Co to AMD FSR? Na co pozwala i czy warto go używać?

Pod koniec minionej dekady na biurkach graczy zaczęły zadomawiać się monitory ze znacznie większą rozdzielczością niż wówczas standardowym Full HD. Jednocześnie to okres, w którym do świata gier zawitało sprzętowe śledzenie promieni w czasie rzeczywistym i, jak łatwo się domyślić, mieszanka tych dwóch czynników okazała się zabójcza dla wydajności nawet topowych kart graficznych. To właśnie wtedy okazało się, że branża gier potrzebuje rycerza na białym koniu, którym okazał się upscaling z wykorzystaniem algorytmów sztucznej inteligencji.

AMD FSR to alternatywa dla technik takich, jak NVIDIA DLSS oraz Intel XeSS

NVIDIA swoim zwyczajem zaproponowała w tym miejscu autorskie rozwiązanie, wykorzystując dedykowane do tego sprzętowe jednostki, dostępne tylko na ich najnowszych, dopiero trafiających na rynek kartach graficznych. AMD podeszło do tematu znacznie bardziej uniwersalnie i tak oto narodziło się AMD FidelityFX Super Resolution (FSR 1.0), które działa na praktycznie każdej karcie graficznej. Od tego czasu minęły już ponad 3 lata i obecnie mamy już dostępny AMD FSR w wersji 3.1, który oferuje znacznie więcej, niż sugeruje sama nazwa.

Zacznijmy od podstaw - jak działa upscaling z FSR

Technika upscalingu (zwiększenia rozdzielczości), pozwala odciążyć naszą kartę graficzną, jako że ta może renderować grę w niższej niż natywna dla naszego monitora rozdzielczości, a my (przynajmniej w teorii) powinniśmy i tak ujrzeć obraz takim, jakby od podstaw był renderowany w tej docelowej rozdzielczości. Warto tutaj zaznaczyć, że sam proces upscalowania nie tylko jest znacznie bardziej złożony niż w przypadku tego, co np. robiły już dekadę wcześniej telewizory, ale również odbywa się w drastycznie krótszym czasie, dzięki czemu faktycznie uzyskujemy znaczący wzrost wydajności (klatki szybciej są gotowe do wyświetlenia, zatem mamy ich więcej w każdej sekundzie).

Przejście z FSR 1.0 na 2.0 było ogromnym skokiem w jakości upscalowania. Kolejne wersje już takich rewolucji nie wprowadzały.

Jest to możliwe dzięki wykorzystywaniu algorytmów szkolonych w procesie głębokiego nauczania, które wykonywane są bezpośrednio przez bardzo szybkie (oraz zdecydowanie liczne) jednostki obliczeniowe karty graficznej. Tutaj warto zauważyć, iż wykorzystanie uniwersalnych jednostek obliczeniowych (tych samych, które obliczają również sam obraz) wiąże się z dwoma problemami:

• FSR nie może stosować aż tak zaawansowanych algorytmów, jak techniki korzystające z dedykowanych jednostek AI, zatem jakość obrazu nie zawsze jest idealna;
• korzystanie z FSR obciąża część karty odpowiedzialną za render klatki obrazu, zatem zysk wydajności z upscalowania jest mniejszy.

Ogromną zaletą takiego rozwiązania naturalnie jest fakt, że AMD FSR zadziała na każdej karcie graficznej, niezależnie od producenta i generacji, pod warunkiem że posiada te zunifikowane jednostki obliczeniowe (a te są z nami od ponad dekady). To, co jeszcze wyróżnia FSR na tle „zwykłego” upscalowania (np. dostępnego w sterownikach karty graficznej AMD RSR albo NVIDIA NIS), to fakt, że tutaj upscaler jest faktycznie zintegrowany z grą i skalowane są tylko informacje 3D. Cały interfejs gry oraz elementy, których renderowanie nie jest zasobochłonne, ale za to gorzej znoszą upscaling, są przez grę przetwarzane w natywnej rozdzielczości i nakładane na już upscalowaną klatkę przez FSR.

