Nvidia G-Sync und AMD FreeSync – Schluss mit Tearing und Lags

Abreißende Bilder und Bildaussetzer sind der Alptraum vieler Videospielliebhaber. Vermutlich hat ein jeder Gamer schon ein Spiel gespielt, indem dem Vergnügen so ein fader Beigeschmack beigemischt wurde. Ein Glück, dass die Herstellertechnologien Nvidia G-Sync, AMD FreeSync und V-Sync diesen Problemen erfolgreich den Kampf angesagt haben.

Frames per Second und Hertz – das Tearing-Desaster

Um Effekte wie Tearing und Lags zu vermeiden, kommen Technologien wie Nvidia G-Sync, AMD FreeSync und V-Sync ins Spiel. Doch wie entstehen diese Probleme überhaupt? Grafikkarten berechnen pro Sekunde eine bestimmte Anzahl an Bildern. Diese Anzahl an Bildern wird als Frames per Second (FPS) bezeichnet. Damit diese Bilder jedoch sichtbar werden, muss die Grafikkarte mit einem passenden Monitor verbunden werden. Solche Monitore verfügen über bestimmte Bildaktualisierungsraten, die in Hertz (Hz) angegeben werden. Ein Bildschirm, der über 60 Hz verfügt, aktualisiert sein Bild somit 60 Mal pro Sekunde.

So schön diese technischen Details ausfallen mögen, daraus ergab sich ein entscheidendes Problem: Nämlich, dass die berechnenden Frames der Grafikkarte und die Bildaktualisierungsrate von Monitoren nicht zwingend zusammenpassen. Berechnet die Grafikkarte mehr FPS als der Monitor mit seinen Aktualisierungen ausgeben kann, kommt es zu Verzerrungen im Bild. Dieser Zustand, in dem die Bilder asynchron beim Monitor ankommen, führt dazu, dass Bilder abgerissen wirken und wird daher als „Tearing“ bezeichnet.

Umgekehrt sorgen niedrige Frameraten dafür, dass die Grafikkarte bei der Bilddarstellung nicht hinterherkommt. Der Monitor muss somit Bilder doppelt darstellen, um die fehlenden Bildberechnungen der GPU wettzumachen. In diesem Fall treten die berüchtigten Ruckler auf, die die meisten Gamer unter „Lag“ kennen.

V-Sync – der erste Lösungsansatz

Vor Nvidia G-Sync und AMD FreeSync war V-Sync der erste, softwarebasierte Lösungsansatz für dieses Dilemma. Durch diesen Algorithmus wird der Grafikkarte ein festes FPS-Limit gesetzt, sodass verhindert wird, dass die GPU mehr Bilder berechnet als der Monitor darstellen kann. Das geschieht jedoch unter Einbußen an Rechenkapazitäten. Verwendet man V-Sync, so halbiert sich die ausgegebene Frame-Rate gerne mal. Der Monitor selbst wird durch V-Sync nicht beeinflusst, er profitiert nur von dem vorgegebenen Limit, das ihn vor Überforderung bewahrt.

Im Gegensatz zu neueren Technologien muss das FPS-Limit hierbei festgelegt werden und kann sich dynamisch an veränderte Gegebenheiten anpassen. Es kommt zwar dennoch zu Schwankungen an ausgegebenen FPS, jedoch nur unterhalb des vorgegebenen Limits und nicht darüber. Das bedeutet jedoch zugleich, dass Tearing-Effekte zwar vermieden werden, Ruckler durch die erhöhte Beanspruchung der Rechenkapazität jedoch weiterhin auftreten können.

Das liegt daran, dass die FPS-Rate sich wie oben erläutert durch den hohen Aufwand für die Rechenleistung gern halbiert. Gibt man also hoffnungsvoller Dinge ein Limit an, dass der Hertz-Angabe des Bildschirms entspricht, fällt das reale Ergebnis darunter aus. Versucht man hingegen das Limit so zu setzen, dass die Hälfte davon der Bildaktualisierungsrate entspricht, riskiert man wieder, dass Tearing-Effekte auftreten, weil der Monitor mit der Darstellung nicht hinterherkommt. Eine dynamische Anpassung von Monitor und Grafikkarte war mit dieser Technologie noch nicht möglich – und so kamen ihre Nachfolger ins Spiel.

AMD FreeSync – die bessere Softwarelösung

Ähnlich wie bei V-Sync handelt es sich auch bei AMDs FreeSync um eine softwarebasierte Lösung für die Wiedergabeprobleme. Anders als der erste Besserungsversuch geht AMDs Technologie jedoch einen entscheidenden Schritt weiter. Sie ermöglicht es Monitor und Grafikkarte, sich gegenseitig zu synchronisieren. Das bedeutet, dass GPU und Bildschirm ihre Werte dynamisch aneinander anpassen können. Sinken die FPS, so reagiert der Monitor und senkt seine Bildaktualisierungsrate. Gibt die GPU nun mehr FPS heraus, erhöht auch der Bildschirm seine Bildwiederholungsfrequenz.

