Процесор, відеокарта чи рушій гри? Шукаємо «вузьке горло» в ігрових системах

Який компонент комп’ютера винен в поганій ігровій продуктивності? Що таке «вузьке горло» або bottleneck у світі ПК, хто винен в пергу чергу, та що має знати кожен фанат комп’ютерних відеоігор? А може справа взагалі не в апаратному забезпеченні? Розберімося з цим явищем за порядком.

Що таке «bottleneck»?

«Bottleneck» дослівно переклається як «горло пляшки», а світі комп’ютерів має переклад «вузьке горло», «вузьке місце». Тобто це те, що обмежує швидкість роботи системи, а точніше якийсь один компонент, через який інші працюють не на повну потужність.

Наприклад, механік зібрав автомобіль з надпотужним двигуном, але не подбав про якісну підвіску. Прямі дистанції на 400 метрів це авто проходить швидко, завжди в лідерах, але програє іншим авто в класичних перегонах на треку, адже буквально розвалюється в поворотах.

Тобто підвіска стала тим компонентом, який порушив баланс в певних умовах використання. Двигун працює ледь на половину потужності, щоб перегонник встигав вписуватися в повороти, адже авто завжди заносить.

В комп’ютерах bottleneck умовно можна розділити на три категорії:

• Відеокарта – найпоширеніший вид «вузького горла» серед консольних портів для комп’ютерів. Зміна відеокарти на продуктивнішу помітно збільшує частоту кадрів;
• Процесор – гра невимоглива до графічного прискорювача, натомість частота кадрів сильно зростає з заміною процесора на більш продуктивний, а на зміну відеокарти ніяк не реагує. Поширений bottleneck, особливо серед любителів замінювати GPU, залишаючи стару основу комп’ютера;
• Рушій гри – під навантаженням двигуна (велика кількість об’єктів на екрані) отримуємо низьку частоту кадрів з комп’ютером будь-якого класу. Зміна відеокарти ніяк не впливає на FPS, але потужніший процесор може додати кілька % продуктивності, яка буде все ще неприйнятно низькою. Цей bottleneck є головним атрибутом неякісно зроблених відеоігор, особливо жанрів RTS, RPG, MMORPG;
• Накопичувач – відносно свіжий вид «вузького горла», пов’язаний з новими стандартами розробки відеоігор, а саме сильною компресією ігрових ресурсів. В деяких сучасних іграх з відкритим світом повільний HDD може спричинити короткочасні підвисання, але на середній FPS це майже не впливає. Зустрічається дуже рідко.

Також дехто ще вважає «вузьким горлом» оперативну пам’ять. Це не зовсім доречно у всіх випадах крім інтегрованих рішень. Наприклад, для власника AMD Ryzen 7 8700G різниця між одноканалом і двоканалом буде величезною. Вищі частоти RAM також впливають на швидкодію APU в іграх.

Швидкісна оперативка додає декілька % продуктивності в іграх, де впираємось в процесор. Для випадку, коли відеокарта завантажена на 100%, приросту від зміни ОЗП не отримаємо, зате в кіберспортивних дисциплінах це може додати від 1 до 10% FPS. Втім, чи є радість від 275 FPS, якщо без розгону ОЗП було 255 FPS?

Буває так, що топові ПК не здатні забезпечити стабільну частоту кадрів в деяких іграх, а виною цьому є криво написане програмне забезпечення. Жоден процесор сучасності чи найпотужніша відеокарта не допоможуть розв’язати проблему, про яку поговоримо нижче.

Взагалі не обов’язково (і майже неможливо) мати ідеальну збалансовану систему. Цілком нормально, коли відеокарта завантажена на 95-100%, або працює на 40-50%, як і процесор (в кіберспорті тільки так). Головне, щоб кінцевий результат, тобто продуктивність була на високому рівні.

Процесор, відеокарта чи розробник?

Розгляньмо декілька різних прикладів, популярні відеоігри різних жанрів та типів, щоб зрозуміти види «вузького горла» в комп’ютерних забавках. Виявляється, що є багато ігор, які не під силу сучасному ПК преміального класу, а деякі забавки витискають з нього всі соки, змушуючи працювати, наче під час стрес-тестів.

Визначимо головних винуватців (процесор, відеокарта, рушій гри) та проаналізуємо на простих, зрозумілих прикладах. Зіграємо не лише хіти, а й маловідомі проєкти, які є зразковими для розуміння всієї проблеми ігрових рушіїв.

