حاسبة عنق الزجاجة بين CPU وGPU

زمن الإطار هو نقطة البداية المفيدة

معدل الإطارات في الثانية هو مقلوب زمن الإطار. عندما يُقاس الزمن بالمللي ثانية:

الحد الأقصى لمعدل الإطارات = 1000 / زمن الإطار بالمللي ثانية

تحدد المرحلة المقاسة الأبطأ الحد الأقصى المبسّط لمسار المعالجة:

الحد الأقصى التقديري = 1000 / max(زمن إطار CPU, زمن إطار GPU)

هذا تقدير تشخيصي، وليس وعدًا بأن اللعبة ستعرض الإطارات بهذا المعدل تمامًا. فقد تؤثر حدود الإطارات والمزامنة وقوائم الانتظار وعمليات محرك اللعبة والتحميل وجدولة نظام التشغيل وعرض الصورة على الشاشة في معدل FPS الملحوظ. وتفصل Microsoft في إرشاداتها لتحليل أداء DirectX بين زمن CPU لكل إطار وزمن GPU لكل إطار، لأن أيًا منهما قد يتجاوز الميزانية الزمنية المتاحة للإطار.

يمثل التحويل 1000 / ms حدًا أقصى للمرحلة المقاسة. فعلى سبيل المثال، يعادل زمن CPU البالغ ١٢ مللي ثانية نحو ٨٣٫٣٣ FPS، بينما يعادل زمن GPU البالغ ٧ مللي ثانية نحو ١٤٢٫٨٦ FPS. في هذا التسجيل، يكون جانب CPU أبطأ ويبلغ الحد الأقصى المبسّط نحو ٨٣٫٣٣ FPS.

لماذا يهم هامش التفاوت

لا ينبغي عرض أزمنة الإطارات المتقاربة بيقين زائف. تقارن هذه الحاسبة الفارق المطلق بزمن الإطار الأبطأ:

الفجوة النسبية = |CPU ms - GPU ms| / max(CPU ms, GPU ms) × 100

إذا وقع هذا الفارق ضمن هامش التفاوت الذي اخترته، فالنتيجة متوازنة أو غير حاسمة لهذا التسجيل. وإذا تجاوز الهامش، فالجانب ذو زمن الإطار الأطول هو الجانب المقيّد للأداء حاليًا.

تصف هذه النسبة مقدار التباعد بين توقيتين في عبء عمل واحد. وهي ليست نسبة قدرة CPU أو GPU المهدرة، ولا تتنبأ بمقدار تحسن الأداء عند تغيير العتاد.

اجعل التسجيل قابلًا لإعادة الإنتاج

تتطلب المقارنة المفيدة ثبات عبء العمل. استخدم القيم نفسها لكل من:

• اللعبة وإصدار محركها؛
• ملف الحفظ أو إعادة العرض أو تسلسل اختبار الأداء أو مسار الحركة الثابت؛
• الدقة ومقياس التصيير وإعداد الجودة المسبق وواجهة برمجة الرسوم؛
• حد الإطارات وVSync وحالة الدقة الديناميكية؛
• إعدادات برنامج التشغيل ووضع الطاقة وعبء العمل في الخلفية؛
• مدة الإحماء ومدة التسجيل.

شغّل الاختبار عدة مرات وقارن إحصاءات تمثيلية بدلًا من الاعتماد على عينة واحدة قصيرة. توصي إرشادات AMD لأداء CPU بتثبيت المتغيرات مثل مشهد الاختبار والبذرة العشوائية، بينما تقترح إرشاداتها لمحرك Unreal Engine تغيير الدقة بوصفه وسيلة تشخيصية: إذا لم يؤد رفع دقة التصيير كثيرًا إلا إلى تغير طفيف في الأداء، فهذه قرينة تستحق التحقيق في احتمال وجود قيد من جانب CPU في عبء العمل ذاك. لكنها تظل قرينة، وليست حكمًا عامًا.

