Als NVIDIA im Jahr 2013 G-Sync der Weltöffentlichkeit vorstellte, wurde schnell klar, dass diese Technologie für immer die Art und Weise des Gamings verändern würde. Um die tatsächliche Bedeutung dieser Technologie einschätzen zu können, ist es wichtig zu verstehen, warum es überhaupt entwickelt wurde.
Probleme, auf die G-Sync die Antwort ist
Jeder, der ohne G-Sync oder Freesync zockt, wird mit ihnen bereits einmal Erfahrungen gemacht haben: störende Effekte wie „Frame-Dropping“ (Ruckeln), „Stuttering“ (Bild-Stottern) oder vor allem das sogenannte „Screen-Tearing“, also das gleichzeitige Zusammentreffen zweier gerendeter Frames am Display, sodass es zu störenden „Rissen“ oder Artefakten im dargestellten Bild kommt.
Die eben beschriebenen Darstellungsfehler treten insbesondere dann auf, wenn die Bildwiederholrate des Displays nicht synchron mit der berechneten Bildrate der GPU verläuft. Grundsätzlich besitzt jedes Display eine maximale Bildwiederholungsrate (refresh-rate): Ein Display mit 60 hz kann bspw. maximal 60 Bilder pro Sekunde wiedergeben. Auf der anderen Seite muss in einem Videospiel jedes Einzelbild einer Handlungssequenz von der GPU berechnet und an das Display gesendet werden; je nach Aufwändigkeit des Spieletitels, Auflösung, Detaileinstellungen und natürlich Rechenpower der GPU kann das mehr oder weniger lange dauern, sodass es sein kann, dass die GPU weit mehr als 60 Frames oder auch weit weniger pro Sekunde (FPS) an das Display senden kann.
Um nun einen synchronen Ablauf von Display und GPU herzustellen, kann die GPU bei ihrem „Output“ auf die maximale Bildwiederholrate des Displays beschränkt werden. Dies ist der Ansatz, der bei aktiviertem VSync zum Tragen kommt. Hier wartet die GPU mit der Lieferung des nächsten Bildes solange, bis der Monitor tatsächlich bereit ist, ein neues Bild darzustellen. Diese Technologie hat jedoch mehrere Nachteile: Zunächst kann es zu sogenanntem „Bildstottern“ kommen, da dadurch nicht garantiert wird, dass die Bildrate der GPU exakt mit derjenigen des Displays übereinstimmt. Fällt bspw. die von der GPU gelieferte FPS-Zahl unter den Wert des refresh-Zyklus des Displays, kommt es wieder zu einem asynchronen Verlauf. Zudem wäre es schade, wenn man beim Zocken auf ein Maximum an FPS, welche die GPU potentiell liefern könnte, deshalb verzichten muss. Eine hohe FPS-Zahl ist beim Gaming immer wünschenswert, da hohe Frame-Raten ein flüssiges und rundes Spielerlebnis, aber auch geringere Latenzen (= Verzögerung zwischen einem Eingabebefehl und der tatsächlichen Darstellung am Display) sicherstellen, was insbesondere im kompetitiven Bereich einen erheblichen Vorteil bringt.
Die verschiedenen Varianten
Mit der Entwicklung von G-Sync hat sich NVIDIA der oben beschriebenen Probleme angenommen. Im Zusammenhang damit müssen heute aber drei verschiedene Standards unterschieden werden: „G-Sync“, „G-Sync-Ultimate“ und „G-Sync-Compatible.
Was ist G-Sync?
Bei „G-Sync“ selbst handelt es sich um eine Hardware-Lösung, bei der ein von NVIDIA proprietär entwickeltes und lizenziertes Modul in PC-Monitoren, Laptopdisplays und TVs verbaut wird. Dieses Modul kommuniziert mit der GPU, um den refresh-Zyklus des Displays mit den von der GPU gerenderten Frames zu synchronisieren. Im Fall von G-Sync-Displays wird der Display Scaler (= Modul zur Umwandlung von Videosignalen zwischen verschiedenen Auflösungen) durch ein Modul von NVIDIA ersetzt, wobei das restliche Panel und der Timing-Controller (TCON) davon unberührt bleiben. Das Scaling selbst wird im Fall eines G-Sync-Displays nicht durch das Modul, sondern durch die GPU selbst gesteuert und vorgenommen. Die Synchronisierung zwischen GPU und Display funktioniert nun dadurch, dass das VBLANK (vertical blanking interval) des Displays durch das G-Sync-Modul gesteuert wird.
Unter VBLANK versteht man jenes Zeitintervall, welches zwischen der Berechnung der letzten Zeile des einen Bildes bis zur Berechnung der ersten Zeile des nächsten Bildes entsteht. Das Modul im Display modifiziert nun das VBLANK so, dass ein Frame so lange gehalten bzw. dargestellt wird, bis die GPU bereit ist, das nächste zu senden. Im Fall von G-Sync wird im Gegensatz zu VSync die Frame-Rate also nicht an die Bildwiederholrate des Displays dynamisch angepasst, sondern an die ausgegebene Bildrate der GPU. Jedes Bild wird demnach exakt zu dem Zeitpunkt angezeigt, zu dem es von der GPU fertig gerendert wurde. Dadurch werden nicht nur die oben beschriebenen Darstellungsfehler vermieden, sondern auch der „Input-Lag“, also die Verzögerung zwischen einem getätigten Eingabebefehl und dem sichtbaren Ergebnis am Bildschirm, konstant minimal gehalten.
