FSR 3 und die Fluid Motion Frames im Test: AMDs Frame Generation und ein potenzielles Killer-Feature für Radeons

Mit Forspoken und Immortals of Aveum sind zwei erste Titel mit Support für die AMD-Frame-Generation FSR 3 erschienen. Im Gegensatz zu DLSS 3.0 funktioniert FSR 3, sofern von den Entwicklern in das Spiel integriert respektive unterstützt, auch auf herstellerfremden Grafikkarten. Sie können FSR 3 also beispielsweise auch mit einer Geforce oder Intel Arc zuschalten, obendrein werden auch ältere Grafikkarten unterstützt, etwa eine Geforce GTX 1070 oder Radeon RX 580. Anders als für Nvidias DLSS 3.0 ist für FSR 3 demnach keine aktuelle Grafikkarte vonnöten. Dieser erweiterte Support und der Umstand, dass nun auch Radeon-Nutzer auf eine Frame Generation zurückgreifen können, macht FSR 3 potenziell für viele Spieler interessant.

Ähnlichkeiten mit DLSS 3

In gewissem Rahmen ähnelt FSR 3 DLSS 3.0. Die Frame Generation hier wie dort erzeugt aus zwei bereits berechneten Bildern einen dritten, interpolierten Frame. Dieser wird zwischen die berechneten Bilder eingefügt, und die drei Bilder darauf gleichmäßig ausgegeben. Dieser letzte Punkt ist von gewisser Bedeutung, insbesondere aktuell. Wir werden in Kürze noch einmal darauf zu sprechen kommen. Doch noch einmal zu den Basics: Sowohl FSR 3 als auch DLSS 3.0 erzeugen also aus zwei berechneten Bildern einen dritten, interpolierten, der zwischen diesen berechneten Frames eingefügt wird. Darauf folgt abermals ein generierter Frame. Nach jedem berechneten Bild wird also ein generierter, interpolierter Frame eingefügt.

Der Geschwindigkeitsgewinn ergibt sich daraus, dass die Erzeugung eines interpolierten Frames (deutlich) kürzer ist, als die Berechnung eines vollen, "echten" Frames. Je höher die Ausgangsbildrate also ist, desto schneller muss eine Frame Generation arbeiten können, um noch einen Geschwindigkeitsvorteil erbringen zu können. Ist die Bildrate zu hoch, die Frametime eines berechneten Frames also ähnlich oder gleich wie jene eines generierten Frames, so stagniert der Geschwindigkeitsgewinn. Ist die Bildrate zu hoch, die Berechnungszeit eines vollen Frames also schneller als die Generierung, so bremst die Frame Generation tatsächlich sogar. Diesen abnehmenden Ertrag bei der Frame Generation und sehr hohen Bildraten konnten wir bereits häufiger beobachten. Bei DLSS 3.0 gibt Nvidia eine Erzeugungszeit von 3-5 ms (wohl unterschiedlich je nach Karte und Auflösung) an, rein rechnerisch kann eine RTX mit DLSS 3.0 also maximal 200-333 Fps beschleunigen, ansonsten bremst DLSS 3.0.

Ein wichtiger Punkt bei der Frame Generation - gleich ob Nvidias DLSS 3.0 oder AMDs FSR 3 - ist die Latenz, die durch die Interpolation entsteht. Durch das nötige Zurückhalten der berechneten Frames und die darauf eingeschobenen, generierten Frames, entsteht eine zusätzliche Latenz, die Sie an der Maus spüren würden, würde sie nicht an anderer Stelle eingespart. Für dieses Unterfangen nutzen sowohl DLSS 3.0 als auch FSR 3 spezifische Techniken, welche die CPU anfordern, Daten für die nächsten Frames, die bereits angefordert wurden, sofort an die GPU weiterzureichen. Im Normalfall hält der Prozessor einen oder mehrere dieser CPU-Frames zurück, um die Effizienz der Hardware zu erhöhen. Denn auf diese Weise kann die Grafikkarte auch mit Daten beliefert werden, wenn es bei der CPU oder dem Streaming zu Verzögerungen kommt. FSR 3 und DLSS 3 nutzen also diese bereits vorhandenen CPU-Daten, die im Normalfall zurückbehalten werden, um die bei der Bildinterpolation entstehende Latenz zu kompensieren. Bei Nvidias DLSS 3.0 wird Reflex zugeschaltet, bei AMD Anti-Lag(+).

