Пояснено дисплей Samsung з ультра змінною швидкістю оновлення Note20

У серпні 2020 року Samsung випустив новий Note20 Ultra - цікавий пристрій, який ми маємо на нашому оглядовому стенді. Можна з упевненістю сказати, що за останні кілька поколінь у лінійці пристроїв Note не було все настільки захоплююче - телефони зазвичай використовують нові технології кремнію та камери, які були представлені в серії Galaxy S того ж року , а Note враховує свій форм-фактор, лише покращуючи дизайн та досвід роботи з S-Pen. Цьогорічний Note20 Ultra, заснований на нашому тестуванні, також, як правило, дотримується тієї ж формули, але за важливим винятком: Samsung Note20 Ultra, за словами компанії, перший екран мобільної змінної частоти оновлення (VRR) у галузі.

Що таке змінна частота оновлення або VRR

Частота оновлення, у своєму найширшому визначенні, є властивістю, що надається дисплею щодо того, як часто дисплей оновлюватиметься останніми даними, що надходять з графічного процесора. Стандартний дисплей, або на смартфоні, або на моніторі комп'ютера, часто оновлюється зі швидкістю 60 разів на секунду або з частотою 60 Гц, із затримкою між кожним кадром 16.66 мілісекунд. Це 60 Гц - це статична частота оновлення, яка фіксується на термін служби виробу. За останнє десятиліття виробники дисплеїв побудували екрани з різною частотою оновлення залежно від вмісту: для статичного вмісту дисплей може вибрати оновлення з частотою 33.33 мілісекунди або 30 разів на секунду та заощадити енергію; для активного вмісту, такого як відеоігра, якщо гру можна зробити досить швидко, дисплей може оновлюватися з частотою 13.33 мілісекунд (75 Гц) або 11.11 мілісекунд (90 Гц) або 8.33 мілісекунд (120 Гц).

Дисплеї також можна робити з різною частотою оновлення. Залежно від виробу, наприклад простого монітора ПК, можуть підтримуватися як 30 Гц, так і 60 Гц. Ігрові пристрої можуть піти іншим шляхом і запропонувати режими, що працюють на частотах 30 Гц, 60 Гц, 90 Гц і 120 Гц, все на одній панелі. Ці режими можуть бути обрані користувачем або активовані під час запуску певних програм. В ігровій екосистемі вони відомі як дисплеї з високою частотою оновлення.

Де дисплеї зі змінною швидкістю оновлення відрізняються тим, що вони часто можуть підтримувати широкий діапазон затримок кадру на дуже детальній основі. На аркушах специфікацій для цих дисплеїв частота оновлення може бути задана як діапазон, наприклад, "60 - 90 Гц", що означає, що дисплей може підтримувати будь-яке значення між цими двома цифрами. Кращі дисплеї прагнуть підтримувати більші діапазони, однак, коли мова заходить про ринок смартфонів, останнім часом дещо зловживають терміном `` змінна частота оновлення '', оскільки існує два способи реалізації змінної частоти оновлення.

Два методи відомі як:

  • Безшовна змінна швидкість оновлення
  • Перемикання режиму швидкості оновлення

Різниця між ними важлива. На безшовному VRR-дисплеї, як очікується, швидкість оновлення змінюватиметься в залежності від системи. Для дисплея з підтримкою VRR, але без перешкод, він покладається на зміну режиму частоти оновлення між різними значеннями - панель дисплея працюватиме або в режимі “нормального”, або “високої частоти оновлення”, але перемикання між режими не є безперервним процесом. Для цих панелей `` діапазон '' частот оновлення підтримується досить дискретно, наприклад, частки основної частоти оновлення, тоді як безшовний VRR-дисплей призначений для постійної підтримки від стандартної частоти оновлення до високої частоти оновлення з усіма між.

Здебільшого постачальники смартфонів відмовляються від того, кого з цих двох вони використовували, рекламуючи як „змінну частоту оновлення”. Якщо постачальник телефонів заявляє, що підтримує змінну частоту оновлення, це вводить в оману, оскільки до цього часу жоден пристрій не підтримував `` плавну змінну частоту оновлення '', яка перемикається на основі кадру, що, як правило, ми вважаємо справжнім VRR рішення бути. Натомість ці компанії роблять те, що вони використовують частоту оновлення режим перемикання, що є досить важливою відмінністю.

Samsung Note20 Ultra: безшовний VRR

На відміну від цього, Samsung з новим Note20 Ultra стверджує, що досягла бездоганного VRR, і мені було дуже цікаво взяти до рук пристрій і нарешті розкрити, як це реалізовано, і якщо він виконує свої обіцянки.

