NVIDIA DLSS（ディープラーニング・スーパーサンプリング）とAMD FSR（FidelityFX Super Resolution）は、一見似たような技術ですが、どちらのグラフィックカードが優れているかという議論の的となっています。FSRがゲームに導入されてから数ヶ月、そしてDLSSがゲームやゲームエンジンで3年以上にわたり増加してきたことで、この2つの技術の比較について、より明確な説明が可能になりました。
両方のテクノロジーをサポートする4つのゲームを選定し、直接比較を行いました。また、各ゲームについてAMD GPUとNvidia GPUをそれぞれ1つずつテストしました。これにより、異なるレンダリングモード間のパフォーマンススケーリングと画質を比較することが可能です。
純粋なパフォーマンス以外にも人生には多くの側面がありますが、GPUベンチマークではパフォーマンスも追跡しています。私たちが本当に求めているのは画質、そしておそらくもっと重要なのは、高フレームレートを達成しながらも画質が保たれることです。DLSSとFSRはこの問題に全く異なる方法で取り組んでいます。比較結果に入る前に、ここで簡単に説明します。
Nvidia DLSSの概要
NVIDIAは、画質を大幅に低下させることなくパフォーマンスを向上させるためにDLSSを開発しましたが、それと同じくらい重要なのは、最新のゲームを低解像度でレンダリングし、その後アップスケールすることで、リアルタイムレイトレーシングなどの機能を主流のハードウェアでより実現可能にする優れた方法を求めていたことです。この目的のため、NVIDIAはRTX 20シリーズGPUにTensorコアハードウェアを追加し、RTX 30シリーズではTensorコアのパフォーマンスを実質的に倍増させました。
テンソル演算はNVIDIAが発明したものではなく、機械学習の分野では以前から使用され、議論されてきました。基本的な考え方は、十分な精度と膨大な計算能力を兼ね備えた専用ハードウェアを開発し、人工知能に関連する学習と推論のプロセスをより効率的に実行できるようにすることです。
RTX GPUはFP16（16ビット浮動小数点）演算を採用しており、RTX 20シリーズの各テンソルコアは64個の個別データを扱うことができますが、RTX 30シリーズGPUは128個のデータチャンクを扱うことができます。また、RTX 30シリーズはスパース性もサポートしています。これは基本的に、ハードウェアがゼロ乗算をスキップすることで実質的にパフォーマンスを2倍にできることを意味します。結果として、RTX 2070はFP16演算で59.7 TFLOPSの潜在能力を持つのに対し、RTX 3070はFP16演算で163 TFLOPSの潜在能力を持つことになります。
このすべての計算能力は、前のフレーム、低解像度の現在のフレームからの入力、および低解像度の画像を高解像度でレンダリングしたように見せる方法をトレーニングした AI ネットワークを使用して、フレームをアップスケールおよび強化するために使用されます。
Nvidiaは4つのDLSSモードを提供しています。品質モードはターゲット解像度の半分でレンダリングし、バランスモードはターゲット解像度の3分の1でレンダリングし、パフォーマンスモードは最終解像度の4分の1でレンダリングし、ウルトラパフォーマンスモードは最終解像度の9分の1でレンダリングします。少なくとも理論上はそうなります。実際には、ゲームによってレンダリング解像度に多少の余裕があるようです。
AMD FSRの概要
AMDのFidelityFX Super Resolutionは、計算量を大幅に削減します。これは、フレームをアップスケールして鮮明化するために設計された後処理アルゴリズムですが、ディープラーニングやテンソルコア、膨大な計算リソースは一切必要としません。基本的には、空間アルゴリズム（現在のフレームのみを参照）を使用して画像をアップスケールし、エッジ検出とシャープニングフィルターを適用して全体的な外観を向上させます。より正確に言えば、エッジ検出機能を備えたLanczosアップスケールです。