Перевіряли забавки на комп’ютері з процесором AMD Ryzen 9 7900 та відеокартою AMD Radeon RX 7900 XTX. Оперативна пам’ять Kingston Fury 2х16 ГБ 6000 МТ/с та CL30 з допомогою пресету MSI Memory Try It. (XMP профіль 6000CL40).

Відеоігри тестуємо з роздільною здатністю 1920x1080p, щоб показати різні види «вузького горла», а розпочнемо з найкращих ААА проєктів з найвищим рівнем оптимізації від гуру у сфері геймдеву.

Великі та дорогі проєкти

Battlefield 2042 — одна з небагатьох сучасних відеоігор, яка завантажує 8, 12 чи 16 ядерні процесори на 100%, буквально. Гра вміє використовувати всі можливості центрального процесора. 12-ядерний AMD Ryzen 9 7900 працює на 85-99% в цій забавці, видаючи 250-300 FPS.

З роздільною здатністю 1080p не впираємось в можливості відеокарти, хоча вона також добряче завантажена. Якщо грати на ультра налаштуваннях графіки, то навантаження трохи виросте, на 20-25%, а перехід до роздільної здатності Ultra HD тим більше завантажить графічний процесор на повну.

Battlefield 2042 є зразково оптимізованою грою, яка показує обидва види bottleneck’у. Ця забавка обов’язково поставить на коліна якийсь з компонентів у вашому комп’ютері, залежно від процесора, відеокарти та роздільної здатності монітора.

Як вже писали вище, на середніх картах в Battlefield 2042 отримуємо 250-300 FPS. При цьому частота кадрів дуже і дуже стабільна відносно інших онлайн шутерів (і не тільки).

Наприклад, в Counter Strike на відкритих локаціях з великою кількістю гравців можна побачити 180 FPS, а в закритому коридорі на тому ж комп’ютері 400-600 FPS. При цьому завантаженість процесора незначна, в межах 15-20%, адже працює лише частина потоків. Це ознака поганої оптимізації, непрофесійних розробників та слабкого рушія гри.

Battlefield 2042 не має таких різких стрибків, зберігаючи частоту кадрів стабільною з мінімальними коливаннями. Картинка плавна, відеоряд стабільний, немає статерів, адже гра використовує всю потужність комп’ютера на повну.

FPS тримається приблизно на тому ж рівні незалежно від того де на карті знаходиться гравець, скільки противників на екрані, вибухових ефектів тощо. Це ознака гарної оптимізації, професійних розробників та якісного рушія гри.

Forza Horizon 5 значно простіша гра. Казуальні перегони у відкритому світі не потребують значної процесорної продуктивності, але ця забавка доволі вимоглива до відеокарти. Важко знайти систему, де не вистачає процесора для цієї гри, а графічний адаптер відпочиває.

Навіть в 1080p AMD Radeon RX 7900 XTX працює на повну потужність. Звісно, налаштування графіки EXTREME зовсім не обов’язкові, адже ультра графіка в ААА іграх непотрібна, а в більшості випадків зайва. З профілем HIGH отримали б значно більше FPS, та чи є сенс для такої гри переходити межу 200-240 кадрів за секунду?

Більшість однокористувацьких ігор саме такі, тобто вимагають відеокарти вищого класу, ніж процесор. Наприклад, збірка Intel Core i3-13100F + Nvidia RTX 4070 Super чудово підходить для Quad HD чи Ultra HD моніторів.

Microsoft Flight Simulator 2020 є унікальним симулятором, єдиним у своєму роді. Це дивовижна гра з неймовірно великими масштабами – карта в грі це вся наша планета Земля з мільйонами населених пунктів, сотнями мільярдів дерев та реалістичним ландшафтом.

MFS 2020 не був би таким, якби не велика дальність малювання об’єктів. З літака можна побачити будівлі, гори, ріки за десятки кілометрів. Польоти над двадцятимільйонним мегаполісом з тисячами  Це чи не єдиний випадок, коли ультра графіка дійсно дає свої результати.

Проблемою залишається поганий розподіл навантаження на ядра процесора, тому в найважчих локаціях можна побачити 35-40 FPS з флагманським процесором (врятує лише генератор кадрів).

Отже, з роздільною здатністю Full HD в Microsoft Flight Simulator 2020 впираємось в можливості ігрового рушія, але чи можна винити розробників, якщо вони зробили перший та єдиний проєкт такого масштабу без натяку на конкуренцію?