Починаючи з першого, що користувач може помітити на Note20 Ultra, порівняно з пристроєм S20, це те, що режим його високої частоти оновлення називається «Адаптивний», а не «Високий». Текст опису специфічний тим, що зараз він стверджує, що частота оновлення буде "до" 120 Гц замість того, щоб прямо вказати 120 Гц на пристроях серії S20. Все йде нормально.

Дослідження безшовного VRR

Копаючись у програмному забезпеченні, ми знаходимо деякі ключові вказівки на параметри режиму дисплея Samsung.

I/DisplayManagerService: Display device changed: 
DisplayDeviceInfo{"Built-in Screen": uniqueId="local:19261213734341249", 
1440 x 3088, modeId 1, defaultModeId 1, 
supportedModes [
  {id=1, width=1440, height=3088, fps=60.000004},
  {id=2, width=1440, height=3088, fps=48.0},
  {id=3, width=1080, height=2316, fps=120.00001},
  {id=4, width=1080, height=2316, fps=96.00001},
  {id=5, width=1080, height=2316, fps=60.000004},
  {id=6, width=1080, height=2316, fps=48.0},
  {id=7, width=720, height=1544, fps=120.00001},
  {id=8, width=720, height=1544, fps=96.00001},
  {id=9, width=720, height=1544, fps=60.000004},
  {id=10, width=720, height=1544, fps=48.0}
]

З точки зору програмного забезпечення, ви зазвичай очікуєте, що рекламовані від Samsung режими частоти оновлення від 1 Гц до 120 Гц будуть піддані дії системи, однак це не так, і телефон має ті самі режими роздільної здатності та частоти оновлення, які також були доступні на Серія S20. Як випливає з даних вище, це означає 48 Гц, 60 Гц, 96 Гц і 120 Гц.

Однак ключовою відмінністю серії S20 від Note20 Ultra є те, що режим її швидкості оновлення описується як функціонуючий у “REFRESH_RATE_MODE_SEAMLESS” замість “REFRESH_RATE_MODE_ALWAYS”. У цьому відношенні виглядає так, ніби все працює правильно.

Однак одним із ключових компонентів дисплеїв зі змінною частотою оновлення є режими нижчого оновлення, що допомагають заощадити енергію. Як показано у списку вище, найнижча рекламована частота оновлення становить 48 Гц. Тож я пішов на пошуки.

2020-09-07 19:42:16.764 948-948/? I/SurfaceFlinger: 
  setActiveConfig::RefreshRate: ID=2, Width=1080
2020-09-07 19:42:21.758 948-948/? I/SurfaceFlinger: 
  setActiveConfig::RefreshRate: ID=4, Width=1080

При взаємодії з телефоном можна зрозуміти, коли ОС перемикає частоту оновлення. Що стосується вищезазначеного журналу, я знаходився у веб-переглядачі Samsung на веб-сторінці - ситуація, яку я очікував би мати високу частоту оновлення під час прокрутки, але нижчу частоту свіжості в режимі очікування та плавний, здавалося б, перехід між ними. Коли я постукав по екрану, щоб взаємодіяти з ним і прокрутити, система переключилася на частоту оновлення 120 Гц (представлена ​​з ID = 2). Через чотири секунди він перейшов у режим 60 Гц (відображається як ID = 4). Це насправді досить дивно тим, що насправді це не те, чого ви очікуєте від безперервної реалізації VRR - це, здається, є попередньо встановленими режимами частоти оновлення, вбудованими в операційну систему та інтегрованими з взаємодією користувачів.

Можливо, що ще важливіше, з точки зору часу автономної роботи, ми очікуємо, що перехід на нижчу частоту оновлення відбудеться майже негайно, протягом одного-двох кадрів. 4-секундна затримка, коли телефон перебуває в режимі 120 Гц, а потім переводиться в режим 60 Гц, хоча це і статичний екран, це не те, що ми очікуємо від реалізації VRR, безперебійне чи інше - це повинно відбутися по суті негайно на наступних кадрах будь-якого виду анімації, взаємодії чи руху екрана. Це вимагало додаткового розслідування.

Все зводиться до нової технології панелей

Досліджуючи все далі, і занурившись у драйвери панелі дисплея, ми знаходимо ще кілька згадок і свідчень про новішу технологію панелей Samsung, яку можна знайти в Note20 Ultra. Перш за все, ми маємо підтвердження того, що Samsung називає нову панельну технологію "HOP" - що, як ми вважаємо, означає технологію "Гібридний оксид і полікристалін", яку Samsung дражнила. Це схоже на LTPO (низькотемпературний полікристалічний кремній), але використовує нову технологію задньої плати, яка дозволяє швидше перемикати транзистори, також знижуючи енергоспоживання.