So funktioniert AMDs FSR 3

Es gibt eine ganze Reihe Unterschiede zwischen AMDs FSR 3 und Nvidias DLSS 3.0. DLSS 3.0 nutzt bekannterweise die KI-Einheiten der aktuellen Ada-Lovelace-Reihe und ist einzig auf RTX-4000er-Grafikkarten nutzbar. FSR 3 setzt anders als DLSS 3.0 FSR 2.x voraus, also das AMD-Temporal-Upsampling respektive -Kantenglättung. Im Groben und abseits technischer Feinheiten sind die beiden Bildinterpolationstechniken von AMD und Nvidia aber zumindest lose vergleichbar. Sie haben ähnliche Ansatzpunkte und nutzen beide eine Latenzreduktion, um das Spielgefühl trotz eingefügter, generierter Frames zu bewahren. Beide Techniken müssen von den Spieleentwicklern in ihren Titeln unterstützt respektive integriert werden, beide Techniken können im theoretischen Best-Case die Bildraten verdoppeln. Beide Techniken nutzen für die Bildgenerierung Optical Flow Fields. Sowohl DLSS 3.0 als auch FSR 3.0 benötigen überdies bereits flüssige Bildraten, um wie angedacht zu funktionieren und sind dazu angedacht, realtiv hohe Bildraten von 60 Bildern oder mehr auf dreistellige Bildraten zu beschleunigen. FSR 3 und DLSS 3.0 sind nicht(!) dazu gedacht, eine wenig flüssige Framerate von beispielsweise 30 Fps auf 60 zu erhöhen.

Im Grunde bietet sich eine Frame Generation - gleich ob Nvidias oder AMDs - daher ausschließlich für hochfrequente Displays an. Diese bieten sich außerdem an, da sie oft auf Technologien wie Gsync Compatible oder Freesync, abseits der Nvidia- und AMD-Marketing-Bezeichnungen auch als der VESA-Standard Adaptive Sync bekannt. Ein solches Display ist zwar nicht zwingend notwendig, doch ist es beispielsweise mit einem 60-Hz-Display kaum möglich, die wirklichen Vorteile eine Frame Generation, die optische Beschleunigung der Bildausgabe (nicht des eigentlichen Spielgefühls!), auszuschöpfen. Sie können eine Frame Generation selbstredend auch mit einem solch niederfrequenten Display nutzen, um beispielsweise 60 auf 120 Fps zu beschleunigen. Doch wird der optische Genuss in diesem Fall entweder durch Tearing verunziert oder eine an die Anzeige angepasste Bildausgabe negiert den Effekt der Frame Generation.

Die Bildausgabe respektive das korrekte Pacing von generiertem und berechnetem Frame ist ebenfalls ein wichtiger Punkt. Und genau an dieser Stelle hakt es mit FSR 3 auch noch ein wenig. So funktioniert etwa Vsync nicht immer wie angedacht, statt die Bildausgabe zu glätten und an die Monitorfrequenz anzupassen, kann - zumindest in den beiden aktuellen Titeln - das Frame Pacing aus dem Tritt kommen. Dies ist nicht ganz unerwartet, wenn Sie sich an unsere ersten DLSS-3.0-Hands-On-Tests zurückerinnern, auch dort gab es zu Beginn Inkompatibilitäten mit Vsync respektive Schwierigkeiten mit dem Frame Pacing und tearing-freier Darstellung. Dieser Umstand war bei DLSS 3.0 schnell behoben, aktuell funktioniert DLSS 3.0 sauber mit Vsync.

Quelle: AMD Die FSR-3-Funktionsweise Bei FSR 3 kann sich das Ergebnis momentan von Spiel zu Spiel und von Grafikkarten-Hersteller zu Grafikkarten-Hersteller unterscheiden. In Immortals induziert Vsync mit AMD-GPUs etwa zusätzlichen Lag und eine unrund anmutende Bildausgabe. Mit Nvidia-Grafikkarten verbessert sich indes das Spielgefühl, allerdings kommt es sporadisch zu Unsauberkeiten bei der Bildausgabe, die Sie sowohl an der Maus spüren, als auch mit dem Auge auf dem Schirm beobachten können. Diese kleinen Unsauberkeiten wirken ein wenig wie ein sehr milder Rubberbanding-Effekt. In Forspoken verstärkt Vsync bereits vorhandene Frametime-Spikes, die vereinzelt in milder Form während des Traversals auftreten, merklich. Die Frame-Locks - bei zugeschaltetem FSR 3 nun statt 60 und 120 Fps erhöht auf 120 und 240 Fps - funktionieren dagegen gut, das Frame-Pacing ist sauber. Zumindest mit Radeon-Grafikkarten, bei Nvidia kommt es gelegentlich kleineren, gefühlten Unregelmäßigkeiten.

Quelle: PC Games Hardware Immortals of Aveum mit FSR 3 - Es gibt Probleme beim Auslesen der Mess-Daten. Tools wie CapframeX zeichnen die Frametimes auf, BEVOR(!) diese durch FSR 3 aneinander angepasst respektive "gepaced" wurden.

Nicht die Messwerte an sind nicht inkorrekt, sie wurden allerdings für FSR 3 an inkorrekter Stelle aufgegriffen.