З 4K монітором чи слабшим графічним прискорювачем будемо впиратися саме в можливості GPU, а не CPU. Цікаво й те, що в цьому симуляторі зустрічається bottleneck всіх видів, тому розглянемо такі конфігурації та випадки «вузького горла» для MFS 2020:

• AMD Ryzen 5 3600 + Nvidia RTX 3070 Ti, Full HD. Тут однозначно впираємось в можливості процесора. У важких локаціях слід очікувати на просадки до 15 FPS з неповним завантаженням GPU;
• Intel Core i9-12900K + AMD RX 7900 XT. Ultra HD. Цій конфігурації однозначно не вистачає відеокарти з максимальними параметрами графіки;
• AMD Ryzen 7 7800X3D + Nvidia RTX 4090. Wide Quad HD. Без генератора кадрів Nvidia не отримаємо ідеально плавну картинку та будемо завжди бачити неповне завантаження всіх компонентів. З найкращим ігровим процесором сучасності та найпродуктивнішою у світі відеокартою впираємось в можливості ігрового рушія;
• AMD Ryzen 7 7800X3D + Nvidia RTX 4090 + HDD. Wide Quad HD. Ця забавка безперервно завантажує дані з мережі, на ходу рендерить текстури, так ще й у великій кількості, тому категорично не можна ставити MFS 2020 на жорсткий диск. Отримаємо просадки FPS та до двадцяти разів довше завантаження відносно 2 PCI-E 4.0 SSD. Впираємось в можливості накопичувача.

Кіберспорт і не тільки

Популярність ААА (читай консольних) забавок на комп’ютерах не надто висока, тому розглянемо ще й інші, значно цікавіші приклади, де не все так однозначно. З моменту виходу DOTA 2 пройшло багато часу, сотні оновлень, десятки глобальних патчів та змін.

Гру підтримують і наповнюють контентом, адже її досі грають мільйони користувачів. Через появу нових механік, героїв, предметів, велику карту, сотень косметичних предметів з унікальними ефектами старий (як світ) двигун гри отримує додаткове навантаження і потребує оптимізації.

Насправді оптимізація відеоігор — складне завдання, яке потребує багато ресурсів, перш за все людських. Розробнику достатньо забезпечити комфортну продуктивність гри для сучасного ігрового комп’ютера, не звертаючи увагу на те, що сама гра вже 13 річної давності.

Рушій DOTA 2 показує величезні коливання частоти кадрів залежно від ситуації на екрані. На малій карті для тренування можна побачити 500+ FPS з AMD Ryzen 9 7900. Відеокарта, звісно, відпочиває з енергоспоживанням 80 Вт.

Достатньо натиснути кілька здібностей 400-550 FPS перетворюються на 200, 150, 100 FPS. На найпотужніших системах сучасності (на яких грають успішні кіберспортсмени) запросто отримаємо десятикратне падіння швидкодії, якщо на екрані з’являється багато ефектів, героїв, юнітів тощо.

Головне, що грати такі ігри все ще можна з потужним процесором, адже падіння з 240 FPS на початку гри до 50-100 FPS в активних битвах це все ще нормально для такого жанру, де зовсім непотрібна швидка реакція, але власники старих комп’ютерів можуть мати проблеми.

Серед комп’ютерних геймерів часто зустрічаються системи з сильним «перекосом» в сторону відеокарти. Це найгірше, що може бути для кіберспорту. Більшість популярних забавок для ПК залежать перш за все від процесора, адже мають неякісні ігрові рушії з жахливою оптимізацією. Заміна ЦП на продуктивніший допоможе хоч трохи врятувати ситуацію, а відеокарта ні нащо не впливає.

Fortnite має схожу поведінку з таким самим «вузьким горлом», але стабільнішу. Розробник цієї гри стоїть вище на три голови за творців DOTA 2, тому гра поводить себе більш передбачувано.

Наприклад, висаджуємось у віддаленій місцині на карті, бачимо 400-500 FPS, вбиваємо одного гравця і кілька ботів з частотою кадрів 300-400 FPS, а зі зближенням до центру, де знаходиться більше реальних гравців та більше об’єктів в зоні видимості і частота кадрів падає до 180-250 FPS.

Однозначно з таким ПК у Fortnite також впираємось в можливості ігрового рушія, але з AMD Ryzen 9 7900 побачити 100 FPS, як в DOTA 2 (особливо з героєм Broodmother, який створює багато юнітів, які так не любить слабкий рушій), буде неможливо.

