Công cụ tính nghẽn cổ chai giữa CPU và GPU

Thời gian khung hình là điểm khởi đầu hữu ích

Số khung hình mỗi giây là nghịch đảo của thời gian khung hình. Khi thời gian được đo bằng mili giây:

mức trần tốc độ khung hình = 1000 / thời gian khung hình tính bằng ms

Công đoạn đo được chậm hơn sẽ quyết định mức trần đơn giản hóa của chuỗi xử lý:

mức trần ước tính = 1000 / max(thời gian khung hình CPU, thời gian khung hình GPU)

Đây là ước tính phục vụ chẩn đoán, không phải lời đảm bảo rằng game sẽ hiển thị khung hình chính xác ở tốc độ đó. Giới hạn khung hình, đồng bộ hóa, hàng đợi, tác vụ của engine, quá trình tải, cơ chế lập lịch của hệ điều hành và khâu đưa hình ảnh lên màn hình đều có thể ảnh hưởng đến FPS quan sát được. Trong hướng dẫn phân tích DirectX, Microsoft định nghĩa riêng thời gian CPU trên mỗi khung hình và thời gian GPU trên mỗi khung hình vì phía nào cũng có thể vượt quá quỹ thời gian dành cho khung hình.

Phép đổi 1000 / ms cho biết mức trần của công đoạn được đo. Ví dụ, thời gian CPU 12 ms tương ứng với khoảng 83,33 FPS, còn thời gian GPU 7 ms tương ứng với khoảng 142,86 FPS. Trong lần ghi này, phía CPU chậm hơn và mức trần đơn giản hóa vào khoảng 83,33 FPS.

Vì sao ngưỡng sai lệch quan trọng

Không nên báo cáo các thời gian khung hình gần nhau với sự chắc chắn giả tạo. Công cụ này so sánh chênh lệch tuyệt đối với thời gian khung hình của phía chậm hơn:

chênh lệch tương đối = |CPU ms - GPU ms| / max(CPU ms, GPU ms) × 100

Nếu chênh lệch nằm trong ngưỡng sai lệch đã chọn, kết quả của lần ghi này được xem là cân bằng hoặc chưa thể xác định. Nếu vượt ngưỡng, phía có thời gian khung hình dài hơn là phía đang giới hạn hiệu năng.

Tỷ lệ phần trăm này mô tả khoảng cách giữa hai số đo thời gian trong một khối lượng công việc. Đây không phải tỷ lệ năng lực CPU hoặc GPU bị lãng phí và cũng không dự đoán mức tăng hiệu năng khi thay phần cứng.

Giúp lần ghi dữ liệu có thể tái lập

Một phép so sánh hữu ích cần giữ ổn định khối lượng công việc. Hãy dùng cùng:

• trò chơi và phiên bản engine;
• tệp lưu, bản phát lại, chuỗi benchmark hoặc lộ trình di chuyển cố định;
• độ phân giải, tỷ lệ kết xuất, cấu hình chất lượng đặt sẵn và API đồ họa;
• giới hạn khung hình, VSync và trạng thái độ phân giải động;
• thiết lập trình điều khiển, chế độ nguồn và khối lượng công việc nền;
• thời gian khởi động làm nóng và thời lượng ghi.

Hãy chạy thử nghiệm nhiều lần và so sánh các thống kê mang tính đại diện thay vì tin vào một mẫu ngắn duy nhất. Hướng dẫn hiệu năng CPU của AMD khuyến nghị cố định các biến như cảnh thử nghiệm và hạt giống ngẫu nhiên, còn hướng dẫn Unreal Engine của hãng đề xuất thay đổi độ phân giải như một biện pháp chẩn đoán: nếu tăng mạnh độ phân giải kết xuất mà hiệu năng gần như không đổi, đó là bằng chứng đáng để tìm hiểu về khả năng bị giới hạn ở phía CPU trong khối lượng công việc ấy. Tuy vậy, đây vẫn chỉ là bằng chứng chứ không phải kết luận chung cho mọi trường hợp.

