FPS、更新率？誰重要，你聽過「E2E」延遲嗎！NVIDIA LDAT 測給你看

Frames per Second 是目前遊戲效能的衡量指標，但對於電競世界來說：「失之毫秒，差之勝負」，除了 FPS 之外電腦的「End to End 延遲」也相當重要，當玩家按下滑鼠按鍵到螢幕更新畫面的這段時間，這毫秒的差距可能就是誰輸誰贏的勝負之差，但以往測試 E2E 延遲這段老實說：「非常難」，而如今藉由 NVIDIA Latency Display Analysis（LDAT）測試工具，即可揭曉這延遲的面紗，也讓玩家多一個敗家（升級）的理由。


End to End 延遲 = Mouse + CPU（OS）+ GPU + Display

想必各位玩家肯定聽過 Input Lag 輸入延遲，但其實這只說明了延遲的其中一段，實際上「End to End（E2E）延遲」大致可分為三個階段：電競設備輸入（周邊）延遲、系統延遲與顯示延遲，這段也會稍微解釋這延遲路徑與電腦運作的流程。




首先當玩家按鍵鍵盤或滑鼠按鍵送出指令後，Mouse HW（硬體）收到按壓指令處理後根據 USB 回報率（Polling Rate 1000Hz），將觸發訊號通過線回送至 PC，而這段則是稱做「Peripheral Latency」（周邊延遲），目前電競滑鼠、鍵盤都以高 USB 回報率再回送觸發訊號，因此相對不同電競鼠的延遲差異就非常小。

接著當訊號送給 PC 後，首先對應的是 USB SW（驅動）處理這輸入的封包，接著等待遊戲 Sampling 確認封包的指令，而這時封包已進入到 Game Latency 階段，遊戲無時無刻都在進行 Simulation 模擬遊戲的動畫、狀態等，並依據輸入的指令來改變遊戲的狀態。

遊戲收到玩家的指令後，就會將下一個畫面要更新的資訊提出 Render Submission，這時就由顯卡驅動 Graphics Driver 接手，驅動負責與 GPU 溝通並發送指令組，這根據繪圖 API 或開發者所負責的渲染工作分組。

處理完畢後就將渲染工作送進 Render Queue 等待 GPU 進行 Render 渲染工作，而這段時間就是各位顯卡孰強孰弱的分歧點，渲染完成後由 Desktop Windows Manager（DWM）依據遊戲使用的：全螢幕、視窗或無框視窗等設計，來進行最後的影響合成 Composition 步驟，也因此這段會建議玩家要最佳的遊戲效能請設定「全螢幕」。

最終將要更新的影像輸出 Scanout 至電競螢幕的緩衝當中，並以逐行掃描的方式更新螢幕畫面，同時也進行螢幕的 Display Processing 影像處理，並依據逐行更新的內容初始化像素點反應，到最終像素點反應（Pixel Response）至正確的影像後，才完成了這段操作。

上述從滑鼠按壓到螢幕更新的步驟，即是「End to End 延遲」。


NVIDIA LATENCY DISPLAY ANALYSIS（LDAT）測試工具

說了這麼多 End to End 延遲，但不外乎就是使用 Polling Rate 1000Hz 的電競周邊，換上最快的 CPU 與最強的 NVIDIA GeForce GPU，以及 240Hz 使用 DisplayPort 連接的電競螢幕，不就能達到最低的延遲了嗎！（上述解說五段，這一段就說完了。）

確實有錢就能讓延遲縮短（The more you buy, the more you save.），但要怎麼讓玩家心服口服，則要透過可驗證的測試方式來進行，以往要測量 E2E 延遲，需要通過高幀率攝影機拍攝螢幕畫面，再通過工具測量滑鼠按下後到螢幕更新畫面的這段延遲時間。

像是之前 NVIDIA 就利用 Phantom VEO 640S Digital High Speed Camera 高速錄影器材，以 1000 FPS 的方式拍攝 60FPS、144FPS、240FPS 的遊戲畫面，簡單又直白的告訴你：「高更新率，可看見更清楚、更滑順、無殘影、無撕裂與低延遲的遊戲畫面。」

