Teknikstund: 4K UHD i 144 Hz utan kompromisser kommer dröja

Att köra 4K UHD i 144 Hz utan subsamplade färger är idag omöjligt. Problemet ligger dock inte hos grafikkorten, utan det saknas teknik som ger tillräckligt med bandbredd för bildsignalen.

Skärmar med 4K-upplösning och som kör 144 Hz är nu verklighet och än fler modeller är på väg. Men ingen av dem kan köra en bildsignal i 4K och 144 Hz utan att ta till kompromisser som reducerade färger. Ska du dessutom använda HDR utan färgreduktion är det idag 98 Hz som är högsta möjliga frekvens för 4K-skärmar.

Begränsningen beror på att dagens Displayport inte räcker till. Det finns helt enkelt inte tillräckligt med bandbredd för att överföra den bildsignalen som krävs.

DSC08608.jpg

Geforce RTX 2080 Ti är inte tillräcklig för 4K och 144 Hz i full färgupplösning ska fungera. Än mindre så med HDR-bild.

Så nej – kompromissen beror inte på skärmarna. Kompromissen beror heller inte på grafikkorten. För inte ens ett Nvidia Geforce RTX 2080 Ti klarar av att trolla och visa bild bortom hur Displayport-standarden fungerar. Och det kan dröja länge innan vi har en ny standard.

Om nu inte HDMI 2.1 seglar fram som ett alternativ under 2019. Den praktiska lösningen på detta problem kan dock dröja flera år. Det har historiskt sett dessutom dröjt flera år från att specifikation släpps tills tekniken slår igenom på bred front.

Mer och detaljerad läsning i ämnet

Artikeln är ett komplement till Guiden om Pixelklockan och vad som krävs i fråga om bandbredd för att skicka en viss bildsignal. Den artikeln är uppdaterad för det som blivit aktuellt i och med lanseringar av nya skärmar i år och nästa år. Bildanslutningar del 1 – Pixelklockan

Innehållet i artikeln bygger till stor del också på deltest 3 av Asus PG27UQ där vi gick igenom hur detta påverkade den skärmen mer specifikt. De begränsningar som konstateras i fråga om bandbredd och bildsignal är lika aktuella för alla kommande högupplösta skärmar vilka kör i högre frekvenser och med HDR.

Problemet ligger alltså i att Displayport har en grundläggande högsta bandbredd som är för låg för att driva skärmarna fullt ut i 4K-upplösning och med höga frekvenser. HBR3, High Bit Rate 3, vilken är den högsta överföringshastigheten över Displayport, räcker till max 32,4 gigabit. Den hastigheten kom alltså med Displayport 1.3-specifikationen som blev färdig i september 2014.

4K UHD: Kapaciteten för HBR3 (32,4 Gbps) i Displayport 1.3/1.4

Frekvens

Färgdjup

RGB

YCbCr

HDR

82 Hz

12-bit

Ja

4:4:4

Ja

98 Hz

10-bit

Ja

4:4:4

Ja

120 Hz

8-bit

Ja

4:4:4

Nej

120 Hz

12-bit

Nej

4:2:2

Ja

144 Hz

10-bit

Nej

4:2:2

Ja

En hastighet på 32,4 gigabit motsvarar en pixelklocka för bildsignalen om cirka 1 080 MHz, vilket kan jämföras med de 600 MHz (18 Gbps) som används inom HDMI 2.0 och de 300 MHz (9 Gbps) som fortfarande är praktisk gräns på Intels integrerade grafikkretsar. Displayport har länge haft mycket högre kapacitet jämfört med HDMI, vilket också har en viss ironisk överton.

Detta då denna mot HDMI överlägsna bandbredd tidigare har aldrig använts av skärmar. Men nu när bandbredden verkligen krävs i bildsignalen räcker Displayport ändå inte till – och kan dessutom bli trumfat av HDMI 2.1.