Крім того, ключову особливість Samsung у досягненні нижчої частоти оновлення, схоже, називають “LFD” або низькочастотним приводом. Спочатку це трохи заплутано, оскільки LFD насправді не має жодної взаємодії з реалізацією VRR в просторі користувача. З нашого аналізу видно, що LFD працює лише на рівні драйвера панелі та дисплея (DDIC).

Виходячи з результатів, показаних нижче, режими роботи НЧД демонструють, що він запрограмований на роботу з рекламованими низькими робочими частотами Samsung, аж до 1 Гц. Низькочастотна робота драйвера також, здається, є підрежимом під режимами роботи VRR більш високого рівня, причому це фактичні режими, між якими телефон перемикається більш точно, використовуючи інтерфейс MIPI-DSI.

/* 8. Freq. (60h): frequency in image update case (non-LFD mode),
 HS: 24hz~120hz, NS: 30hz~60hz

 * - 48HS VRR mode:
 *     48hz  : 00 01 : div=2
 *     32hz  : 00 02 : div=3
 *     24hz  : 00 03 : div=4
 *     12hz  : 00 07 : div=8
 *      1hz  : 00 5F : div=96
 *
 * - 48NS VRR mode: turn off LFD
 *
 * - 60HS VRR mode:
 *     60hz  : 00 01 : div=2
 *     40hz  : 00 02 : div=3
 *     30hz  : 00 03 : div=4
 *     24hz  : 00 04 : div=5
 *     10hz  : 00 0B : div=12
 *      1hz  : 00 77 : div=120
 *
 * - 60NS VRR mode:
 *     60hz  : 00 09 : div=1
 *     30hz  : 00 01 : div=2
 *
 * - 96HS VRR mode:
 *     96hz  : 08 00 : div=1
 *     48hz  : 00 01 : div=2
 *     32hz  : 00 02 : div=3
 *     24hz  : 00 03 : div=4
 *     12hz  : 00 07 : div=8
 *      1hz  : 00 5F : div=96
 *
 * - 120HS VRR mode:
 *    120hz  : 08 00 : div=1
 *     60hz  : 00 01 : div=2
 *     40hz  : 00 02 : div=3
 *     30hz  : 00 03 : div=4
 *     24hz  : 00 04 : div=5
 *     11hz  : 00 0A : div=11
 *     10hz  : 00 0B : div=12
 *      1hz  : 00 77 : div=120
 */

Зауваження водія зазначають, що панель Note20 Ultra може «самостійно сканувати», і що для підтримання нижчих частот оновлення частот вона використовує вставки кадрів для незмінного вмісту. Схоже, це базується на фіксованому наборі кратних частот і дільників, тому механізм не здатний довільної частоти оновлення, але має фіксований набір робочих частот нижче максимальних 120 Гц. Це в кінцевому підсумку ставить десь між визначеннями перемикання режимів та безшовними VRR, однак із деталізацією він пропонує широкий спектр частот оновлення для дисплея, ніж майже всі (якщо не всі) смартфони, що сьогодні представлені на ринку.

Однією з проблем (з нашої точки зору) цього механізму LFD є те, що він, здавалося б, повністю прозорий для простору користувача, тому немає хорошого способу перевірити, чи він активний або працює - ОС просто заявляє, що ви перебуваєте на 120 Гц або 60 Гц Режими VRR, однак з LFD зверху фактична частота оновлення може бути різною. Один із способів перевірити це зовні - це просто виміряти кінцевий результат, який нова технологія панелей має принести користувачеві: зниження енергоспоживання. Також тут ми стикаємося з деякими химерностями в реалізації Samsung.

Підтвердження безшовного VRR: Вимірювання енергоспоживання дисплея

Спочатку, коли я взяв у руки Note20 Ultra, я був дещо розчарований, коли результати, які я отримав щодо потужності, нічим не відрізнялися від серії S20 між режимами 60 і 120 Гц. Все виглядало і вимірювалось однаково, з великим покаранням потужності при переході в режим 120 Гц, навіть на статичному вмісті екрану. Це був єдиний сценарій, коли новий механізм VRR мав принести велику користь.

Я звернувся до Samsung Display з цього приводу, припускаючи, що, можливо, Samsung Mobile не впровадив VRR, як рекламується. Спочатку я отримав кілька запитань про умови тесту, серед яких вони також запитали про яскравість навколишнього середовища, що мені здалося дивним.

