示器搭配來說，這怎能不讓人心動？而這種理想狀態下沒有額外投入的組建方式，也就應該是AMD宣稱Free的主因。

　　除此之外，AMD的Free Sync還有另一大特色極為惹人關注。相對于NVIDIA的G-Sync，Free  Sync顯得更加靈活。雖說G-Sync支持30～144Hz的刷新率，理論上并不排斥最高刷新率只有60Hz的顯示器。但實際產品卻并非如此，無論是二次開發的難度還是產品定位的角度，都讓當前出現的G-Sync顯示器選擇了144Hz的最高水平。而Free  Sync在規格制定之時，就已經深度優化了刷新率的匹配問題。其支持包括36Hz～240Hz、21Hz～144Hz、17Hz～120Hz及9Hz～60Hz在內的多種頻段，無論廠商將其搭配在那種定位的顯示器上都不會有難度。只要有DisplayPort  1.2a接口，無論是入門的60Hz產品，還是最高端的144Hz型號，甚至是未來可能會大面積推廣的240Hz超高端產品，都來者不拒地支持Free  Sync特效。

　　特性雖好，但遺憾的是目前所有的桌面顯示器都不能支持Free Sync，因為DisplayPort  1.2a規范普及到實際產品中還需要相當長的時間，而當前版本的DisplayPort接口不支持對V-Blank的調節。而這，也是為何AMD在演示Free  Sync時基本都使用筆記本電腦的原因。因為2008年的eDP  1.0標準就可以支持對V-Blank的調節，因此一些通過eDP接口連接顯示器的筆記本電腦成為當前少數能體驗到Free Sync魅力的平臺。

　　這樣看來，AMD的Free Sync免費大餐并不好入口，除了準備好足夠預算，等待支持DisplayPort  1.2a接口的顯示器上市以外，我們還能怎么辦呢？

　　總結：封閉與開源的戰爭才剛剛開始

　　上文我們分析了畫面之所以不穩定的原因，以及根本的解決方法，AMD和NVIDIA都給出了各自的解決方案。對心急的玩家來說，NVIDIA的G-Sync是當前的唯一選擇。AMD方面，Free  Sync的大面積普及還需要時間。

　　尤其需要注意的是，雖然可變刷新率技術的原理，從理論上說上和應用的關系不大。但考慮到目前游戲設計的復雜性和游戲引擎的多樣性，無論是G-Sync還是Free  Sync或多或少都會遇到一些游戲兼容性問題。G-Sync和Free  Sync對全屏幕游戲的支持應該非常出色，因為這個時候游戲獨占系統資源，系統不需要考慮其它的應用。但游戲以窗口最大化或者窗口模式運行呢？如果游戲多開呢？如果在開啟游戲的時候同時在看視頻呢？這些復雜的應用環境下，究竟是G-Sync還是Free  Sync的兼容性更出色只能等待以后實踐出真知。

　　就行業角度來說，畫質穩定技術無疑才剛剛起步，然而一場有些類似于移動互聯領域蘋果與安卓之爭的戰斗已經悄悄打響。NVIDIA封閉的G-Sync能最大程度地保障用戶體驗的統一、優秀。但發展過程中卻也必定受到封閉的局限，產品的豐富程度和成本控制可能難以和開放的Free  Sync相抗衡。Free Sync的開放特性能更容易地獲得支持，加上VESA將其納入接口的標準規范，其普及率應該會在DisplayPort  1.2a出現后迅速飆升。尤其是面對4K顯示系統，4K是顯示器的發展方向，在當前技術水平下，4K顯示器的刷新率難以在短時內突破60Hz。G-Sync產品若不想辦法兼顧更多刷新頻段，那Free  Sync將憑借靈活的兼容性獨占鰲頭。當然，開放也有代價，AMD很難保證每一套Free  Sync方案都能給用戶帶去最佳游戲體驗。至于最終結局，我們很難預料，就像現在的蘋果、安卓之爭都還依舊沒有定論一樣。究竟是NVIDIA的G-Sync技高一籌，還是AMD的Free  Sync更加惹人喜愛，還是讓我們拭目以待二者的實際市場表現吧。