Då behövs 10 bitar och RGB-signal

För datorgrafik vill du använda RGB-format eller åtminstone näst bäst YCbCr 4:4:4 vilket innebär full färgupplösning. Reducerade färger, chroma subsampling, likt YCbCr 4:2:2 och 4:2:0 har försämrande effekt på datorgrafik, något vi går igenom här. För HDR behöver du också 10 bitars färgdjup för att undvika problem med för få nyanser i bilden.

Fram till att den första generationen av 4K/144 Hz-skärmar nu dök upp under 2018 har det sedan 2014 aldrig använts så hög bandbredd över Displayport. De flesta modeller på marknaden kräver kring 18 till 20 gigabit per sekund.

De facto-gränsen har länge legat på 600 MHz/18 Gbps-nivån, alltså HDMI 2.0-specifikationen. Undantagen har varit ett fåtal G-Sync-skärmar som klivit lite över 600 MHz-gränsen, till exempel för 2 560 × 1 440 pixlar i 165 Hz och 3 440 × 1 440 pixlar i 120 Hz.

hdmi_cable_trans.png

HDMI 2.1 seglar upp som en tänkbar lösning

I november 2017 spikades HDMI 2.1-specifikationen efter flera års arbete. Redan i slutet av 2016 stod det klart att 48 Gbps är en önskad bandbredd eftersom det räcker till 4K-upplösning i 120 Hz med 10-bitars HDR (eller 8K/30 Hz med 10-bitars HDR) Det rimmar mer med vad som krävs för digital video. Detta motsvarar en pixelklocka om 1 600 MHz.

4K UHD: Övre kapaciteten för HDMI 2.1 (48 Gbps)

Frekvens

Färgdjup

RGB

YCbCr

HDR

120 Hz

12-bit

Ja

4:4:4

Ja

144 Hz

10-bit

Ja

4:4:4

Ja

180 Hz

8-bit

Ja

4:4:4

Nej

Den här övre bandbredden i HDMI 2.1 är betydligt mer användbar även för datorgrafik då vi verkligen kan nå 144 Hz och inkludera HDR. Samt nå 180 Hz om vi skippar HDR.

Vad är då kruxet? HDMI 2.1 är fortfarande en pappersspecifikation. Produkter som använder den högre bandbredden existerar ännu inte. Även om 2019 väntas blir året där HDMI 2.1-funktioner smyger in i produkter likt TV-apparater är det fortfarande en väldigt öppen fråga om hur högt de når i bandbredd. Behovet att köra 4K/144 Hz är på TV-sidan inte alls efterfrågat på samma sätt som för datorskärmar.

DSC använder destruktiv kompression

VESA har en tänkbar – eller kanske otänkbar – lösning i form av DSC, Display Stream Compression, som ger upp till 3:1-destruktiv kompression på en nivå som är ”visuellt acceptabel”. DSC finns med Displayport 1.4-standarden och är i alla fall en möjlig lösning eftersom bandbreddskravet mer än halveras jämfört med den ursprungliga bandbredden. En reduktion som till stor del alltså baseras på att bildinformation kastas bort.

dsc_algoritm.png

Översikt över algoritmen för DSC, Display Stream Compression.

Det som talar emot DSC är att det i första hand framställs som en lösning för skrivbordsgrafik, foto och rörlig bild, främst då video i krävande hög upplösning likt 8K – och med låga frekvenser som 24 och 30 Hz. Det finns inga besked för hur det fungerar med snabba spel 144 Hz. Tekniken för DSC finns i grafikkorten, likt Nvidias RTX-serie. Funktionen finns dock ännu inte i någon skärm och det är därför en helt öppen fråga om detta nu är en tänkbar lösning för spelskärmar.

Thunderbolt 3 kör Displayport 1.4

Thunderbolt 3 kan enligt specifikation överföra uppemot 40 Gbps vilket förstås är mer än de 32 Gbps som kommer med HBR3 i Displayport. En marginal för 4K UHD i 144 Hz utan reducerade färger. Värt att tänka på är att Thunderbolt är en generell överföringsteknik. När Thunderbolt används för bildsignal skickas en "muxad" Displayport-signal, alltså en signal som i bästa fall följer den HBR3-hastighet om 32 Gbps vi redan konstaterat inte räcker till. Så nej, Thunderbolt 3 löser inget här.

tb3_cable.jpg

Thunderbolt 3 kör Displayport för bildsignalen, vilket alltså inte löser något.

