在前段時間我們在測試Quadro系列顯示卡性能的時候，出現過SPECviewperf性能過低的情況，現在我們知道這種情況是和一個“垂直同步”的選項相關的，不過，其背後的故事沒有這麼簡單。
SPECviewperf 10：基于OpenGL的專業3D性能基準測試程式
實際上，垂直同步影響到性能不僅僅是在SPECviewperf下，其它程式上也有類似的情況。SPECviewperf是SPEC（Standard Performance Evaluation Corporation）的一個專業3D性能基準測試程式，它基于OpenGL（GL：Graphics Library），OpenGL是專業繪圖領域常用的一種接口。這實際上，在Windows XP系統下，垂直重新整理同步的影響對所有的OpenGL應用都會生效。
開放的圖形接口：OpenGL
要搞清楚這個問題，要先從作業系統的驅動模型講起，在Windows XP裡面，OpenGL ICD（installable client driver）驅動直接與GPU硬體層會話，直接操控硬體并掌握所有的底層功能，如記憶體管理等也包攬在内。
Windows XP的Direct3D/GDI驅動架構
在XP中，3D視窗對于系統來說就像是在桌面上開了一個洞——因為通常的2D視窗使用的是GDI（Graphics Device Interface，圖形裝置接口，負責系統與繪圖程式之間的資訊交換，處理所有Windows程式的圖形輸出），如Direct3D和OpenGL都是用了獨立的輸出路徑。
以ATI為例的Windows XP驅動模型
在Windows XP中，Direct3D、OpenGL、GDI三種圖形接口都需要廠商提供驅動程式來進行處理，并且，最終的混合工作也是由其負責——整個系統的顯示速率都由驅動來控制。垂直同步的功能亦然。
NVIDIA驅動中的Vertical sync垂直同步選項
Vertical sync垂直同步是涉及到顯示卡和顯示器的一個概念。在CRT顯示器中，顯示器上的所有圖像都是一線一線的掃描上去的（無論是隔行掃描還是逐行掃描），是以顯示器都有2種同步參數——水準同步和垂直同步。其中，水準同步信号決定了顯示器畫出一條橫越螢幕線的時間，垂直同步信号決定了顯示器從螢幕頂部畫到底部，再傳回原始位置的時間。換句話說，我們可以将垂直同步的數值了解為CRT顯示器的重新整理率。
重新整理率隻是次要，垂直同步的重要作用是確定顯示區域處于空白、可重新整理狀态，這樣才可以充填顯示内容。在不同步的情況下會發生同時渲染多個不同的幀的情況，它會引起畫面“撕裂”等各種不自然的情況。對于CRT和LCD來說都是一樣。
在WIndows XP的驅動模型下，當開啟垂直同步時，顯示卡渲染完成某一圖像之後，在沒有垂直同步信号到達前，顯示卡無法繪制下一幀，這自然限制了SPECviewperf的性能。而在關閉垂直同步的情況下，圖像是能多快就多快地聲稱。實際上，SPECviewperf是要求在Windows XP下關閉垂直同步的。
在撥開垂直迷霧 榨幹Quadro顯示卡最終性能裡，我們測試了Windows XP Professional x64系統下的垂直同步選項的影響。Windows XP Professional x64系統和Windows XP Professional x86并不是基于相同的代碼樹，它基于Windows Server 2003 x64，不過，同樣為XP系統，它們的大架構确實是一樣的，如驅動模型，如垂直同步的作用方式。
SPECviewperf 9
SPECviewperf 10：開啟垂直同步
SPECviewperf 10：關閉垂直同步
SPECviewperf 10：開啟垂直同步
SPECviewperf 10：關閉垂直同步
可以看出明顯的差别。
到了Windows Vista下，情況又有所不同：微軟在Vista中引入了新的Aero桌面UI和全新的顯示驅動模型，不僅極大地改變了使用者體驗，對與OpenGL的内在影響也非常巨大。Vista是原生支援OpenGL的，這對微軟來說是一個巨大的改變。
