Jouer en 4K : votre PC est-il prêt ?

Introduction

Les performances des cartes graphiques ont tellement augmenté sous l’effet de la guerre sans merci entre AMD et NVIDIA que depuis quelques temps, on voit plusieurs cartes graphiques haut de gamme bridées par le processeur auquel elles sont associées, ou bien sous-exploitées par tel ou tel jeu.

Parallèlement à cette tendance de fond, des titres comme Crysis 3, Metro : Last Light ou encore Arma 3 nous montrent que les développeurs sont encore tout à fait capables de repousser les limites : même les cartes graphiques les plus chères sont rapidement en souffrance lorsque l’on pousse les réglages d’un de ces trois jeux au maximum. Pour peu que l’on décide de jouer sur trois écrans en AMD Eyefinity/NVIDIA Surround, c’est alors une paire de bonnes cartes graphiques ou plus qui s’imposent. De nombreux benchmarks ont été effectués au labo en 5760×1080 et nous sommes en mesure d’aller jusqu’en 7680×1440 si besoin est.

Nous constatons un intérêt croissant pour les moniteurs à très haute résolution et après avoir vu les écrans QHD se démocratiser, place au 4K UHD avec une définition native de 3840×2160. Certes, il faut encore se contenter d’un ratio 16:9, mais on peut tout de même être enthousiaste en voyant ce format faire ses premiers pas du côté des moniteurs.

Comme c’est le cas avec chaque nouveau format, les contenus sont indispensables pour toucher le grand public. Ceci explique en partie pourquoi les possesseurs de téléviseurs 4K sont rares dans nos entourages. La situation est complètement différente du côté des PC : on peut acheter un moniteur UHD, l’installer sur son bureau et travailler sur des classeurs Excel géants comme si de rien n’était. Plus intéressant encore, la perspective de jouer à Skyrim en 3840×2160 avec le pack de textures HD : le rendu visuel est à tomber par terre sachant que l’on s’épargne bien entendu la gêne engendrée par les bords d’écrans sur les configurations multi-écrans.

La vraie question devient ainsi la suivante : quelle est la puissance graphique nécessaire pour un débit d’image fluide sur 8,3 millions de pixels ? Il va de soi que pour chacun d’entre nous ou presque, la réponse sera largement supérieure à ce dont nos PC sont capables.

Jouer en 4K Ultra HD en 2013

Imaginons que l’on cherche aujourd’hui un écran Ultra HD sans savoir quel modèle prendre. La première chose à connaître est la capacité de son PC à gérer une telle résolution avec une fréquence de rafraîchissement adaptée.

Les TV 4K premier prix peuvent être reliés à un seul câble HDMI tout en plafonnant à 30 Hz compte tenu des limites en bande passante propres à cette interface. On voit même des modèles de ce genre à 700 $ outre atlantique, comme par exemple le Seiki Digital SE39UY04. L’Asus PQ321 est un des rares écrans 4K à pouvoir atteindre 60 Hz. Outre le fait de devoir débourser 3400 euros pour avoir droit à cette fréquence, il faut nécessairement utiliser un câble DisplayPort … ou deux câbles HDMI, possibilité pour l’instant réservée au modèle disponible en Amérique du nord et en Asie.

Deux câbles HDMI ?

Le PQ321Q est un écran en « tuiles » : son écran de 31,5 pouces se compose de deux dalles 1920×2160 accolées. L’utilisation de deux sorties vidéo sur la carte graphique signifie que chaque port HDMI est géré de manière indépendante. Il est également possible d’utiliser une connectique DisplayPort rév. 1.2 (ou supérieur), laquelle alimentera un démultiplexeur intégré à l’écran pour sortir deux flux de données.

D’après NVIDIA, Asus utilise deux technologies pour éviter le phénomène de tearing entre les deux dalles : fliplock force chaque GPU à vider son tampon mémoire de manière synchrone, tandis que scanlock oblige chaque GPU (et périphérique d’affichage) à afficher les scanlines en synchronisation. Ces technologies viennent tout droit de l’imagerie professionnelle où la synchronisation est nécessaire sur de multiples périphériques.