但那台攝影機的單價可是相當高，而要如何讓媒體使用以及提供給 NVIDIA 的合作伙伴（遊戲廠商）進行遊戲「E2E 延遲」的測量，這就要借住「NVIDIA Latency Display Analysis（LDAT）」測試工具來進行。



簡單來說 LDAT 提供一個「外接光感應器」，通過 USB 連接至監控 PC，並將光感應器設置於遊戲 PC 的螢幕前方，LDAT 程式會偵測螢幕由暗到亮的瞬間變化時間，藉此與滑鼠輸入時間進行比較，計算出系統的 E2E 延遲。



這測試情境主要針對電競類射擊遊戲所開發，當玩家開槍時槍身的火花，即是從暗到亮的一個畫面更新過程，以這特點做為測試依據，並由 LDAT 滑鼠提供連擊的測試功能，除此之外也提供 Audio Input（依據瞬間槍聲判斷）輸入等方式，讓媒體與遊戲開發商可快速的通過 LDAT 工具衡量系統延遲狀況。




更新率先決 60hz、144hz 與 240hz 的 E2E 延遲

E2E 延遲當中，差異最大的莫過於螢幕更新率，從基本的 60Hz 起、電競起跑點 144Hz 到最高 240Hz 的電競螢幕，由於 60Hz 升級到 144Hz 這普遍玩家都能通過肉眼分辨好壞，但從 144Hz 到 240Hz 之間的差異，就真的是專業（職業）玩家才能看出差異。

這段測試，使用《CS:GO》遊戲、自訂死鬥房，使用無限彈藥與 AWP 狙擊槍進行測試，狙擊槍瞄準時的黑邊與開槍後收鏡時的亮度差異，做為 LDAT 的測試點；遊戲設定為 1440p、最高 8xMSAA 設定。




可見當螢幕有著 240Hz 更新率時，遊戲的平均 E2E 延遲達到最低的 22.7ms，至於 144Hz 更新率下延遲差異也不大約 29.1ms，但相比基本的 60Hz 螢幕，其延遲差了快 2 倍 42.2ms，若各位你的設備還不是最高階的 GPU 與 CPU 時，這延遲還會再放大。


↑ 螢幕更新率與 E2E 延遲差異，延遲越低越好。


CPU 核心、時脈與 E2E 延遲的關係

從上述解說 E2E 延遲可知顯示延遲、GPU 的 Render 延遲是相對容易影響這段延遲的主要變數，但 CPU 的核心數與時脈差異這段也相當有趣。

為了測試這點使用 i9-10900K 處理器，分別測試 10C20T 設定下全核心 3.0GHz、4.0GHz 與 5GHz 在不同時脈下對 E2E 延遲的影響，以及核心數從 10C20T、8C16T、6C12T 與 4C8T 等影響。

首先 CPU 時脈高低確實會影響 E2E 延遲，在全核心 5GHz 與 4GHz 時脈下，平均延遲都落在 22ms，但當 CPU 時脈降至 3GHz 時延遲則變高 26.2ms；雖說時脈有差異但並不會太大。


↑ CPU 時脈與 E2E 延遲差異，延遲越低越好。


而 CPU 核心數與 E2E 延遲，則因為普遍遊戲對於 CPU 核心數要求不高，且測試的競技類遊戲，基本上效能普遍都不差，對於 CPU 要求並不高，因此在《CS:GO》與《PUBG》測試下，核心數差異與 E2E 延遲並有正相關。


↑《CS:GO》CPU 核心數與 E2E 延遲，延遲越低越好。


↑《PUBG》CPU 核心數與 E2E 延遲，延遲越低越好。


GPU 效能與 E2E 延遲的關係

E2E 延遲當中，GPU 效能可說是有著絕對的正相關，因此以 NVIDIA GeForce RTX 2080 Ti、RTX 2080 Super、RTX 2060 Super、GTX 1660 Super，以及 RX 5700 XT 和 RX 5600 XT 等 6 張卡進行測試。