Звичайно, зміна яскравості навколишнього середовища в моєму офісі / рівня яскравості, який сприймає датчик освітленості телефону, різко змінює поведінку живлення телефону. Ось відео, яке демонструє ефект навколишньої яскравості, регулюючи потужність, що використовується дисплеєм, де я покриваю датчик освітленості блоком.

Під час відображення чисто чорного статичного зображення в додатку Галерея телефону я помітив різку зміну споживання енергії між тим, коли телефон перебуває у яскравішому середовищі, порівняно з тим, коли ви прикриваєте верхню частину пристрою та датчик освітленості.

Детальніше переглядаючи журнали ОС телефону, пристрій намагається постійно активно відслідковувати значення датчика освітленості, навіть у ручній яскравості, і переходить у спеціальний режим, коли відчуває темну обстановку:

Зокрема, схоже, що коли телефон відчуває рівень яскравості навколишнього середовища нижче 40 люкс, це змусить телефон працювати лише в режимах 120 Гц, з додатковим прапором, який також встановлює мінімальну частоту оновлення до 120 Гц. На відміну від цього, при вищій яскравості режим “нормального” режиму роботи має, як видається, мінімум 48 Гц.

Поводження потужності, виміряне на телефоні, тепер, здається, має набагато більше сенсу, і через невеликий момент "D'oh" я також зрозумів, що коли я вперше вимірював пристрій, телефон постійно мав цей прапор низької яскравості, як він вимірював нижче 40 люкс у моєму кабінеті. Виявляється, час доби, коли ви працюєте, і яскравість, де б ви не працювали, тепер впливатимуть на споживання енергії дисплея на вашому телефоні.

Знову вимірюючи базове енергоспоживання телефонів, за різних умов освітлення, ми бачимо перше фактичне підтвердження нових переваг VRR / LFD від Samsung:

Споживання енергії на чорному екрані пристрою (режим літака)

Перебуваючи в темному середовищі, примусово переходячи в режим 120 Гц, енергоспоживання Note20 Ultra не так сильно відрізняється від серії S20 (я все ще не впевнений, чому Snapdragon S20U тут так погано коштує). Це означає, що існує велика сума напруги ~ 180 мВт, яка присутня в будь-який час, навіть на чорному статичному екрані, через 120 Гц. Це покарання випливає із виміряної потужності 640 мВт та 465 мВт у відповідних режимах 120 та 60 Гц.

Коли в трохи яскравіших умовах навколишнього середовища, панелі нарешті дозволяється продемонструвати свої технологічні переваги, і споживання енергії різко падає. У режимі 120 Гц, але з мінімальною частотою оновлення, що встановлена ​​в звичайному режимі "48 Гц", показник потужності падає з 640 мВт до 428 мВт, що є значним падінням на 220 мВт.

Здається, режим 60 Гц також бачить переваги енергоспоживання. У наших тестах споживання енергії падає з 465 до 406 мВт. Це означало б, що справді LFD працює у фоновому режимі і зменшує частоту оновлення панелі до рівня нижче 60 Гц - хоча ми не маємо можливості точно виміряти, наскільки низько вона йде.

Це також залежить від вмісту

Як вже зазначалося, якщо телефон працює в темних умовах, він вимикає `` безшовний '' дисплей зі змінною швидкістю оновлення, а отже, і роботу, яка дозволяє телефону переходити в нижчі частотні режими.

Але це не зовсім правильно за будь-яких обставин.

У наведеному вище фрагменті відео ми бачимо, що пристрій все одно повертається до низької частоти оновлення, поки вміст та яскравість екрана перевищують певний рівень, навіть якщо датчик освітленості вимірює 0люкс.

Проблема полягає в тому, що це не залежить від конкретного рівня яскравості екрана, який може вибрати користувач, або від автоматичної яскравості. Насправді він також покладається на вміст екрану, що впливає на яскравість екрану, оскільки телефон також переходить між переходом назад у низькочастотний режим або перебуванням у високочастотному режимі, що вимагає більше енергії. У цьому випадку механізм частоти оновлення також базується на середньому рівні зображення (APL).