Ładnie tutaj widać, o ile skraca się czas głównego procesu renderowania (pierwszy segment) oraz jak niewiele czasu "kosztuje" proces upscalowania.

Obecnie FSR 3.1 oferuje pięć trybów pracy, w tym Native AA, czyli sytuację, w której obraz jest renderowany w natywnej rozdzielczości, a następnie procesowany przez AI w celu uzyskania… tej samej rozdzielczości, tylko że pozbywając się efektu poszarpanych krawędzi, czyli aliasingu. To w zasadzie alternatywa dla znacznie bardziej prymitywnego TAA oraz dużo bardziej zasobożernych technik, takich jak MSAA. Poza tym dostępne mamy jeszcze cztery tryby i poniżej przygotowaliśmy dla was rozpiskę pokazującą, z jakiej rozdzielczości renderowania każdy z nich korzysta w zależności od tego, jaka będzie finalna rozdzielczość. Warto zaznaczyć, że wartości te zmieniały się od premiery FSR i w sieci możecie znaleźć wiele artykułów, które powołują się na nieaktualne już dane.

Dawniej istniał jeszcze profil Ultra Jakość, ale nie było Ultra Wydajności. AMD postanowiło jednak zrównać swoje oznaczenie z tym stosowanym przez DLSS. 

Jak łatwo zauważyć, tryb Jakość to dzielnik 1,5x, tryb Zbalansowany to dzielnik 1,7x, tryb Wydajności to dzielnik 2,0x, podczas gdy tryb Ultra Wydajności to już dzielnik 3x dla każdego z dwóch wymiarów obrazu. Pamiętajmy jednak, że algorytmy AI nie skalują się tak liniowo i przykładowo efekt pracy FSR Quality w rozdzielczości FHD będzie znacznie ustępować temu, co ujrzymy, jeżeli kosztem wydajności z FSR zrezygnujemy, ale już w takim 4K często trzeba z lupą szukać różnic pomiędzy natywną rozdzielczością a tym, co wyrenderuje FSR Quality. To naturalnie zależy jeszcze od specyfiki gry, w jaką gramy, ale takie uproszczenie jest zasadniczo prawdziwe – upscaling działa tym lepiej, im wyższą rozdzielczość obierzemy za docelową.

Odbicia w wodzie to od zawsze największy problem dla wszelkich technik upscalingu i FSR stanowczo nie jest tu wyjątkiem (Zoom 2x). 

Finalnie efekt działania FSR to wzrost wydajności, zwłaszcza w przypadku, w którym naszej karcie zaczyna brakować pamięci graficznej, aby utrzymać płynność rozgrywki w wyższych rozdzielczościach na najwyższych ustawieniach. Wysokość tego wzrostu jest uzależniona od wielu czynników (w tym również wydajności naszego procesora), ale zwykle w trybie Jakość możemy liczyć na dodatkowe 30-40% FPS, a każdy kolejny tryb podnosi ten maksymalny zysk o 5-10%. Trudno zatem przejść obok takich wartości obojętnie, zwłaszcza gdy gra bez FSR faktycznie jest na granicy konsolowych wartości FPS (30-40 klatek na sekundę).

Przeźroczyste powierzchnie (jak siatka płotu powyżej) również są problematyczne dla upscalingu - tutaj FSR 3.1 robi już całkiem dobrą robotę.

Pomiar wydajności AMD FSR (samo Super Resolution) w grach

Poniżej przygotowaliśmy testy w dwóch grach, wykonane na topowej (obecnie) karcie AMD Radeon RX 7900 XTX w rozdzielczości Ultra HD (4K) i przy najwyższych ustawieniach. Warto jednak pamiętać, że FSR zadziała również na znacznie starszych kartach - w tym również kartach z serii GeForce GTX 900 i Radeon RX 400 (mowa zatem o kartach, które zaraz będą świętować dziesiąte urodziny). W przypadku tak starych kart obecnie już nawet upscaling może nie wystarczyć, aby cieszyć się płynną rozgrywka w nowych tytułach, ale niemniej wsparcie dla FSR 3.1 jest (ponownie wbrew temu, co można przeczytać w innych publikacjach), co potwierdzają nasze testy.