В бюджетних комп’ютерах «вузьким місцем» стане процесор, але є й рідкісні випадки, коли гравець вмикає ультра графіку (чи хоча б високу), а не найнижчу. За таких умов можна завантажити відеокарту на 100% та дати шалену перевагу противникам у видимості (саме тому всі успішні гравці грають лише з мінімальними параметрами графіки).

Lara Croft and The Guardian of Light не є онлайн грою та одночасно не є зразком оптимізації, адже зі слабкими ЦП частота кадрів запросто впаде нижче 60 FPS. На момент виходу забавка була вельми вимогливою до процесора, а наразі впираємось в можливості рушія.

Змінимо 12-ядерний AMD Ryzen 9 7900 на 12-ядерний Intel Xeon E5-2678v3 і частота кадрів впаде в кілька разів, пропорційно до продуктивності одного ядра. Тобто майже всі відеоігри такого плану, а особливо кіберспортивні, залежать від швидкодії одного ядра процесора, а не кількості ядер.

Якщо гравця цікавлять виключно кіберспортивні дисципліни, то в пріоритеті має бути сучасний процесор з якомога вищою продуктивністю Single Core, а кількість не вирішує. Наприклад, 4-ядерний Intel Core i3-14100F покладе на лопатки 8-ядерний AMD Ryzen 7 2700X в більшості відеоігор, які не вміють розподіляти навантаження на всі ядра рівномірно.

Стратегії реального часу, або нічне жахіття для вашого ПК

П’ятикратне падіння FPS в DOTA не лякає? Тоді поглянемо на ті ігри, де найпотужніших комп’ютерів вистачить лише для слайд-шоу, а заміна процесора може додати 2-10 FPS. Розпочнемо з українських розробників, а закінчимо модами від спільноти геймерів, які не мають знань у сфері розробки.

Рімейк Cossacks 3 став справжнім святом для фанатів класичних RTS, а також змусив багатьох фанатів задуматись над оновленням комп’ютера. Рушій гри насправді непоганий, бо підтримує величезні карти, кілометри ігрового поля з морями, островами, річками.

Також є підтримка десятків тисяч юнітів на одній карті, але з серйозним нюансом. Частота кадрів сильно залежить від віддаленості камери, кількості об’єктів на екрані та взаємодій між ними. Наприклад, починаємо гру з 350 FPS, ставимо кілька будівель та бачимо 150-190 FPS.

Зібравши кілька сотень воїнів частота кадрів падає до 100-120, а напад на вороже місто армією з 600 солдатів викликає падіння до 70, 60, 50, іноді 30-40 FPS. В запеклих онлайн матчах зі слабшим процесором (наприклад, Intel Core i5-6600) гравці змушені дивитися на слайд шоу 10-20 FPS у великих баталіях.

Залежність від процесора присутня, але лише від продуктивності на ядро, а не сумарної потужності всіх потоків. Залежності від відеокарти немає зовсім, адже для Cossacks 3 з головою вистачить інтегрованих рішень AMD чи найслабших дискретних відеокарт сучасності.

Це не єдина RTS, де рушій гри є «вузьким місцем» в системі – на фоні Козаків деякі проєкти виглядають посміховиськом. Такою стратегією є Stronghold Crusader 2. Розробникам було так начхати на своїх гравців, що вони випустили забавку з DirectX 9 у 2014 році, хоча про дев’яту версію тоді вже всі давно забули.

Тобто в Cossacks 3 на екрані йде битва з тисячі, двох, трьох тисяч воїнів, величезні битви, масштабні, епічні. В Crusader 2 маленька купка селян йде на іншу купку селян, FPS падає до неграбельних значень, а статери мозолять очі.

Розробники додали штучний ліміт (спільний для всіх гравців) 1000 юнітів на карту, адже чудово розуміють як погано оптимізували свій шедевр. В Stronghold Crusader 2 ігровий рушій зовсім не вміє працювати з великою кількістю об’єктів, а також не вміє завантажувати центральний процесор.

На початку гри CPU/GPU працюють в рази інтенсивніше, ніж під  час облоги міста двома сотнями кінних лучників, тобто проблема виключно в оптимізації гри, в її нікчемному рушії. 10-20% CPU та нестабільні 20-50 FPS на топовому комп’ютері це ненормально. Грати неможливо через нестабільний графік фреймтайму.