Вплив на час автономної роботи

Виходячи з усього, що ми дізналися до цього часу, виявляється, що тепер у нового S20 Ultra є чотири кути до часу автономної роботи:

  • Встановлено на 120 Гц в опціях користувача, низька яскравість навколишнього середовища (низький люкс)
  • Встановлено 120 Гц в опціях користувача, висока яскравість навколишнього середовища (висока люкс)
  • Встановлено на рівні 60 Гц в параметрах користувача низька яскравість навколишнього середовища (низький люкс)
  • Встановлено 60 Гц в опціях користувача, висока яскравість навколишнього середовища (висока люкс)

Кожен варіант завдяки безперебійній реалізації VRR від Samsung (який є безшовним лише при високій яскравості та / або яскравому вмісті) забезпечить різний рівень автономної роботи. Не забудьте запитати свого улюбленого рецензента смартфона, який саме вони використовують.

Що стосується наших тестів часу автономної роботи, щоб продемонструвати різницю в результатах для Note20 Ultra, я спочатку повернувся до PCMark. Тут ми бачимо неоднозначні результати.

Що стосується абсолютних цифр, телефон не дає чудових результатів - він нижчий за пристрої серії S20. Нічого не варте, що Note20 Ultra має на 10% менше батареї, ніж S20 Ultra, а також інший процесор - новий Snapdragon 865+ у Note20 Ultra є енергоємнішим та менш ефективним, ніж звичайний Snapdragon 865 у S20 Ультра, але обидва ці аспекти - це те, що потрібно висвітлити у повному огляді.

PCMark Work 2.0 - термін служби батареї

Коли мова заходить про різницю в режимі роботи акумулятора між роботою телефону в темному або яскравому середовищі, ми бачимо відмінності, хоча вони дещо невеликі. У режимі максимального оновлення 60 Гц VRR / LFD надає телефону додаткові 4% часу автономної роботи. У режимі 120 Гц ми спостерігаємо більший стрибок на 8.5% під час роботи.

Дивлячись на графік споживання енергії в PCMark в режимах 120 Гц, ми бачимо падіння потужності із середньої величини 1.937 Вт до 1.796 Вт при яскравості екрану 200 кд / м². Єдине, на що слід звернути увагу, - це те, що під час редагування відео в PCMark немає різниці між матеріалами, оскільки результатами роботи є два режими, що не перевищують 21 мВт. На що вказує це, це те, що при більш регулярному вмісті, що не стосується відео, приріст часу роботи акумулятора може бути більшим, ніж те, що зазначене в цьому тесті акумулятора.

Перше враження

В цілому, я думаю, що нові технології дисплея Samsung, такі як VRR і LFD на Note20 Ultra, роблять великий стрибок з точки зору можливостей смартфонів із високою частотою оновлення сьогодні. Однак є дивацтва, і найбільшим негативом тут є той факт, що під певною яскравістю навколишнього середовища Samsung відключає свій VRR.

При яскравості навколишнього середовища в 40 люкс, яка все ще залишається відносно яскравою для внутрішніх випадків, ми можемо бачити VRR відключеним. Користувачі можуть завантажити додаток lux meter прямо для своїх поточних смартфонів і протестувати його навколо середовища, щоб побачити, які сценарії застосовуються, а які ні. Особисто це трохи розчаровує, оскільки найбільшою перевагою реалізації VRR було позбавлення від фіксованого великого покарання потужності в режимі 120 Гц - покарання, яке в абсолютних показниках представляло більший відсоток використання енергії під час використання пристрою з меншою яскравістю. Це порівнюється з умовами високої яскравості екрану, де в енергетичному споживанні переважає потужність яскравості, де покарання 120 Гц представляє менший відсоток загальної потужності, а отже, менший виграш завдяки VRR.

Хороша новина полягає в тому, що Samsung представила технологію, яка, з нашої точки зору, є агностичною щодо програмного забезпечення. Існує певна взаємодія між VRR верхнього рівня на стороні ОС та технологією LFD нижчого рівня на стороні панелі, про що ми хотіли б мати більше розуміння на рівні користувача, однак це приємний технологічний стрибок, який зумовлює звуження покарання за потужність дисплеїв із вищим оновленням, і, в свою чергу, має додатково популяризувати цю функцію.

Тож останнє питання полягає в тому, чому Samsung має це обмеження VRR в умовах недостатнього освітлення? Я звернувся до Samsung Display, щоб з’ясувати, чому існує таке обмеження, але поки що не почув відповіді. Я мав би зауважити, що "підробка" яскравого середовища, просвічуючи світло на датчик світла, не призвела до помітних різниць у якості зображення при будь-якій яскравості - але я впевнений, що там є якийсь кутовий корпус, який призводить до деякої деградації, оскільки інакше я не можу пояснити існування обмеження.

Незабаром ми продовжимо повний огляд Note20 Ultra (Snapdragon S865 +).

Оригінал статті