Horizon: Forbidden West - UHD - ust. bardzo wysokie
Radeon RX 7900 XTX, [FPS], więcej = lepiej

FSR 2 Ultra Wydajność	137 106
FSR 2 Wydajność	119 94
FSR 2 Balans	110 84
FSR 2 Jakość	100 74
Natywne 2160p + TAA	78 65
Legenda	/ średni FPS / 1% Low FPS

Avatar: Frontiers of Pandora - UHD - ust. Ultra
Radeon RX 7900 XTX, [FPS], więcej = lepiej

AMD Radeon RX 7900 XTX FSR Ultra Wydajność	93 73
AMD Radeon RX 7900 XTX FSR Wydajność	75 59
AMD Radeon RX 7900 XTX FSR Balans	66 53
AMD Radeon RX 7900 XTX FSR Jakość	60 51
AMD Radeon RX 7900 XTX TAA	40 35
Legenda	/ średni FPS / 1% Low FPS

AMD FSR 3.1 to również generowanie klatek

Pod koniec 2023 roku, blisko rok po pierwszych zapowiedziach, AMD zaprezentowało swoją wizję generatora klatek korzystającego z AI. Tutaj ponownie za cel obrano kompatybilność z każdym, nawet bardzo starym sprzętem, ale również od razu zaadresowano bolączki pionierskiego w tym przypadku NVIDIA DLSS 3.0 Frame Generation. Obecnie zatem AMD FSR pozwala twórcom gier zaimplementować w ich dziełach również taki dodatkowy upłynniacz, który wraz z wersją FSR 3.1 można używać niezależnie od samego Super Resolution z pakietu FSR. A jak to działa? Zasadniczo dosyć prosto i zaskakująco skutecznie.

Zasada działania jest prosta, diabeł tkwi w szczegółach.

Zunifikowane jednostki obliczeniowe w tym przypadku biorą pod uwagę dwie następujące po sobie klatki wygenerowane przez grę. W czasie, kiedy kończony jest rendering drugiej z takich klatek (rysowane są elementy interfejsu i nakładane efekty końcowe), obliczana jest klatka pośrednia na podstawie analizy wektorów ruchu oraz samego obrazu – karta domyśla się, jak powinna taka klatka wyglądać z uwzględnieniem informacji z silnika gry na temat tego, co na ekranie się porusza i w jakim kierunku.

Generator klatek zaimplementowany w AMD FSR 3.1 ustępuje jakością dokładanych klatek tylko DLSS Frame Generation, choć od strony praktycznej w wielu kwestiach go przewyższa

Tak wygenerowana klatka dostaje identyczne dane dotyczące interfejsu, co ta ją poprzedzająca, co pozwala uniknąć problemów z jego zniekształceniem. Sam proces jest zaskakująco mało zasobożerny i w większości przypadków generator klatek od AMD oferuje dokładnie dwukrotny wzrost wyświetlanych klatek. Pamiętajmy jednak, że klatki te wpływają tylko na postrzegalną płynność rozgrywki, a nie na faktycznie responsywność gry – reakcja na nasze ruchy myszką będzie w najlepszym razie zbliżona do tego, co „czuliśmy” bez generatora, a zwykle będzie nawet nieco wolniejsza.

Obie techniki generowania klatek średnio radzą sobie z bardzo dynamicznymi scenami, ale zwykle to FSR w tej kwestii wypada gorzej.