لماذا لا يُعد الاستخدام دليلًا قاطعًا

يمكن لنسبة الاستخدام أن تدعم التشخيص، لكنها لا تثبته بمفردها. فقد يبدو إجمالي استخدام CPU متواضعًا بينما يكون خيط رئيسي واحد أو خيط التصيير مستنفدًا بالكامل. وقد ينجم انخفاض استخدام GPU عن حد للإطارات أو انتظار CPU أو المزامنة أو قلة العمل المرسل إليه. ويعني ارتفاع استخدام GPU أن الوحدة كانت مشغولة؛ لكنه لا يحدد مرحلة التصيير المكلفة بدقة ولا يتنبأ بنتيجة ترقية العتاد.

توفر أدوات قياس التوقيت سياقًا أفضل. يسجل Intel PresentMon بيانات الإطارات وقياسات GPU، ويعرض NVIDIA Nsight مدد الإطارات على CPU وGPU ونطاقات عبء عمل GPU، بينما يعرض AMD Radeon GPU Profiler توقيت قوائم الانتظار وفترات خمول GPU. وحتى الحدود التي تستخدمها أدوات التحليل ليست سوى قواعد استرشادية: إذ يعتمد تصنيف Radeon GPU Profiler للحالات المقيّدة بـCPU على حد قابل للضبط لخمول GPU، لا على قانون ينطبق على كل محركات الألعاب.

ما الذي تكشفه أدنى نسبة ١٪ وما الذي لا تكشفه

تلخص قيمة أدنى ١٪ الطرف البطيء من توزيع أزمنة الإطارات، ولذلك تفيد في رصد عدم انتظام عرض الإطارات الذي قد يخفيه المتوسط. لكنها لا تكشف ما إذا كانت تلك الإطارات البطيئة ناتجة عن CPU أو GPU أو بث الأصول أو تجميع المظللات أو ضغط الذاكرة أو توقف آخر.

كما تختلف التعريفات. تستخرج بعض التقارير معدلًا من زمن الإطار عند المئين ٩٩ (1000 / زمن الإطار p99)، بينما تحسب تقارير أخرى متوسط أبطأ ١٪ من عينات FPS. ويعرّف NVIDIA Nsight Systems طول الإطار عند المئين ٩٩ بأنه القيمة التي لا يتجاوزها إلا ١٪ من الإطارات الأطول. دوّن الأداة والتعريف عند مقارنة النتائج، ولا تستخدم قيمة أدنى ١٪ بدلًا من زمنَي إطار CPU وGPU المتطابقين.

لماذا تكون نسب عنق الزجاجة العامة مضللة

ليس للكمبيوتر نسبة ثابتة ودائمة لعنق الزجاجة بين CPU وGPU. فالعمل المقيّد للأداء قد يتغير باختلاف اللعبة والمشهد والدقة والإعدادات وإصدار المحرك وبرنامج التشغيل وحد الإطارات ومعدل الإطارات المستهدف. قد يضغط مشهد مدينة مزدحم على المحاكاة وإرسال أوامر الرسم، بينما يقضي مشهد آخر وقتًا أطول على GPU عند استخدام مقياس تصيير أعلى.

لا تستطيع الحاسبات المعتمدة على أسماء الطرز رصد هذه الظروف. ولا تحمل نتيجة مثل «عنق زجاجة بنسبة ٢٣٪» معنى تقنيًا ثابتًا من دون توقيت مقاس في المشهد نفسه. استخدم هذه الحاسبة لوصف التسجيل الذي أجريته فعلًا، وكرر الاختبار تحت عبء العمل الذي يهمك، واستخدم أداة تحليل زمني عندما تحتاج إلى تحديد العمل المسؤول بعينه.

مراجع تقنية رسمية

• Microsoft: تحليل أداء تطبيقات DirectX
• Intel: مراقبة الأداء باستخدام PresentMon
• NVIDIA: حالة الإطارات في Nsight Systems
• NVIDIA: تتبع GPU في Nsight Graphics
• AMD GPUOpen: نظرة عامة على Radeon GPU Profiler
• AMD GPUOpen: دليل أداء Unreal Engine
• AMD GPUOpen: دليل أداء Ryzen CPU