Неважливо який процесор має гравець: Intel Core 2 Quad Q6600, AMD A8-7600, Intel Core i5-2500, AMD Ryzen 5 1600, Intel Core i7-13700K чи AMD Ryzen 7 7800X3D – ця гра буде «тупити» на будь-якому ПК саме через вину розробників, які допустили фундаментальні помилки на етапі розробки ігрового рушія.

Гадаєте, що це максимум, на що здатні стратегії? Коли мова заходить про моди, то ситуація стає ще гіршою. Популярна RTS Star Wars: Empire At War так сподобалася фанатам, що за 18 років було випущено чимало модів, причому масштабних.

Варто похвалити авторів аматорських модів за неймовірну працю, адже часу вони витратили дуже багато, але їх технічні знання і розуміння самої гри знаходяться на найнижчому рівні, як в типового казуального гравця.

Модифікації фанатів мають такі ключові відмінності від оригіналу:

• Камера сильно віддалена. Це навантажує ігровий рушій, адже гравець одночасно бачить в рази більше об’єктів;
• Допустима кількість юнітів збільшена в рази. Перш за все це стосується найменших «літачків», тобто винищувачів, хоча великих кораблів також більше;
• Кількість ключових вузлів на великих кораблях збільшена в рази, іноді в десятки разів. Кожен вузол являє собою інтерактивний об’єкт (лазерна гармата, ракетна установка, ангар, генератор, двигун тощо), що ще більше навантажує ігровий рушій;
• Різноманітність юнітів та оновлені текстури. Різних корабликів стало більше, але це ніяк не впливає на продуктивність гри;
• Спрощена економіка. Гравець отримує багато ресурсів для безперервного виробництва юнітів, що дозволяє весь час підтримувати максимально допустимий на екрані ліміт військ.

Це все погано впливає на FPS в міру наповнення ігрового світу. На початку гри маємо 330 FPS, а лише через 10 хвилин гри з трьома комп’ютерами цей показник впав до 25 FPS. Подальший розвиток та інтенсивні бої з постійними підкріпленнями знижують цей показник до 10-15 FPS, а на слабких системах можна побачити 5 FPS.

Нагадаємо, що гра тестувалася з комп’ютером на базі AMD Ryzen 9 7900 та AMD Radeon RX 7900 XTX. Це ідеальна ілюстрація того, що ніяке апаратне забезпечення не стоїть вище програмного. Від якості написаного коду та оптимізації залежить значно більше, ніж від апгрейду ПК.

Висновки

На відміну від консольних ігор, комп’ютерні ексклюзиви рідко бувають добре оптимізованими, тому гравці часто стикаються з обмеженнями ігрового рушія, а не дефіцитом потужності начиння. ПК стали надто потужними за останні кілька років інтенсивного розвитку в умовах конкуренції, але це не допомагає грати з комфортом багато відеоігор.

Деякі проєкти, як Battlefield 2042, дивують високим споживанням ресурсів ПК та одночасно високим FPS (ще й стабільним), а деякі графічно слабші забавки, як DOTA 2, просаджують частоту кадрів в 5-6 разів в деяких сценаріях.

Від цього не можна вберегтися (хіба що частково «витягує» процесор), адже гравець нічого не вирішує. Залишається сподіватися на розробників, що вони вкладуть достатньо ресурсів, часу, сил в оптимізацію забавки, а не випустять сирий продукт, який «тупить» на найпотужніших ПК сучасності.

Підсумовуючи можна зробити висновки у вигляді тез:

• Програмне забезпечення було, є і буде найважливішим аспектом для відеоігор. Ніяке «залізо» не замінить якісну оптимізацію, а також не врятує, якщо рушій поганий;
• Процесор цінніший за відеокарту, адже більшість відеоігор (найпопулярніші) для ПК залежні саме від процесора в силу не надто добре оптимізованих ігрових рушіїв, які все ще дають високий FPS з потужними CPU;
• Відеокарта має пріоритетне значення для однокористувацьких консольних портів, націлених на сюжет, особливо з 4K моніторами/телевізорами;
• Оперативна пам’ять важлива для інтегрованих рішень. Для систем з дискретною відеокартою ОЗП також має вплив на продуктивність, хоча й менший;
• Накопичувач не впливає на ігрову продуктивність, ніколи не виступаючи «вузьким місцем» за рідкісними винятками, як Microsoft Flight Simulator 2020.