DLSSほど印象的ではないかもしれませんが、FSRには確かに大きな利点があります。最大のメリットは、比較的新しいGPUであればほぼすべてFSRで動作することです。Intel UHD 630、RX 500シリーズに遡るAMD GPU、そしてGTX 900シリーズ以降のNvidia GPUでテストしましたが、すべてで動作しました。また、FSRはオープンソースであるため、誰でも自由に採用したり、改変したりすることができます。
FSRアルゴリズムは基本的に、すべての最新GPUに搭載されているシェーダーを使用して、高負荷の処理を行います。DLSSと同様に、一般的に利用可能なモードは、ウルトラクオリティ、クオリティ、バランス、パフォーマンスの4つです。AMDは、ウルトラクオリティで1.3倍、クオリティで1.5倍、バランスで1.7倍、パフォーマンスで2.0倍という異なるスケーリング係数を使用しています。これらのスケーリング係数は水平方向と垂直方向の両方に適用されるため、パフォーマンスモードでは4倍のアップスケーリングとなります（Nvidiaのパフォーマンスモードと同じです）。
DLSS vs. FSR テストセットアップ
この記事では、FSR と DLSS の両方をサポートする 4 つのゲームを選択しました。最新リリースは10 月初旬にリリースされたBack 4 Bloodです。ゲームの動作方法と利用可能な設定の詳細については、Back 4 Blood のベンチマークに関する完全な記事をお読みください。Mystのリメイクも 2021 年 8 月にリリースされ、Unreal Engine 4 を使用して、90 年代のオリジナルのポイント アンド クリック アドベンチャーとは異なり、完全にレンダリングされた世界を歩き回ることができます。次は、9 月にリリースされたDeathloop (名前全体を大文字にすることを拒否します、Arkane さん) です。最後 (そしておそらく最も少ない) は、Marvel's Avengersです。当初は DLSS をサポートせずにリリースされましたが、1 か月後の 2020 年 10 月に追加され、2021 年 7 月に FSR サポートが追加されました。
これらは比較的最近のゲーム 3 つと古いゲーム 1 つですが、他にもいくつかあります。Baldur 's Gate III (RPG) は、最新の早期アクセス ブランチで DLSS と FSR の両方をサポートしています。FSR と DLSS をサポートするその他のゲームには、Chernobylite (SF サバイバル)、Edge of Eternity (JRPG)、Enlisted (マルチプレイヤー戦争シューティング)、F1 2021 (レースカー シミュレーション)、The Medium (アドベンチャー)、Necromunda: Hired Gun (シューティング) などがあります。ChernobyliteとNecromunda はどちらも、 Mystと同様に、DLSS と FSR のサポートに Unreal Engine を使用しており、今後、DLSS と FSR の両方をサポートする Unreal Engine ゲームがかなり多く登場するでしょう。
GPUベンチマーク用テストシステム
Intel Core i9-9900K
Corsair H150i Pro RGB
MSI MEG Z390 Ace
Corsair 32GB DDR4-3600 (2x 16GB)
XPG SX8200 Pro 2TB
Windows 10 Pro (21H1)
テストには、Core i9-9900K CPU、32GB RAM、2TB M.2 SSDを搭載した標準GPUテストベッドを使用しました。Back 4 Bloodでは、4つのゲームの中で最も負荷が低いGPUであるGeForce RTX 2060とRadeon RX 5600 XTを使用しました。このゲームでは、やや古くて性能の低いGPUでのパフォーマンススケーリングを確認したかったためです。その他のゲームでは、GeForce RTX 3060とRadeon RX 6700 XTを使用しました。どちらも12GBのVRAMを搭載しているため、VRAMの制限に遭遇することはありませんでした。他の3つのゲームはレイトレーシングもサポートしており、すべてのテストでレイトレーシングを有効にしました。