Lorsque le PQ321Q est arrivé sur le marché, les pilotes NVIDIA n’étaient manifestement pas prêts. La firme au caméléon a travaillé sur son logiciel pour sortir les ForceWare 329.19, lesquels apportaient entre autre une structure EDID (Extended Display Identification Data) remaniée permettant au moniteur de se présenter comme un écran en « tuiles » au pilote (cette approche est maintenant intégrée au standard DisplayID v.1.3). En clair, le pilote se sert de cette information pour configurer l’affichage en Surround 2×1.

Ceci ne veut pas dire que, malgré un nouveau pilote chez NVIDIA et un nouveau firmware d’Asus, le PQ321Q est devenu parfaitement fonctionnel. A l’allumage du PC, on voit systématiquement l’écran Windows parqué du côté gauche de l’écran. Après avoir fraîchement installé Windows 8, il nous a tout simplement été impossible d’installer le pilote 327.19 vu que le PC plantait à chaque tentative. Par ailleurs, nous avons constaté que certains jeux se lançaient à une résolution différente de celle définie au préalable avec un phénomène de flashs sur le bureau, même s’il faut signaler que nous utilisions alors deux câbles HDMI ainsi que le répartiteur DVI indispensables aux tests FCAT. Lorsque le PQ321Q est paramétré pour accepter un flux MST (Multi-Stream Transport) et la connexion entre le moniteur et PC assurée par un câble DisplayPort, l’expérience est nettement meilleure sans pour autant être irréprochable : on voit toujours le logo Windows plaqué d’un côté de l’écran et une des deux dalles est susceptible de scintiller avant l’autre au lancement d’un jeu. On peut cependant considérer qu’il s’agit de défauts inhérents aux écrans en « tuiles ». Plus étonnant, le fait de choisir une définition inférieure à 3840×2160 a pour effet de rogner le bureau plutôt que de le mettre à l’échelle.

Notons qu’il va encore falloir patienter un bon moment avant que la technologie d’affichage passe à un seul contrôleur, un an peut-être, sachant que les écrans en « tuiles » ne disparaitront pas brutalement pour autant. Il va donc falloir se faire à la technologie existante d’ici là.

Benchmarks en 4K : quelles conséquences pour le protocole de test ?

Malheureusement, nous ne pouvons pas utiliser l’interface DisplayPort pour le test. En effet, FCAT s’appuie sur la capture vidéo réalisée au niveau du périphérique d’affichage, laquelle est ensuite soumise à plusieurs scripts Perl pour analyse. En l’état actuel des choses, l’enregistrement d’un flux en 2560×1440 pousse la carte de capture vidéo Datapath Ltd. dans ses derniers retranchements. Cependant, le fait de séparer le flux en deux signaux HDMI rend le processus de capture faisable puisque l’on travaille sur deux sources en 1920×2160.

Le reste du protocole de test est très similaire à l’analyse FCAT que nous avons adoptée il y a plusieurs mois. Bien que la vidéo fasse apparaitre le flux d’une seule des deux dalles, la carte graphique produit un rendu pour les deux : les performances mesurées sont donc représentatives de l’environnement global.

Notons que toutes les cartes graphiques utilisées sont conçues par NVIDIA : une GTX Titan seule, deux GTX 770, deux GTX 780 et enfin une paire de GTX Titan. Cette sélection a été dictée par des contraintes logicielles : le frame-pacing (technologie permettant d’optimiser le rythme auquel les images sont envoyées au périphérique d’affichage) récemment implémenté par AMD dans ses Catalyst ne fonctionne pas avec une définition supérieure à 2560×1600 actuellement. Par ailleurs, l’écran en « tuiles » de l’Asus PQ321Q nécessite l’Eyefinity, fonctionnalité pour le moment inaccessible sur ce moniteur.

Plutôt que de publier une série de graphiques illustrant une fois de plus un grand nombre d’images partiellement affichées ou perdues, nous avons décidé de faire l’impasse sur le CrossFire pour le moment. AMD est tout à fait conscient de la situation et nous espérons donc qu’une mise à jour des Catalyst permettra de résoudre de problème d’ici à la fin de l’année. Cette future version devrait donc prendre en charge les définitions très élevées avec Eyefinity, DirectX 9 et OpenGL.

Configuration du test

Arma 3

Lorsque l’on parle de réalisme dans les FPS, la première franchise qui vient à l’esprit est Arma. Après de longues phase alpha et beta, Arma 3 est sorti le 12 septembre dernier.

