【IT168评测中心】在前段时间我们在测试Quadro系列显卡性能的时候，出现过SPECviewperf性能过低的情况，现在我们知道这种情况是和一个“垂直同步”的选项相关的，不过，其背后的故事没有这么简单。

SPECviewperf 10：基于OpenGL的专业3D性能基准测试程序

　　实际上，垂直同步影响到性能不仅仅是在SPECviewperf下，其它程序上也有类似的情况。SPECviewperf是SPEC（Standard Performance Evaluation Corporation）的一个专业3D性能基准测试程序，它基于OpenGL（GL：Graphics Library），OpenGL是专业绘图领域常用的一种接口。这实际上，在Windows XP系统下，垂直刷新同步的影响对所有的OpenGL应用都会生效。

开放的图形接口：OpenGL

　　要搞清楚这个问题，要先从操作系统的驱动模型讲起，在Windows XP里面，OpenGL ICD（installable client driver）驱动直接与GPU硬件层会话，直接操控硬件并掌握所有的底层功能，如内存管理等也包揽在内。

Windows XP的Direct3D/GDI驱动架构

　　在XP中，3D窗口对于系统来说就像是在桌面上开了一个洞——因为通常的2D窗口使用的是GDI（Graphics Device Interface，图形设备接口，负责系统与绘图程序之间的信息交换，处理所有Windows程序的图形输出），如Direct3D和OpenGL都是用了独立的输出路径。

以ATI为例的Windows XP驱动模型

　　在Windows XP中，Direct3D、OpenGL、GDI三种图形接口都需要厂商提供驱动程序来进行处理，并且，最终的混合工作也是由其负责——整个系统的显示速率都由驱动来控制。垂直同步的功能亦然。

NVIDIA驱动中的Vertical sync垂直同步选项

　　Vertical sync垂直同步是涉及到显卡和显示器的一个概念。在CRT显示器中，显示器上的所有图像都是一线一线的扫描上去的（无论是隔行扫描还是逐行扫描），因此显示器都有2种同步参数——水平同步和垂直同步。其中，水平同步信号决定了显示器画出一条横越屏幕线的时间，垂直同步信号决定了显示器从屏幕顶部画到底部，再返回原始位置的时间。换句话说，我们可以将垂直同步的数值理解为CRT显示器的刷新率。

　　刷新率只是次要，垂直同步的重要作用是确保显示区域处于空白、可刷新状态，这样才可以充填显示内容。在不同步的情况下会发生同时渲染多个不同的帧的情况，它会引起画面“撕裂”等各种不自然的情况。对于CRT和LCD来说都是一样。

　　在WIndows XP的驱动模型下，当开启垂直同步时，显卡渲染完成某一图像之后，在没有垂直同步信号到达前，显卡无法绘制下一帧，这自然限制了SPECviewperf的性能。而在关闭垂直同步的情况下，图像是能多快就多快地声称。实际上，SPECviewperf是要求在Windows XP下关闭垂直同步的。

　　在拨开垂直迷雾 榨干Quadro显卡最终性能里，我们测试了Windows XP Professional x64系统下的垂直同步选项的影响。Windows XP Professional x64系统和Windows XP Professional x86并不是基于相同的代码树，它基于Windows Server 2003 x64，不过，同样为XP系统，它们的大架构确实是一样的，如驱动模型，如垂直同步的作用方式。

SPECviewperf 9

SPECviewperf 10：开启垂直同步

SPECviewperf 10：关闭垂直同步

SPECviewperf 10：关闭垂直同步

SPECviewperf 10：关闭垂直同步

　　可以看出明显的差别。

　　到了Windows Vista下，情况又有所不同：微软在Vista中引入了新的Aero桌面UI和全新的显示驱动模型，不仅极大地改变了用户体验，对与OpenGL的内在影响也非常巨大。Vista是原生支持OpenGL的，这对微软来说是一个巨大的改变。