RX 6700 XTは通常、RTX 3060よりもかなり（GPUベンチマークの階層で34%）優れたパフォーマンスを発揮するため、ここではAMDとNvidiaのパフォーマンスを比較するのではなく、DLSSとFSRがパフォーマンスに及ぼす影響について検討しています。ただし、レイトレーシングの使用により、その差はいくらか縮まります。NvidiaのGPUは一般的にレイトレーシングの性能が優れているためです。それでは、4つのゲームの結果を見てみましょう。
DLSS vs. FSR: バック4ブラッド
DLSSをサポートしているのはNvidia GPUのみであるため、AMDとNvidiaのグラフは別々に用意しています。RTX 2060以降では、ウルトラパフォーマンスモードであってもDLSSによるパフォーマンス向上は50%弱にとどまりましたが、パフォーマンスモードでのFSRではフレームレートが90%以上向上しました。DLSSのアップスケーリング係数が上がるごとにパフォーマンスは約10%向上し、パフォーマンスモードからウルトラパフォーマンスモードへの上昇幅はやや大きくなります。
FSR の場合、アップスケーリングのレベルごとに、RTX 2060 でパフォーマンスが 20% 近く向上しました。以前の世代のハードウェアを使用したことがパフォーマンスの向上に影響した可能性もありますが、一般的に Back 4 Blood はそれほど要求の厳しいゲームではないため、CPU のボトルネックも影響し始める可能性があります。
いささか意外なことに、RX 5600 XT は RTX 2060 と比較して全体的なスケーリングがわずかに低くなっています。フレームレートはパフォーマンス モードを使用することで最大 87% 向上し、RTX 2060 で測定した 91% よりわずかに低くなっています。また、他のほとんどのレベルでも 1～2% 低い向上率となっていますが、両方の GPU が同じ 18% 向上した超高品質モードだけは例外です。
少なくともTuringとRDNAのGPUを比較すると、FSRはAMDのアーキテクチャを全く有利にしていないように見えます。しかし、冒頭で述べたように、パフォーマンスは全体像の一部に過ぎません。画質を見てみましょう。
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4K画像を開いて最大拡大表示すれば、より細かいディテールまで確認できます。また、最高画質のJPGファイルで保存したので、元のPNGファイル（1枚あたり約14MB）と比べても、目立った画質の劣化はありません。
アップスケーリングなしから FSR ウルトラ品質に移行しても、視覚的な忠実度の低下は最小限です。ぼやけている小さなディテールがいくつか見えるかもしれませんが、特にゲームが動いているときは特に目立ちません。FSR 品質もかなり良好に見えますが、FSR バランスでは少しぼやけて見え始め、最終的に FSR パフォーマンス モードを使用すると鮮明さが明らかに失われます。枝や針葉樹、草、フェンス、地面、波形金属の屋根パネル、その他の要素はすべて、FSR バランス モードとパフォーマンス モードを使用すると少しぼやけて見えます。ただし、動いているとき (結局のところ、これはテンポの速いゾンビ シューティング ゲームです)、これらの違いの多くははるかに目立たなくなります。
DLSSアップスケーリングについて見てみましょう。ここでも、クオリティモードではディテールの損失は最小限で、バランスモードでは若干のぼやけが見られ、パフォーマンスモードとウルトラパフォーマンスモードではぼやけやディテールの欠如がより顕著になります。ゲーム中のあまり激しくない部分では、動きのあるシーンではぼやけが目立つかもしれませんが、ゾンビと戦っている時は問題ありません。DLSSウルトラパフォーマンスモードで1280x720のソース解像度を考えると、これは驚くべきことです。
DLSSとFSRでテストしたすべてのゲームがBack 4 Bloodのような画質とパフォーマンスであれば、私たちは非常に満足していたでしょう。残念ながら、これはFSRを使用した場合の画質としては比較的良好な結果の一つです。他のゲームがなぜそれほど劣っているのかは明らかではありませんが、実際に確認してみましょう。
