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Full Screen Antialiasing (FSAA) ist ein Feature welches von modernen GPU’s (Graphic Processor Units) angeboten wird. Es wird von OpenGL (auf Windows auch Direct 3D) Applikationen angesprochen.

Im Zuge von Einbrüchen der Frameraten von OpenGL Programmen auf KDE 4.2 Desktops hatte ich mir Antialiasing (AA) mal genauer angeschaut.

Es gibt prinzipiell 3 Möglichkeiten, welches FSAA zum Einsatz kommt.

1. Das Programm setzt AA. Im OpenGL Kontext erfolgt dies durch glEnable Methoden (Parameter sind bspw.: GL_POLYGON_SMOOTH, GL_MULTISAMPLE…) oder durch ARB Erweiterungen, z.B.  GL_NV_framebuffer_multisample_coverage
2. Eine Umgebungsvariable setzt AA: __GL_FSAA_MODE
3. Die Steuerzentrale des Grafiktreibers (oben: nvidia-settings) steuert das AA Verhalten,wobei zuerst ausgewählt werden kann ob die Programmseitige Einstellungen überschrieben, unberührt bleiben oder „ergänzt“ werden soll (nicht unter Mac OS X verfügbar)

Auf einer nVIDIA 8600M GT GPU, sind bspw. folgende __GL_FSAA_MODE Werte zulässig:

    Names for valid 'FSAA' values:
       0 - Off
       1 - 2x (2xMS)
       5 - 4x (4xMS)
       7 - 8x (4xMS, 4xCS)
       8 - 16x (4xMS, 12xCS)
       9 - 8x (4xSS, 2xMS)
      10 - 8x (8xMS)
      12 - 16x (8xMS, 8xCS)

Die verschiedenen Techniken von AA sind:

• Supersampling (SS)
• Multisampling (MS)
• Coverage Sampling (CS, nVIDIA Erweiterung)
• Alpha Blending

Die Verwendung von AA benötigt aber nicht nur mehr Rechenleistung sondern auch mehr Video Speicher (VRAM), da einfache Pixels nun genauer (x-fach) aufgelöst werden.

Den Effekt sieht man schön bei eine Benchmark der Phoronix-Test-Suite – glmark

Neben dem offensichtlichen Unterschied der Frameraten zwischen dem Benchmark auf IceWM und KDE 4.2 sieht man schön den Performanceabfall, bei höherwertigen AA Einstellungen.

Interessant wird es wenn der gleiche Benchmark auf dem gleichen System mit höherer Auflösung (jetzt: 1680 x 1050 px.) gefahren wird.

Auf einmal bricht die Framerate schon beim Übergang von 2fach Multisampling zu 4MS ab. Ein eindeutiger Hinweis, dass der originäre Videospeicher nicht mehr reichte und der Grafiktreiber auf das herkömmliche RAM ausweichen musste, wass deutliche Latenz ins Spiel brachte.

Der Ausreisser unter KDE 4.2, bei dem die höchste Performance bei bester AA Einstellung suggeriert wird, ist darauf zurückzuführen, dass der KDE Windowmanager (kwin) wegen Überlastung, eine eigene Einstellung von AA wählte und die Einstellung von nvidia-settings überschrieb.

Auf einem MacBook Pro mit einer NVidia 8600M GT Karte die über 128MB VRAM verfügt zeigt das Linux Tool seltsamerweise immer 512MB an.

Auf der  NVIDIA 8600 Tech-Specs Seite kann man auch den Grund erfahren. Es handelt sich hierbei um NVIDIA® TurboCache™ Technology

Hierbei wird dem dezidiertem Videospeicher zusätzlich dynamisch Systemspeicher zugefügt. Man kann davon ausgehen, dass diese Technik nicht in den von Apple angepassten NVIDIA Treibern des MAC OS X Betriebssystem vorhanden ist.  Das würde dann auch die wesentlich bessere Performance der Graphikkarte unter Linux auf einem MacBook Pro erklären.

Wer ein MacBook Pro hat und darauf 3D Spiele spielt sollte den folgenden Beitrag definitv lesen!

Ich hatte schon seit längerem das Gefühl, dass 3D Anwendungen auf Linux mit den NVidia Treibern wesentlich besser laufen als auf Mac OS X. Das Gefühl musste jetzt mal gemessen werden und zwar mit dem Benchmark von X-Plane 8. Zuerst die Rahmenbedingungen:

• MacBook Pro (Santa Rosa) Intel CoreDuo 2 2.2GHz, 2GB (PC5300), NVidia 8600M GT 128MB
• Mac OS X 10.5.2 mit letzen Patches, TFT 1440×900 (24bit)
• Linux 2.6.24, KDE 3.5.9, NVidia Treiber 169.12, TFT 1440×900 (24bit)
• X-Plane 8.64, volle Auflösung, texture resoluton high, anti-alias level 2, alle Einstellungen synchron auf Mac OS X und Linux

gemessen wurde mit den Runstring –fps_test=123 (3 digit number bestimmt gewisse Grafikeinstellungen).
Unter Linux mit:

./X-Plane-i586 --fps_test=123

Unter Mac OS X:

/Applications/X-Plane\ 8.64/X-Plane\ 864.app/Contents/MacOS/X-Plane --fps_test=123

(Leider kann man unter Mac OS X keine Runstrings – ausser einem Dateinamen – dem open Kommando mitgeben)

Unter beiden Systeme wurde 3mal gemessen und dann gemittelt. Hier die Werte für die 3 Phasen die X-Plane ausgibt.

System	Phase 1 [fps]	Phase 2 [fps]	Phase 3 [fps]
Mac OS X	4	9	9
Linux	8	33	34

Die Flugsimulation läuft tatsächlich mehr als 3mal schneller unter Linux! Sicherlich hängt es mit dem Treiber zusammen, welcher unter Mac OS X direkt mit dem Betriebssystem ausgeliefert wird, während unter Linux der Original NVidia Treiber installiert werden kann.
Dieser verfügt natürlich auch über eine Temperaturkontrolle die die Karte ab einem Threshold drosselt. Während des Benchmarkes fuhr NVidia’s PowerMizer sofort in den höchsten Performance Level 3 (470 MHz GPU,635 MHz VRAM).

Weiterhin fuhr ich auf diesem Rechner unter Linux noch den Benchmark von X2-The Threat:

Testlauf 1: 34.086 fps
Testlauf 2: 33.947 fps

Leider kann ich diese Werte nicht direkt vergleichen, da X2 auf Mac OS X nur auf PPC läuft. Die Werte erscheinen aber ebenso hervorragend, wenn man mal X2 auf einem PPC-Mac sieht.