Die Vorteile liegen auf der Hand: Da die beiden Geräte sich selbstständig aufeinander abstimmen können, wird ein manuelles Nachjustieren überfällig. Gerade in Videospielen können die herausgegebenen FPS stark schwanken, abhängig von der Last, die die Grafikkarte mit ihren Berechnungen stemmt. Es wäre für einen Spieler gar nicht möglich, die FPS-Ausgabe so individuell an den Monitor anzupassen, wie es AMD FreeSync ermöglicht. Da es sich jedoch auch hierbei um eine Softwarelösung handelt, verwendet auch AMDs FreeSync Rechenkapazitäten.

Im Gegensatz zu Nvidias G-Sync kann AMDs FreeSync auch über HDMI-Anschlüsse bedienen. Das ist ein großer Vorteil für Computerbesitzer, deren Grafikkarten oder Monitore keinen DisplayPort-Anschluss besitzen. Sie lässt sich jedoch ebenso auf DisplayPort-Anschlüssen verwenden.

Nvidia G-Sync – die Hardware-basierte Lösung

Der größte Unterschied zwischen V-Sync, AMD FreeSync und Nvidia G-Sync besteht in der Hardwarekomponente. Durch die eingebauten Elemente in Bildschirmen wird weniger Rechenkapazität blockiert als durch AMD FreeSync. Der Computer bleibt somit bei gleichem Set-up insgesamt leistungsfähiger. Zugleich ist diese Stärke an Nvidia G-Sync auch das größte Problem mit der Technologie: Denn sie lässt sich nicht verwenden, wenn der vorhandene Monitor nicht über die notwendigen Hardwarekomponenten verfügt. Ein nachträgliches Nachrüsten ist damit undenkbar.

Ähnlich wie bei AMD FreeSync sorgt auch Nvidia G-Sync dafür, dass sich Bildschirm und GPU direkt miteinander abstimmen können. So lassen sich Bildaktualisierungsraten ebenso dynamisch an die schwankenden FPS anpassen. Tearing und Lags stören damit den Spielbetrieb nicht.

Während AMDs FreeSync ohne Lizenz angeboten wird und somit weiter verbreitet ist, muss die Nutzung von G-Sync lizenziert werden. Das sorgt dafür, dass insgesamt weniger Modelle auf dem Markt vorhanden sind, die diese Hardwarekomponenten liefern, obwohl es dennoch eine große Bandbreite an Monitoren gibt.

Nvidia G-Sync wird über die DisplayPort-Anschlüsse genutzt, da die Technologie DisplayPort-Protokolle verwendet. Seit der Einführung von HDMI 2.1-Anschlüssen ist es möglich, sie über einen anderen Anschluss zu nutzen. Somit ergibt es wenig Sinn, einen Monitor mit Nvidia G-Sync über einen älteren HDMI-Anschluss zu betreiben, da man so nicht von der Technologie profitieren kann. Doch Achtung: Seit einer Änderung der Kennzeichnungsempfehlungen für HDMI-Anschlüsse werden auch HDMI 2.0-Anschlüsse als HDMI 2.1-Anschlüsse vermarktet. Dass man einen Anschluss somit als HDMI 2.1-Anschluss deklariert, bedeutet nicht, dass er automatisch auch G-Sync unterstützt. Entscheidender ist die Auflistung der Einzelfeatures des HDMI-Anschlusses. Anschlüsse, die variable Bildraten unterstützen, werden mit dem Kennzeichen ‚VRR‘ für das englische ‚variable Refresh Rate‘ versehen.

Welche Grafikkarten sind mit AMD FreeSync und Nvidia G-Sync kompatibel?

Tatsächlich dürfte es heutzutage wohl schwieriger sein, eine Grafikkarte zu finden, die diese Technologien nicht unterstützt als eine GPU, die sie unterstützt. Sofern die gewünschte Grafikkarte mindestens der sogenannten „Pascal-Generation“ angehört, findet man dabei eine Unterstützung für diese Technologien. Hersteller geben jedoch auch klar in der Produktbeschreibung an, ob eine Kompatibilität zu AMD FreeSync oder Nvidia G-Sync besteht. Wer nach neueren Grafikkarten sucht, sollte jedenfalls keine Schwierigkeiten haben ein Modell zu finden, dass die gewünschte Technologie unterstützt. Typischerweise sind Grafikkarten dabei für beide Systeme kompatibel, da die Hardwarekomponente, die den Unterschied ausmacht, direkt in die Monitore eingebaut wird.