DLSS vs. FSR: デスループ
DeathloopはAMDによって宣伝されましたが、アップデートでDLSSが追加され、120fpsの上限が240fpsに変更されました。どちらも私たちにとっては歓迎すべき変更です。DLSSウルトラパフォーマンスモードはサポートされていないため、今回はスケーリングオプションの選択肢が一つ減りました。
今回はより高速なGPUを使用していますが、様々なモードにおけるパフォーマンスのスケーリングは、なぜかNvidiaがかなり有利になっています。レイトレーシングも使用しているからかもしれませんが、FSRモードでも同様のゲインが得られると期待していました。DLSSのパフォーマンススケーリングも、Deathloopでは顕著に向上しました。
RTX 3060では、DLSS品質モードではフレームレートが55%向上し、バランスモードではパフォーマンスが87%向上、パフォーマンスモードでは2倍以上、正確には111%高速化しました。3060では、FSRウルトラ品質モードではパフォーマンスが47%向上し、品質モードでは80%向上、バランスモードでは111%（DLSSパフォーマンスモードと同じ）、FSRパフォーマンスモードでは153%のfps向上が見られました。ただし、開始時のフレームレートはわずか28fpsであり、FSRパフォーマンスモードでのみRTX 3060を（ほぼ）安定した60fps以上に引き上げることができたことに注意してください。
RX 6700 XTでは、全体的にパフォーマンスの向上はやや低めでした。FSRウルトラクオリティではパフォーマンスがわずか18%向上したのに対し、クオリティモードでは45%、バランスモードでは64%、パフォーマンスモードでは102%と、パフォーマンスが2倍強に向上しました。興味深いことに、FSRなしのネイティブ解像度では31fpsだったのに対し、FSRパフォーマンスモードでは62fpsにまで低下しました。つまり、RX 6700 XTは3060よりも最初は高速だったものの、最終的には3060よりも遅くなったということです。（注：これらの数値は少し奇妙なので、検証のために再テストする必要があるかもしれません。）
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繰り返しになりますが、細部をよりよく確認するには、拡大ボタンをクリックしてフルサイズの画像にアクセスする必要があります。残念ながら、今回は画像忠実度の比較においてFSRがあまり有利に働きませんでした。2セットの画像を用意しましたが、最初のセット（「Expand Your Mind」サインのすぐ下）では、FSRレベルが高いときに明らかなエイリアシングが見られます。しかし、ウルトラクオリティとクオリティモードでは、ほぼ問題なく使用できます。
DLSS画質は興味深いもので、今回はネイティブモードよりもDLSS画質モードの方が良く見えるものがいくつかあります。例えば、屋根の上の手すりを見てください。実際、DLSSパフォーマンスモードでもネイティブモードとほぼ同じに見え、非常に印象的です。
2枚目の画像では、アーチの岩肌、標識の文字、そして赤い矢印の標識のライトなどの細かいディテールに注目してください。FSR品質モードであってもディテールの低下が顕著で、アップスケーリング設定を高くするとさらに悪化します。今回はDLSSの方がネイティブ画質よりも優れているわけではありませんが、3つのモードはどれもほぼ同じです。
スクリーンショットを撮る時に静止していると、DLSSの恩恵が大きくなりすぎるのではないかと、少し疑問に思います。DLSSは時間データ、つまり前のフレームのデータを使って失われたディテールを復元するので、静止している状態こそが、ほぼ完璧な状態に近づける絶好の機会になるのかもしれません。とはいえ、細かいディテールが実際に目に見えるのは、実際に動き回っていない時であり、DLSSはそのような時に素晴らしい効果を発揮します。
パフォーマンスの向上という点では、今回はDLSSが勝者です。4Kでパフォーマンスモードを使用してプレイしても、全体的に非常に良好なビジュアル体験が得られます。一方、FSRはパフォーマンスを向上させますが、ゲームの一部の領域では細かいディテールが著しく損なわれます。FSRのウルトラクオリティは試してみる価値はありますが、できればバランスモードやパフォーマンスモードは使いたくありません。