Pour peu que l’on veuille jouer au dernier volet en 3840×2160 avec les réglages au maximum, il va falloir s’offrir une paire de GTX Titan. On peut imaginer qu’un trio de GTX 770 ou 780 pourrait faire l’affaire, mais les performances moyennes pourraient descendre de temps à autre en dessous du seuil critique de 30 ips.

En effet, un SLI de GTX 770 passe plusieurs fois en-dessous de 30 ips durant notre séquence, tandis que le SLI de GTX 780 flirte à plusieurs reprises avec les 35 ips voire moins. Il faut donc une paire de GTX Titan pour se hisser à 40 ips et plus sur la majeure partie du benchmark.

Le calcul de la variance interimages nous permet de distinguer le temps nécessaire à l’affichage d’une image par rapport à la moyenne des 20 précédentes et suivantes, minimisant ainsi l’importance de la variance due au débit d’image par seconde qui varie naturellement en fonction de la charge. On peut ainsi essayer d’identifier les zones problématiques.

Pour bien se rendre compte de l’importance du calcul, prenons l’exemple de la GTX Titan : la variance est de 46 ms en moyenne. Si l’on compare chaque image aux 20 précédentes et suivantes, la variance n’est plus que de 0,65 ms.

On devrait logiquement voir les plus faibles variances (et donc un débit d’images d’autant plus régulier) lorsqu’une seule carte est utilisée et en effet, la GTX Titan se positionne au sommet du classement. Les configurations bi-GPU se classent en fonction de leurs performances : là aussi, le résultat est logique puisque l’on s’attend à voir des cartes moins puissantes afficher des performances moins régulières, même entre images successives.

Battlefield 3

La GTX Titan n’est donc pas en mesure d’assurer une fluidité en toutes circonstances sur Battlefield 3 en Ultra. A en juger par les performances moyennes, nous conseillerions plutôt un SLI de GTX 780 pour arriver à un meilleur résultat. En revanche, une paire de GTX Titan ne permettra pas nécessairement de faire un bon retour sur investissement avec le titre de DICE.

Pour la toute première fois, on peut constater un comportement curieux sur le SLI de GTX 770 : les deux cartes basées sur le GF104 souffrent de hauts et de bas comme les autres configurations SLI, mais ils sont amplifiés. Afin de mettre les choses au clair, nous avons fait tourner le logiciel EVGA Precision X en tâche de fond pour relever l’utilisation mémoire à cette résolution monstrueuse, qui plus est avec des réglages exigeants. Le fait est que Battlefield 3 fait partie des titres qui nécessitent plus de 2 Go de GDDR5 dans ces conditions ; il n’est donc pas étonnant de voir les GTX 770 à la peine lorsque l’on excède leur capacité mémoire.

Passé ce cas particulier, la GTX Titan parvient à se maintenir au-delà de 30 ips durant tout le benchmark (insistons sur le fait qu’on est en mode solo), tandis que la paire de GTX 780 dépasse systématiquement le seuil de 50 ips.

Le comportement curieux que nous venons d’évoquer se traduit par des performances catastrophiques pour les deux GTX 770, bien que la variance moyenne ne soit pas particulièrement inquiétante. Les trois autres configurations se comportent vraiment bien avec notre benchmark, même si la très haute définition (3840×2160) nous permet de repérer très facilement les passages où les cartes graphiques souffrent.

BioShock Infinite

Une fois de plus, l’ajout d’une deuxième GTX Titan permet quasiment de doubler les performances en 3840×2160 : avec un niveau de détails élevé, le jeu est complètement limité par les ressources graphiques. La bonne nouvelle vient du fait qu’une seule GTX Titan permet de dépasser les 60 ips en moyenne.

Certes, lorsque l’on n’utilise qu’une seule GTX Titan, on peut voir une baisse du débit d’images en-dessous de 60 ips (ce dernier est toutefois bien plus régulier que sur les deux GTX 770, lesquelles plongent littéralement au cours de certaines séquences du benchmark intégré a jeu). Une paire de GTX 780/Titan est plus que suffisante pour assurer une bonne expérience de jeu en toutes circonstances sur BioShock Infinite.