Vì sao tỷ lệ sử dụng không phải bằng chứng xác thực

Tỷ lệ sử dụng có thể hỗ trợ chẩn đoán nhưng không thể tự mình chứng minh nguyên nhân. Tổng mức sử dụng CPU có thể trông không cao trong khi một luồng chính hoặc luồng kết xuất đã hoạt động hết công suất. Mức sử dụng GPU thấp có thể do giới hạn khung hình, phải chờ CPU, đồng bộ hóa hoặc lượng công việc gửi đến quá ít. Mức sử dụng GPU cao cho biết thiết bị đã bận; nó không xác định chính xác lượt kết xuất tốn kém hay dự đoán kết quả nâng cấp.

Các công cụ đo thời gian cung cấp bối cảnh tốt hơn. Intel PresentMon ghi lại dữ liệu đo từ xa của khung hình và GPU, NVIDIA Nsight hiển thị thời lượng khung hình trên CPU và GPU cùng các phạm vi công việc của GPU, còn AMD Radeon GPU Profiler trực quan hóa thời gian hàng đợi và những khoảng GPU nhàn rỗi. Ngay cả các ngưỡng trong trình phân tích cũng chỉ là quy tắc kinh nghiệm: cách Radeon GPU Profiler phân loại trường hợp bị giới hạn bởi CPU dùng một ngưỡng thời gian GPU nhàn rỗi có thể điều chỉnh, không phải quy luật áp dụng cho mọi engine.

Mức FPS thấp nhất 1% cho biết và không cho biết điều gì

Mức FPS thấp nhất 1% tóm tắt phần đuôi chậm của phân bố thời gian khung hình, vì vậy nó hữu ích để phát hiện tình trạng phân phối khung hình không đều mà số trung bình có thể che khuất. Chỉ số này không cho biết CPU, GPU, quá trình truyền phát tài nguyên, biên dịch shader, áp lực bộ nhớ hay một lần khựng khác đã gây ra các khung hình chậm đó.

Định nghĩa cũng không thống nhất. Một số báo cáo suy ra tốc độ từ thời gian khung hình ở phân vị thứ 99 (1000 / thời gian khung hình p99), còn số khác lấy trung bình 1% mẫu FPS chậm nhất. NVIDIA Nsight Systems định nghĩa độ dài khung hình ở phân vị thứ 99 là giá trị mà chỉ 1% khung hình có thời lượng dài hơn. Hãy ghi lại công cụ và định nghĩa khi so sánh kết quả, đồng thời không dùng mức FPS thấp nhất 1% để thay thế cặp thời gian khung hình CPU và GPU tương ứng.

Vì sao tỷ lệ nghẽn cổ chai chung dễ gây hiểu lầm

Máy tính không có một tỷ lệ nghẽn cổ chai CPU/GPU cố định vĩnh viễn. Công việc giới hạn hiệu năng có thể thay đổi theo trò chơi, cảnh, độ phân giải, thiết lập, phiên bản engine, trình điều khiển, giới hạn khung hình và tốc độ khung hình mục tiêu. Một cảnh thành phố đông đúc có thể gây áp lực lên mô phỏng và khâu gửi lệnh vẽ, trong khi một cảnh khác ở tỷ lệ kết xuất cao hơn có thể dành nhiều thời gian hơn cho GPU.

Các công cụ tính chỉ dựa vào tên mẫu phần cứng không thể quan sát những điều kiện đó. Một kết quả như “nghẽn cổ chai 23%” không có ý nghĩa kỹ thuật ổn định nếu thiếu số đo thời gian thực tế trong cùng một cảnh. Hãy dùng công cụ này để mô tả lần ghi bạn thực sự thực hiện, lặp lại thử nghiệm với khối lượng công việc bạn quan tâm và dùng trình phân tích dòng thời gian khi cần tìm chính xác tác vụ gây ra giới hạn.

Tài liệu kỹ thuật chính thức

• Microsoft: Phân tích ứng dụng DirectX
• Intel: Giám sát hiệu năng bằng PresentMon
• NVIDIA: Tình trạng khung hình trong Nsight Systems
• NVIDIA: GPU Trace trong Nsight Graphics
• AMD GPUOpen: Tổng quan về Radeon GPU Profiler
• AMD GPUOpen: Hướng dẫn hiệu năng Unreal Engine
• AMD GPUOpen: Hướng dẫn hiệu năng CPU Ryzen