DLSS vs. FSR：Myst 2021
Mystのパフォーマンス向上は、 Deathloopで見られたよりも少し優れていますが、それでもRTX 3060が有利になる傾向があります。超高品質のFSRは、3060でfpsを51％、6700 XTで44％向上させ、品質モードでは3060で86％の増加に対し、6700 XTでは71％の増加となり、バランスモードでは100％と比較して121％の増加となり、パフォーマンスは132％に対して175％増加しました。これらはどちらも最新のGPUアーキテクチャであるため、少なくともいくつかのケースでは、FSRがRDNA2よりもAmpereで実際に良好に動作するように見えるのは興味深いことです。
DLSSに関しては、ウルトラパフォーマンスモードは基本的にFSRパフォーマンスモードと同等で、fpsが178%増加しました。DLSSパフォーマンスモードも同様にFSRバランスモードと同等で、fpsが121%向上しました。一方、DLSSバランスモードでは91%の向上が見られ、品質モードでもフレームレートが63%向上しました。Mystはテンポの速いアクションゲームではないため、高いfpsはそれほど必要ありませんが、適切なアップスケーリング設定（RTX 3060の場合はDLSSバランスまたはFSR品質以上）により、どちらのGPUも4Kで60fps以上を簡単に達成し、RX 6700 XTはネイティブレンダリングでも60fpsをわずかに上回りました。
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FSRを高倍率で使用すると、画質は再び少しぼやけて乱雑になります。ひどいほどではありませんが、バランスモードとパフォーマンスモードでは、木々やその他のディテールが明らかに劣化し始めます。DLSSは、少なくともウルトラパフォーマンスモードまでは、画質が向上しています。
スクリーンショットからもわかるように、2つ目の画像テストシーンは結局、全く役に立たない結果となりました。渦巻く霧のせいで、アップスケーリングによる変化と霧による変化の区別がつきにくくなっています。これは、FSRパフォーマンスモードを使っても忠実度の低下がほとんど感じられない場合が多いことをよく表しています。
全体的に、DLSS はMystで見栄えがよく、パフォーマンスも良好でしたが、RTX 以外のユーザーは、FSR を超高品質モードまたは高品質モードで実行して、鮮明さとディテールの低下が比較的目立たない状態で、より高いパフォーマンスを得ることができます。
DLSS vs. FSR: Marvel's Avengers
最後に、このシリーズの中で最も古いゲームであるMarvel's Avengersについて触れておきます。DLSS では、バランスモードと高品質モードのパフォーマンスがほぼ同じである点、つまり高品質モードの方がわずかに優れている点など、いくつかの奇妙な点がすぐに目立ちます。しかし、この奇妙な点を除けば、概ね納得できます。
私たちがテストした AMD と Nvidia GPU は、今回スケーリングにおいてかなり接近しており、最大の違いはわずか 3% でした。たとえば、RTX 3060 はネイティブと比較して FSR 品質モードで 59% 高速化しましたが、RX 6700 XT では 57% 向上しました。
DLSSウルトラパフォーマンスモードは3060で最高のパフォーマンスを発揮しましたが、解像度9倍アップスケーリングの効果は確かに顕著でした。いずれにせよ、FSRとDLSSの最高アップスケーリングモードを使用すれば、アベンジャーズのパフォーマンスを2倍に高められる可能性があります。
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Mystの2番目の画像セットと同様に、 Avengersにも蒸気や雲などが渦巻いており、FSRとDLSSによる変化と天候による変化を見分けるのが少し難しくなっています。DLSS品質モードはネイティブレンダリングと視覚的に区別がつかず、ネイティブとFSRウルトラ品質の違いを見分けるのも同様に困難です。一方、FSRのパフォーマンスは明らかにぼやけています。木々や低木も、FSRの方がDLSSよりもブロックノイズが多くなっています。