　　Windows Vista的一个重要特性是Aero用户界面，它提供了透明度、混合等窗口功能，以及动画图标、程序画面预览等特性，实际上，Aero本身就是一个3D应用程序，它需要GPU具有一定的3D能力并和其紧密集成。Windows Vista通过DWM（Desktop Window Manager，桌面窗口管理器）来提供Aero的底层支持。

OpenGL、Direct3D与DWM：Windows Vista的驱动模型

　　为了得到最终的合成桌面，所有窗口的3D内容（OpenGL或Direct3D）都要发送到DWM，由DWM混合得到最终的显示画面。DWM下，GDI不再提供硬件加速，而是通过CPU来完成）。Windows Vista同时提供了一个新的显示驱动模型来支持新的变化（使Direct3D和OpenGL处于对等的地位），新的WDDM（Windows Display Driver Model），或者叫做LDDM（Longhorn Display Driver Model）将会在Aero打开的时候提供3D窗口混合功能（无论是使用Direct3D还是OpenGL接口）。

Windows Vista下的WDDM驱动模型

　　WDDM提供了一个由Thunk Layer组成的防火墙，它这提高了系统整体的稳定性。在以往（如XP下），驱动程序直接与GPU硬件层会话，并掌握诸多底层功能，这很容易引起问题，现在由显卡驱动带来的问题不太容易影响到整个系统（当然，问题还是有的）。此外，WDDM还改变了图形API的工作方式，以往如显存等资源由驱动程序控制，现在则统一交给操作系统管理，又比如在多个程序运行时，OpenGL ICD可以为每个程序都提供最大的材质存储空间，并且由Vista负责分配资源和管理调度，从而提高系统资源的整体利用效率。当然，由于每个程序都配置了独立的显存，这样内存占用会有所增加。

停止响应的显示驱动程序

　　由于Vista管理着提供给内核层的显示命令缓冲区，因此现在可以通过OS检测显卡故障，通过Vista的TDR（Timeout Detection and Recovery，超时检测恢复）功能，若一个显示命令2秒内得不到执行，那么Vista就会重置图形芯片和恢复显卡驱动。并进行如图上的提示。

　　现在Vista下，DWM管理着最终的输出效果，驱动程序已经无法直接对最终输出的桌面进行操作，而代之的是一个输出队列。每一个程序都具有自己的输出缓冲区，如下图所示，实际上Aero就是将所有窗口的提交的最终画面通过3D变换再输出：

Aero效果；Alt-Tab的任务切换效果类似

　　新的DWM模型对OpenGL，或者说，对我们的SPECviewperf有什么影响呢？

　　它影响了OpenGL垂直同步的工作形式。在以往，垂直同步影响着显卡生成内容的速率，这影响了OpenGL应用的性能，而现在在Vista下，所有的应用程序之间都是“垂直同步”的，因为如果不同步的话，不同帧率的应用程序会非常容易出现各种画面异常。在画面生成速率快过显示刷新率的情况下，有两种方法可以得到正常的画面效果：

　　第一种方法是限制窗口内容刷新速率为显示刷新率，实际上就是强制开启垂直同步。第二种方法是只显示在同步信号到达的那一帧，并丢弃所有其他的帧，这种方法的好处是不会限制住应用程序生成图像的速度，因为并不是所有生成的图像都会显示出来。Windows Vista DWM实现了后面的那种方法。

Vista下的SPECviewperf：开启DWM和Aero，垂直同步选项不再重要

　　基于架构上的改变，垂直同步的意义在XP上和Vista上就显得很不同，在XP上，打开垂直同步将会限制内容生成的速率，在Vista上，打开垂直同步不过是限制了画面刷新的速率，显卡尽可能快地生成了图像，只不过只有对应的帧才会显示出来。也就是说，在Vista下测试3D性能的时候，你不需要像XP那样特地关闭垂直同步。只有在需要进行XP和Vista对比的时候，你才需要关闭DWM（从而也关闭了Aero效果）。这个情况并不符合实际用户的情况：大部分用户都使用DWM和Aero。对于Vista来说，关闭DWM的测试是没有意义的，也不符合SPECviewperf的目标：得出真实环境下的图形性能。

（完）