Wynika to z tego, że sam generator dodaje nieco opóźnień w procesie generowania obrazu (około 1 klatkę), zatem im więcej będzie ich bazowo, tym mniej będzie ono odczuwalne (przykładowo dla 120 FPS bazowych opóźnienie wyniesie jedynie 8,3 ms). Z pewnością zatem nie jest to funkcja, której chcecie używać w kompetytywnych tytułach, takich jak Fortnite (jeżeli kiedyś AMD FSR FG tam trafi obok DLSS FG), w których takie opóźnienia są nie do przyjęcia. Niemniej w typowo casualowym graniu, zwłaszcza jeżeli gramy na padzie, funkcja ta oferuje praktycznie same zalety i pozytywnie wpływa na odczucia z gry – pod warunkiem że działa poprawnie. Ogólnie jednak FSR 3.1 Frame Generation należy pochwalić za:

• możliwość aktywacji równocześnie ze synchronizacją odświeżania;
• możliwość stosowania w połączeniu z dowolną inną metodą upscalowania;
• brak artefaktów w obrębie interfejsu użytkownika;
• bardzo duży wzrost płynności;
• możliwość ręcznego aktualizowania biblioteki (.dll) w starszych tytułach.

  
Klatka wygenerowana przez AMD FSR 3.1 (środkowa) w większej części wygląda dobrze, ale przy bardziej kontrastowych fragmentach pojawiają się błędy. 

Ostatecznie jeszcze trzeba napisać o jednej kwestii, o której mówi się stanowczo zbyt mało - każdy generator klatek niesie za sobą spory koszt w postaci zajmowania pamięci graficznej! AMD FSR 3.1 Frame Generation nie jest tutaj wyjątkiem i z tego też względu absolutnie nie sprawdza się na kartach wyposażonych w mniej niż 6-8 GB vRAM - co niestety wyklucza sporą część starszych kart, w tym np. takie perełki, jak GeFroce GTX 970 albo Radeon RX 580 4 GB (tutaj nabywcy modelu z 8 GB vRAM mogą cieszyć się z przyszłościowego wyboru). Na nowszych kartach również nie jest różowo i karty z 8 GB vRAM często mają problem z używaniem generatora w rozdzielczości 1440p i wyżej. To jeden z niewielu przypadków, w których raczej wyśmiewane karty, takie jak GeForce RTX 4060 Ti 16 GB albo Radeon RX 7600 XT 16 GB, okazują się mieć sporą przewagę nad częściej polecanymi wariantami z 8 GB pamięci.  

Dokąd zmierza FSR?

AMD stale pracuje nad rozwojem pakietu FSR – sama aktualizacja do 3.1 przyniosła nam poprawę rekonstrukcji obrazu poprzez redukcję efektu powidoku dla obiektów w ruchu oraz większą stabilność detali w dalszych kadrach. Nie da się jednak ukryć, że jest to nieustanna pogoń za tym, co oferuje DLSS. Co gorsza, AMD raczej nie jest w stanie w tym przypadku wygrać, co wynika z przewagi, jaką oferuje wykorzystywanie dedykowanych jednostek. Jednocześnie nie musi tego zwycięstwa odnosić, aby i tak być szanowaną technologią pośród graczy za to, że nie jest ograniczana i obstawiamy, że to aspekt, z którego AMD nie zrezygnuje.

Lista gier z pełną obsługą AMD FSR (upscaling i generowanie klatek) stale rośnie - to również istotny aspekt rozwoju technologii.

Na ten moment w pakiecie AMD FSR odczuwalnie brakuje mechanizmu, który usprawnia i optymalizuje odszumianie obrazu generowanego przez śledzenie promieni (odpowiednik DLSS Ray Reconstruction) i zakładamy, że będzie to kolejna rzecz, o którą FSR w najbliższym czasie się wzbogaci. Całkiem możliwe też, że śladem innych (również otwartych) rozwiązań, FSR Frame Generation uzyska możliwość generowania więcej niż jednej klatki pośredniej. To wszystko jednak nadal tylko nasze domniemywania i należy traktować je ze sporą dozą sceptycyzmu.