でも、戦闘中はどうでしょう？ええ、すべてが混ざり合ってしまうんです。だからこそ、多くのコンソールゲームは長年、様々な形でアップスケーリングを採用してきましたが、ゲーマーからの不満はそれほど多くありませんでした。
DLSS vs. FSR、結論
明確な勝者を予想していたなら、考慮すべき要素が多すぎます。DLSSは確かに、特に高いアップスケーリング係数において、ネイティブに近い画質を実現できるように見えますが、はるかに多くの計算能力を必要とし、期待するほどパフォーマンスが向上しない場合もあります。さらに重要なのは、DLSSはNvidia独自の技術であり、しかもRTX専用の技術だということです。GTXカードを使用しているNvidiaユーザーはもちろん、AMDカードやIntel GPUユーザーも同様です。
FSRは画質面で勝るわけではありません。特に高アップスケーリングモードでは勝てませんが、4Kで動作させ、ウルトラクオリティまたはクオリティモードを使用すればパフォーマンスが向上し、シャッフルで失われた細部を見逃すことはないでしょう。ただし、FSRパフォーマンスモードは画質がかなり悪くなる場合があります。実際、私としてはFSRパフォーマンスモードを使うよりも、1080pでゲームを実行し、モニターで4Kに引き伸ばす方が好みです。バランスモードも同様に、パフォーマンスの向上が切実に必要な場合にのみ使用してください。
この議論におけるワイルドカードは、Intelが近々発表するXeSSです。DLSSによく似ていますが、DLSSの設計に携わった人物の1人がNvidiaを離れ、Intelに移籍しました。XeSSはIntel、AMD、Nvidiaといったほとんどの最新GPUで動作するとされていますが、実際にどの程度動作するのかは全くの未知数です。ArcではIntel版のTensorコアを使用し、その他のGPUではDP4a演算にフォールバックします。さらに、優れたアップスケーリングアルゴリズムを開発することと、ゲーム開発者に採用してもらうことは必ずしも同じではありません。
また、多くのゲームで長年採用されてきた、より伝統的な形式のアップスケーリングについても触れていません。パフォーマンスを数パーセントしか低下させない時間的または空間的なアップスケーリング技術も存在し、モニターのリフレッシュレートを指定するとゲームがリアルタイムで解像度を調整するダイナミックスケーリング機能を備えたゲームも数多くあります。見た目は全く同じではないかもしれませんが、気づかない、あるいは気にしないケースも少なくありません。
採用率で見ると、Nvidia DLSSは長年の先行により、依然としてAMD FSRをリードしています。AMD FSRは現在少なくとも27本のゲームで発表またはリリースされており、Nvidia DLSSは少なくとも119本のゲームで利用可能です（ただし、NvidiaのDLSSリストに含まれるゲームの多くはあまり知られていないインディーゲームです）。Unreal EngineとUnityの両方がDLSSとFSRをサポートしているため、今後は両方の技術、そしておそらくXeSSも取り入れたゲームがさらに増えると予想されます。
結局のところ、ゲームとゲーム開発者には複数の選択肢があり、それは良いことです。ここで示したように、どちらかの技術を採用しても、もう一方の技術のサポートが妨げられることはありません。私たちは、両方のアルゴリズムが今後も継続的に改善されることを期待しており、今後も注視していきます。
ジャレッド・ウォルトンは、Tom's Hardwareのシニアエディターで、GPU全般を専門としています。2004年からテクノロジージャーナリストとして活躍し、AnandTech、Maximum PC、PC Gamerなどで執筆活動を行っています。初代S3 Virgeの「3Dデセラレータ」から最新のGPUまで、ジャレッドは最新のグラフィックストレンドを常に把握しており、ゲームパフォーマンスに関する質問は彼にお任せください。