Les grandes variations de débit sont prises en compte dans le calcul de la variance moyenne et extrême des GTX 770. Elles s’expliquent notamment par une quantité de mémoire inférieure à celle des autres cartes : 2 Go contre 3 pour les GTX 780 et 6 pour les Titan.

Crysis 3

Notre benchmark de Crysis 3 est une séquence de 60 secondes choisie par nous-mêmes qui s’avère être assez constante en termes de performances. Cependant, dès la première exécution des scripts FACT sur le flux de sortie, il était clair que la synchronisation verticale s’activait d’elle-même à plusieurs reprises quand bien même elle était désactivée dans le jeu. Nous avons donc exécuté les tests en prenant soin de décocher l’option v-sync dans les pilotes, ce qui a abouti à des performances différentes, mais les performances moyennes suggéraient encore un problème : un SLI de GTX 770 devrait être plus performant qu’une GTX Titan, de même que l’on s’attendait à un meilleur échelonnement des performances sur une paire de cartes à 1000 € pièce.

Le graphique des performances dans le temps montrent le SLI de GTX 770 à la lutte avec la GTX Titan, tout comme le SLI de GTX 780 avec la paire de GTX Titan.

Une fois encore les GTX 770 souffrent de variations conséquentes, même si la variance interimages moyenne persiste à montrer que la technologie logicielle multi-GPU de NVIDIA permet d’atteindre une régularité assez appréciable de ce côté.

Dans un jeu comme Crysis 3, une fois que les performances moyennes passent sous le seuil de 30 ips, on perd alors très vite sa capacité à réagir rapidement. Etant donné que ce jeu nécessite un benchmark manuel, on est d’autant plus sensible au problème avec une seule GTX Titan ou le SLI de GTX 770 : plus de tirs subis, parfois au point de devoir relancer la séquence. L’expérience est radicalement différente une fois que l’on passe sur un SLI de GTX 780/Titan.

Grid 2

Bien que les tests soient effectués à une définition obscène, qui plus est avec un niveau de détail maximal, les jeux de course sont généralement bien moins gourmands que les FPS. Une GTX Titan parvient ainsi à assurer des performances satisfaisantes, tandis qu’un SLI de GTX 770 permet d’atteindre une moyenne supérieure à 56 ips. Autrement dit, ce n’est pas Grid 2 qui justifie l’achat d’une paire de GTX 780/Titan, même en 3840×2160.

En principe, ces débits d’images irréguliers devraient se traduire par des variances plus élevées que ce que nous avons vu jusqu’ici. Dans l’immédiat, on peut être quasiment assuré du fait que les quatre configurations permettent de jouer.

Et voici donc les variances à la hausse telles que nous les avions anticipées. Ce sont les GTX 780/Titan en SLI qui représentent le pire des cas de figure avec environ 5 ms, sachant que ces résultats restent tout de même plus que bons en comparaison de ceux que l’on a pu voir avant que FCAT ne devienne un outil répandu.

The Elder Scrolls V: Skyrim

Manifestement, le moment est venu d’ajouter des extensions ou des mods gourmands en ressources : on a beau être en 3840×2160 en qualité Ultra, Skyrim est complètement limité par notre processeur Ivy Bridge-E, y compris avec le SLI de GTX 770. Notons qu’une GTX Titan affiche des performances nettement inférieures à celles d’une paire de GTX 770 même s’il faut relativiser : une moyenne proche de 70 ips est déjà plus que satisfaisante.

Les trois SLI se suivent dans notre benchmark de Skyrim.

Lorsqu’une carte graphique est utilisée seule, on constate généralement une variance très faible, ce qui est bien le cas ici. L’ajout de cartes augmente un peu la variance mais dans le cas de The Elder Scrolls V, on parle de latences moyennes inférieures à la milliseconde.

Tomb Raider

Le reboot de Tomb Raider permet de constater à nouveau un échelonnement des performances quasi parfait pour la GTX Titan : l’ajout d’une deuxième carte double presque les performances. En revanche, notre benchmark nous fait dire que le jeu n’est pas complètement fluide avec une seule de ces cartes à 1000 €. Mieux vaut donc, dans la mesure du possible, s’orienter vers un SLI de GTX 780.

Les données de ce graphique représentent bien les performances moyennes, d’autant plus que les quatre configurations affichent une certaine constance tout au long du benchmark.