Auf die Durchschnitts-Fps hat dies keine Auswirkungen, diese sind korrekt. Wohl aber auf die Frametimes und die Percentile: Diese bilden die Berechnungs- und Generierungszeiten ab, nicht aber, wie die berechnete und erzeugte Frames aneinander angeglichen und erst darauf an Ihr Display gereicht werden. Die Werte spiegeln also nicht das wider, was FSR 3 tatsächlich ausgibt. Wie genau sich ein Spiel mit FSR 3 verhält, kann wiederum der Entwickler bei der Implementation entscheiden. Sie können etwa festlegen, ob sie die Bildraten frei laufen lassen, mittels "Tearing allowed" Bildrisse erlauben, wenn die Monitorfrequenz überschritten wird oder nicht. Falls nicht, werden die Frames nach Berechnung und Erzeugung an die Display-Refreshrate angepasst - im Grunde ähnlich Vsync, oder ob sie AMDs integrierte Swap Chain nutzen. Es gibt also unterschiedliche Herangehensweisen und tatsächlich unterscheidet sich auch der FSR-3-Algorithmus, je nachdem, ob Sie Vsync nutzen oder nicht. Die FSR-3-Erfahrungen können sich also unterscheiden, je nachdem, welche Grafikkarte, welches Display Sie in welchem Spiel mit oder ohne Vsync nutzen. Der Wichtigste, der ausdrücklich gravierendste Punkt bei der FSR-3-Frame-Generation ist allerdings und ausdrücklich von AMD kommuniziert, die Art und Weise, wie und ob Sie FSR 3 mittels Vsync oder Frame-Limit begrenzen. AMD dazu selbst:

"Bei Verwendung der AMD FSR 3-Swapchain sind die aktivierten und deaktivierten VSync-Modi die Hauptunterscheidungsmerkmale hinsichtlich der Frame-Pacing. Wenn VSync aktiviert ist, hängt die Taktung von der erwarteten Bildwiederholfrequenz des Monitors ab und stellt Spielbilder so schnell dar, wie es sinnvoll ist - da der Monitor letztlich hinter den Kulissen konsistent zu den Bildern in der Warteschlange wechselt. Ein Spiel, das AMD FSR 3 in dieser Konfiguration verwendet, zeigt ein "Zick-Zack"-Muster in den Frametime-/Present-to-Present-Graphen. Dies ist zu erwarten. Es gibt genauere Möglichkeiten, Frames über die Anzeigepipeline zu einem Monitor zu untersuchen als Present-Present. Das Spielerlebnis in diesem Modus wird aufgrund seines konsistenteren Timings empfohlen - in Kombination mit einem spielseitigen Frame-Time-Limiter, der auf die halbe Bildwiederholfrequenz eingestellt ist, ist es ein qualitativ hochwertiges Spielerlebnis."

(Anmerkung: Present ist, wenn das gerenderte Bild auf dem Bildschirm erscheint. Present-to-Present bezeichnet also die Bildausgabe auf dem Monitor, während die Frametime die Berechnungzeit des Bildes ausdrückt.)

"Wenn VSync deaktiviert ist, wird der Algorithmus komplizierter. Es gibt Methoden für den Fall, dass das Rendern CPU-begrenzt oder GPU-begrenzt ist und wenn das ALLOW_TEARING-Flag verwendet wird. Um die meisten "Frames" zu erhalten, kann VSync im Allgemeinen auf Monitoren mit niedrigerer Bildwiederholfrequenz mit gesetztem ALLOW_TEARING-Flag deaktiviert werden. Es kommt zu Bildschirmrissen, aber die FPS-Zähler sollten eine höhere Bildrate als die des Displays widerspiegeln.Wenn VSync deaktiviert ist, werden im Frame-Pacing-System mehr Warteereignisse verwendet, um das aktuelle Timing aufrechtzuerhalten. Dies sollte zu einem glatteren Frame-Zeit-Diagramm führen und nicht zu einem Zickzack, wenn VSync aktiviert ist. Allerdings wird das Spielerlebnis bei Verwendung von Monitoren mit geringer Bildwiederholfrequenz davon wahrscheinlich nicht profitieren." [AMD]

Wie genau funktioniert FSR 3 in der Praxis? Bei unseren Testspielen Immortals of Aveum und Forspoken - das jüngst erschienene Lords of the Fallen hat leider bislang keinen Support für FSR 3 erhalten, trotz Ankündigung vor dem Launch - funktionierte FSR 3 bereits gut. Lesen Sie auf der zweiten Seite des Artikels weiter, es lohnt sich.

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FSR 3 und die Fluid Motion Frames im Test: AMDs Frame Generation und ein potenzielles Killer-Feature für Radeons Die ersten Spiele mit FSR 3 sind da. Doch noch interessanter als die auf allen Grafikkarten nutzbare Frame-Generation, die Entwickler nun als Alternative zu Nvidias DLSS 3.0 in Spiele integrieren können, sind AMDs Fluid Motion Frames oder (A)FMF. Mit diesem Radeon-Feature können AMD-Nutzer selbst eine Frame Generation in prinzipiell jedes Spiel integrieren. Wir schnappen uns den aktuellen Preview-Treiber und testen die neuen Features.

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1. Seite 1 FSR 3: die Theorie
2. Seite 2 FSR 3 in der Praxis
3. Seite 3 Benchmarks: Fluid Motion Frames