這 6 張卡對效能於《CS:GO》1440p、最高 8xMSAA 設定來說都有著相當好的 FPS 效能；此外，NVIDIA 在控制中心中也提供「低延遲模式」，預設為關閉並可手動設定為開啟或超高設定，相對的 AMD 也提供 Anti-Lag 的設定功能，因此以下測試則包含延遲模式開與關的延遲差異。


↑ NVIDIA 低延遲模式，預設關閉並有著開啟與超高設定。


↑ AMD Radeon Anti-Lag 設定。


首先 RTX 2080 Super 延遲表現低於 RTX 2080 Ti，但老實說兩張高階卡的差距相當小，而開啟低延遲模式後也有著小幅度降低延遲的跡象。

而當 GPU 效能開始改變時，RTX 2060 Super 延遲就稍微提高了些，在到入門的 GTX 1660 Super 可見延遲提升不少，但相對的 NVIDIA 低延遲模式，對於入門卡來說，有著較好的彌補延遲的表現。

但是 AMD 陣營的 Anti-Lag 開啟前後差異不大（反覆測了幾遍都一樣的結果），至於延遲上一樣依據顯卡的效能有著高低差。


↑ GPU 效能與 E2E 延遲《CS:GO》差異。


由於《CS:GO》真的不太吃重效能、FPS 的變動範圍也較大，因此再以《PUBG》進行測試，測試則在訓練模式，使用散彈槍 30 發取平均值進行比較；遊戲同樣設定 1440p、超高設定。

《PUBG》測試可見效能最好的 RTX 2080 Ti，有著最低 27.2ms 的延遲，在開啟低延遲模式超高設定後延遲則降低至 25.5ms，而 RTX 2080 Super 緊追在後延遲 31.3 / 27.3ms，而效能相對較低一些的 RTX 2060 Super 則是延遲 41 / 33.5ms，入門卡 GTX 1660 Super 則是 55.6ms，但可通過低延遲模式補到 43.3ms。

至於 A 卡們則同樣延遲稍高但可通過 Anti-Lag 補一些延遲回來。


↑ GPU 效能與 E2E 延遲《PUBG》差異。


總結

通過此次測試後，對於 E2E 延遲這毫秒之差真的不是一般人肉眼可見的差異，但對於分毫必爭的電競選手、遊戲開發者來說，這延遲數據可相當重要。

但對於一般玩家來說，E2E 延遲當中，能有最明顯升級效果的莫過於「電競螢幕」，尤其還在使用 60Hz 螢幕的玩家，首先升級電競螢幕至高更新率 144Hz，能在整體感受上有著較顯著的提升。

接著則是 GPU 顯示卡，效能越強的卡確實在延遲上有較好的表現，但由於電競類遊戲大部分都不太吃重效能，因此顯卡的差異也不至於超過 50ms，但若是以職業、專業為目標的玩家，建議還是配到 RTX 2060 Super 以上的顯卡，不然就是開啟 NVIDIA 超低延遲模式，來補回一些延遲表現；至於 CPU 影響 E2E 延遲的狀況較小，而目前普遍中高階 CPU 在時脈上也都在 4GHz 以上，因此也不會有太顯著的差異，若裝機來說建議至少 6C12T 起即可。

此外，NVIDIA 在 RTX 30 系列顯卡推出之際，也發表首款 360Hz 更新率、IPS 電競螢幕，並搭載著「Reflex Latency Analyzer」功能，玩家可直接通過螢幕 OSD 設定，顯示系統延遲、滑鼠延遲等資訊，讓玩家能更了解系統狀況，以及哪些設備需要升級。








總之，越低的 E2E 延遲確實能讓玩家獲得更好的體驗，而其中「電競螢幕」與「顯示卡」可說是影響延遲的關鍵，而 NVIDIA 通過「低延遲模式」能帶給玩家相對更低的延遲表現，喜愛電競射擊類的遊戲玩家，不妨把低延遲模式給開啟換上 144Hz 螢幕，定能感受到這毫秒的差異。