Ces belles courbes sans heurts que nous venons de voir permettent  un débit d’image régulier ; la variance d’une image par rapport aux 20 suivantes/précédentes est donc faible.

Jouer en 4K : possible dès maintenant, mais est-ce bien raisonnable ?

Lorsque nous avons commencé à lire les tout premiers retours sur le jeu en Ultra HD, nous n’avions qu’une idée en tête : mettre la main le plus rapidement possible sur un écran 4K, même un modèle à bas prix n’acceptant qu’une connexion HDMI et limité à 30 Hz. Puis l’Asus PQ321 est arrivé, avec une facture de 3400 euros. À vrai dire, le tarif est presque une question secondaire pour les plus fortunés d’entre nous lorsque l’on parle de matériel high-tech dernier cri, sous réserve qu’il soit capable de tenir toutes ses promesses. Mais comme c’est le cas avec toute nouveauté technologique, plusieurs défauts de jeunesse doivent être réglés.

Le fait est que nous n’y sommes pas encore. Les pilotes NVIDIA ont indéniablement fait du chemin, tout particulièrement en ce qui concerne le DisplayID ainsi que l’activation automatique du mode Surround pour une configuration plus intuitive. Asus a également travaillé sur son firmware. Nous avons rencontré des difficultés en essayant d’installer le dernier pilote beta de NVIDIA, constaté des erreurs de résolution ainsi que des flashs intermittents, mais le répartiteur DVI utilisé pour FCAT n’est très probablement pas étranger à ces phénomènes. A vrai dire, le simple fait d’utiliser un unique câble DisplayPort permet de résoudre deux de ces trois problèmes.

Nous mettons temporairement AMD sur la touche, même s’il faut signaler que la firme texane s’est donné jusqu’à la fin de l’année pour la deuxième phase du frame-pacing, étape qui devrait apporter Eyefinity, DirectX 9 et OpenGL. Même s’il est relativement facile de configurer le PQ321Q avec une Radeon dès à présent, il nous semble insensé d’investir 3400 € dans le moniteur d’Asus pour voir un CrossFire perdre un nombre d’images considérable. Cependant, AMD nous a promis mieux à court terme et nous sommes donc impatients de voir la situation évoluer.

La position actuelle d’AMD n’est probablement pas vraiment problématique : nous avons contacté un intégrateur américain, Falcon Northwest, pour savoir quel type de client leur achète des moniteurs 4K en ce moment. Leur réponse : personne (chez eux tout du moins). Bien entendu, l’intégrateur ne demande pas mieux que de voir cette technologie s’imposer au grand public. Comme nous venons de le voir, il faut des ressources graphiques considérables pour tirer parti de cette résolution, or Falcon Northwest est un acteur clairement porté sur le haut de gamme. Nous avons une convergence de vue avec eux quant au fait qu’un SLI de GeForce GTX 780 représente assez bien le ticket d’entrée pour jouer en 3840×2160. Mais après avoir testé le PQ321Q pendant deux mois (avec le privilège d’un firmware plus récent que celui utilisé pour cet article), l’intégrateur a jugé les bugs trop gênants pour proposer des moniteurs Ultra HD à ses clients. Bien que les modèles 4K puissent devenir une option viable, leur prise en charge est encore au stade beta chez Falcon Northwest. Les early adopters (acheteurs-essayeurs) sont donc prévenus.

On verra à l’avenir des écrans 4K capables d’atteindre 60 Hz avec un seul contrôleur, même s’il est probable que les écrans en « tuiles » perdurent une fois cette étape franchie. Les fabricants d’écrans et de cartes graphiques doivent donc améliorer cette technologie : il est tout simplement inconcevable qu’un écran soi-disant capable de 20 résolutions différentes rogne l’image plutôt que d’effectuer une mise à l’échelle.

Il faut néanmoins laisser du temps à ces produits : après tout, ils ne sont sur le marché que depuis quelques mois. Mieux vaut donc prendre son mal en patience pour l’Ultra HD mais au cas où on aurait une connaissance qui se déciderait à franchir le pas dès maintenant, il faudrait alors profiter de chaque seconde de jeu devant ce type d’écran : jouer en 3840×2160 donne envie de ne plus revenir au 1080p, quand bien même on se serait habitué à jouer sur trois écrans.