Windows Vista的一個重要特性是Aero使用者界面，它提供了透明度、混合等視窗功能，以及動畫圖示、程式畫面預覽等特性，實際上，Aero本身就是一個3D應用程式，它需要GPU具有一定的3D能力并和其緊密內建。Windows Vista通過DWM（Desktop Window Manager，桌面視窗管理器）來提供Aero的底層支援。
OpenGL、Direct3D與DWM：Windows Vista的驅動模型
為了得到最終的合成桌面，所有視窗的3D内容（OpenGL或Direct3D）都要發送到DWM，由DWM混合得到最終的顯示畫面。DWM下，GDI不再提供硬體加速，而是通過CPU來完成）。Windows Vista同時提供了一個新的顯示驅動模型來支援新的變化（使Direct3D和OpenGL處于對等的地位），新的WDDM（Windows Display Driver Model），或者叫做LDDM（Longhorn Display Driver Model）将會在Aero打開的時候提供3D視窗混合功能（無論是使用Direct3D還是OpenGL接口）。
Windows Vista下的WDDM驅動模型
WDDM提供了一個由Thunk Layer組成的防火牆，它這提高了系統整體的穩定性。在以往（如XP下），驅動程式直接與GPU硬體層會話，并掌握諸多底層功能，這很容易引起問題，現在由顯示卡驅動帶來的問題不太容易影響到整個系統（當然，問題還是有的）。此外，WDDM還改變了圖形API的工作方式，以往如顯存等資源由驅動程式控制，現在則統一交給作業系統管理，又比如在多個程式運作時，OpenGL ICD可以為每個程式都提供最大的材質存儲空間，并且由Vista負責配置設定資源和管理排程，進而提高系統資源的整體利用效率。當然，由于每個程式都配置了獨立的顯存，這樣記憶體占用會有所增加。
停止響應的顯示驅動程式
由于Vista管理着提供給核心層的顯示指令緩沖區，是以現在可以通過OS檢測顯示卡故障，通過Vista的TDR（Timeout Detection and Recovery，逾時檢測恢複）功能，若一個顯示指令2秒内得不到執行，那麼Vista就會重置圖形晶片和恢複顯示卡驅動。并進行如圖上的提示。
現在Vista下，DWM管理着最終的輸出效果，驅動程式已經無法直接對最終輸出的桌面進行操作，而代之的是一個輸出隊列。每一個程式都具有自己的輸出緩沖區，如下圖所示，實際上Aero就是将所有視窗的送出的最終畫面通過3D變換再輸出：
Aero效果；Alt-Tab的任務切換效果類似
新的DWM模型對OpenGL，或者說，對我們的SPECviewperf有什麼影響呢？
它影響了OpenGL垂直同步的工作形式。在以往，垂直同步影響着顯示卡生成内容的速率，這影響了OpenGL應用的性能，而現在在Vista下，所有的應用程式之間都是“垂直同步”的，因為如果不同步的話，不同幀率的應用程式會非常容易出現各種畫面異常。在畫面生成速率快過顯示重新整理率的情況下，有兩種方法可以得到正常的畫面效果：
第一種方法是限制視窗内容重新整理速率為顯示重新整理率，實際上就是強制開啟垂直同步。第二種方法是隻顯示在同步信号到達的那一幀，并丢棄所有其他的幀，這種方法的好處是不會限制住應用程式生成圖像的速度，因為并不是所有生成的圖像都會顯示出來。Windows Vista DWM實作了後面的那種方法。
基于架構上的改變，垂直同步的意義在XP上和Vista上就顯得很不同，在XP上，打開垂直同步将會限制内容生成的速率，在Vista上，打開垂直同步不過是限制了畫面重新整理的速率，顯示卡盡可能快地生成了圖像，隻不過隻有對應的幀才會顯示出來。也就是說，在Vista下測試3D性能的時候，你不需要像XP那樣特地關閉垂直同步。隻有在需要進行XP和Vista對比的時候，你才需要關閉DWM（進而也關閉了Aero效果）。這個情況并不符合實際使用者的情況：大部分使用者都使用DWM和Aero。對于Vista來說，關閉DWM的測試是沒有意義的，也不符合SPECviewperf的目标：得出真實環境下的圖形性能。