Vad händer nu?

På pappret är HDMI 2.1 alltså den enda teknik som i skrivande stund (oktober 2018) kan överföra en signal med tillräcklig bandbredd för 4K UHD i 144 Hz med full färgupplösning och även med HDR. På pappret alltså. För den utökade bandbredden i HDMI 2.1-specifikationen har ännu inte realiserats i produkter och det är oklart om tekniken under 2019 ens når så långt som 48 Gbps.

För Displayport har det från VESA:s håll länge talats om en förändring och en möjlig version 1.5, men inget har ännu dykt upp där. Ett tänkbart tillfälle är under CES-mässan i januari 2019.

När en nyare och bättre specifikation finns måste tekniken också hitta in i såväl skärmar som i grafikkort. Tillverkare måste bekanta sig med det nya och kretstillverkare måste gå tillbaka till ritbordet igen och ta fram nya kretsar. Kretsar som måste hitta in i nya skärmar och förstås också nya grafikkort. En process som alltså kan dröja flera år. Innan så sker är det gränserna beskrivna ovan som gäller tills vidare.

Kommentarer till artikeln

92 debattinlägg

Skicka en rättelse
I samarbete med AOC
14

Klumpig medlem vinner gamingskärmen C24G1 från AOC

I AOC:s senaste tävling ombads SweClockers medlemmar att dela med sig av sina klumpigaste ögonblick, och nu har en olycksfågel valts ut att kamma hem en splitter ny gamingskärm. Läs mer

40

Valves debutspel Half-Life fyller 20 år

Idag är det 20 år sedan Valve lanserade Half-Life, vilket blev startskottet på företagets framgångar och lade grunden för moderna förstapersonsskjutare. Läs mer

11

Galleriet: Retroosande dator av "pa1983"

Retrofantasten "pa1983" är tillbaka med ett nytt galleri, där han visar ett bygge med komponenter daterade sent 1990-tal, såsom AMD K6-2+ och Voodoo2. Läs mer

33

Nvidia Geforce RTX-serien "Turing" under 5 000 kronor dröjer till år 2019

Månader med överlager av grafikkretsar ur generationen Pascal är på väg att nå vägs ände, något som ytterligare talar för att mer prisvärda Turing-grafikkort dröjer till nästa år. Läs mer

15

Crysis systemkrav svårast i SweClockers quiz om memes

Förra veckans quiz fokuserade på memes av olika slag, och svårast var något oväntat en hårdvarufokuserad fråga om systemkraven för Crysis från 2007. Läs mer

183

Forumet: Vad tycker du om Black Friday?

Inför hysterin kring Black Friday reflekterar Edin över fenomenet, med blandade känslor. Hur känner du för dessa readagar och kan SweClockers gemenskap göra något för att förändra? Läs mer

16

Louqe Ghost S1 landar hos svenska kunder

Väntan lider mot sitt slut för de entusiaster som beställt omtalade datorlådan Ghost S1. Medlemmen "berges" är en av de första att få hem ett exemplar, och givetvis bjuds det på bilder i galleriet. Läs mer

40

Inför Black Friday – hitta rätt bärbar speldator

Suktar du efter en bärbar speldator under Black Friday och behöver tips om vad du ska kolla efter? Jacob och Andreas intar studion för att ge vägledning i rea-djungeln! Läs mer

82

Quiz: Doge, Nyan Cat och andra memes

Temat för veckans quiz på SweClockers är något utöver det vanliga, då siktet ställs in på memes av olika slag. Läs mer

25

AMD Ryzen 7 3700U listas i databas – nästa generations Ryzen för bärbara datorer

I databasen för prestandatestet Userbenchmark dyker Ryzen 7 3700U upp, vilken tillhör nästkommande generations Ryzen-processorer för bärbara datorer. Läs mer