Рабочее место и 4k@60Hz

Немного радости и боли о воркплэйсе и подключении монитора в частности.

Оффтоп

Пришёл недавно к мысли, что раз уж по долгу службы перестал эникеить во все поля, то надо писать хотя бы не технические посты, это должно развивать способность излагать материал. Кроме этого периодически занимаюсь правкой готовых текстов в нашем микро СМИ, да и к переводам по хорошему нужно возвращаться.
Смена работы совместилась со сменой профиля специализации, при этом новая работа не оправдала ожиданий (данеужели?), а на ещё одну смену специализации пока не хватает ресурсов и витаминов в организме. Надо сказать, на севере вообще мало витаминов 😔.
А поскольку на хабре писать не техническую отсебятину не серьёзно, да и обстановочка там токсичная, посты будут складываться в уютненьком, а кому будет полезно, поисковые системы и так сюда приведут. Коллеги переубедили, поэтому пост размещён на хабре. Надеюсь его не забанят за неприличное количество ссылок на Википедию и описанный опыт поможет кому-нибудь сделать правильный выбор.

Общие тезисы

Мой юзкейс: нет высоких требований к CPU и RAM (не разработчик), нет высоких требований к GPU (не геймер), обычное использование, иногда нужен рендеринг видео, работа со звуком, запуск виртуальных машин.

  • Вес ноутбука важнее чем размер экрана.
    • Потребление сиюминутного контента никак не зависит от размера экрана. При наличии нормальной современной матрицы, не будет существенной разницы между ноутбуками с 12 или 15 дюймовым экраном. Проблемы возникают со старым неадаптивным дизайном сайтов и, особенно, десктопных приложений. То же самое на смартфонах.
    • Работа и игры требуют качественного внешнего экрана с большой матрицей. Который невозможно поместить в корпус ноутбука, это 23-27 и больше дюймов.
  • Вес ноутбука важнее производительности.
    • Мобильные видеокарты в текущих реалиях даже близко не могут сравниться по производительности с десктопными. Для работы и игр можно использовать либо мощный десктопный ПК, либо десктопную видеокарту во внешнем боксе (eGPU), для игр либо приставку (консоль), либо стриминговые (облачные) игровые сервисы.
    • Остальные компоненты вроде процессора и памяти ставятся примерно одинаковые что в ультрабуки, что в тяжёлые игровые ноутбуки. Разница в возможности апгрейда.

Отсюда вывод: если ноутбук нужно таскать с собой, стоит брать максимально свежий, лёгкий (до 1,5 кг, вам ещё зарядку и переходники носить), производительный (по процессору и памяти, потому что вы вряд ли будете его апгрейдить), без дискретной видеокарты.
Самое странное что порты (USB, HDMI, Ethernet, Card Reader…), хотя народ очень сильно ругается на их отсутствие (но скорее по привычке), действительно в пользовательской массе используются всё реже, и чаще всего на стационарном рабочем месте. Поэтому особенно важно иметь хотя бы один USB-C порт с поддержкой последних стандартов (на момент написания поста это USB 3.2 и Thunderbolt 3) и подходящий по функционалу док (dock station).

Последние лет 10-15 нормальный период замены железа был в среднем 2 года, так называемая стратегия тик-так была что у процессоров Intel, что у Apple c обычной и S моделью айфона. Видимо компании поняли что люди к этому привыкли и решили внести неразбериху, особенно в наименовании продуктов.

Как сообразить себе 4k@60Hz и не сломать мозг

Сетап

У меня есть возможность проверить как всё работает на ноутбуке Dell XPS 13 9360 Core i5-8250U, док станции Dell D6000 и мониторе Dell P2715Q. Для проверки монитор подключался к доку кабелями DisplayPort to mini DisplayPort, HDMI to HDMI, непосредственно к ноутбуку кабелем USB-C to DisplayPort, а вот USB-C to HDMI, к сожалению, в распоряжении не оказалось.

Что за USB-C?

USB Type-C или USB-C – спецификация USB для универсального компактного двухстороннего 24-контактного разъёма для USB-устройств и USB-кабелей.
Использование коннектора USB Type-C не обязательно означает, что устройство реализует высокоскоростной стандарт USB 3.1 Gen1/Gen2 или протокол USB Power Delivery, так китайцы умудрялись выпускать смартфоны с разъёмом USB-C, распаянным в порт USB 2.0.

Примечание: разъём это физическая сущность (вилка или гнездо), порт это более общее понятие, включающее как физическую составляющую (разъём), так и электронную (распайка, связь с электронными компонентами на плате) и логическую (программная реализация протоколов). Часто похожие по смыслу слова разъём, порт, интерфейс и прочие употребляются вперемешку, но есть один нюанс (с).

Компания Apple так же, медленно, но верно, переводит свою продукцию с использования проприетарных портов вроде MagSafe (китайцы кстати наклепали кучу кабелей с вариациями на магнитные коннекторы) и Lightning (показал что можно сделать симметричный коннектор и не мучить пользователей) на универсальный USB-C.

Почему так сложно?

Для пользователя боль и страдания с USB-C остаются такими же, как и со всем остальным семейством USB – нужно разобраться в куче существующих стандартов и технологий (а пользователь читает стандарты чуть чаще чем никогда), понять что он хочет получить на выходе, выбрать оборудование и кабели, которые будут поддерживать эти стандарты.
Причём статьи вида «The Best USB-C Hubs and Docks», как и описание товаров в интернет магазинах, не дают особой ясности по данному вопросу. На том же амазоне много гневных отзывов к кабелям и докам, т.к. поддерживаемые стандарты и совместимость устройств не очевидны. Энтузиасты пытаются составлять таблицы совместимости (например такой, вроде бы официальный для Dell).
Часто бывает что какие-то железки приобретены, красивые надписи на коробочках обещают неземные удовольствия и космические скорости, само по себе оно работает как-то не очень и начинается мозгование, а как же из этого барахла собрать конфетку.
Так же можно заметить что само понятие «разрешение 4k» может означать различные размеры изображения в пикселях, в данном случае это Ultra HD 4K или UHDTV1.

Как через USB-C передаётся изображение?

Есть два основных способа – DisplayLink и Alternate Mode (Alt Mode).
Подключая монитор через док станцию вы чаще всего используете DisplayLink, подключая монитор через небольшой переходник или «прямой» кабель вы используете альтернативный режим.

Основные виды посредников между ноутбуком и монитором, просто для визуализации.

DisplayLink

Технология и одноимённая компания DisplayLink скорее всего не встречались большинству пользователей, если они не подключали больше двух мониторов к компьютеру. Во всяком случае у меня такое название за годы взаимодействия с компьютерной техникой не отложилось в голове. Тем не менее компания существует довольно давно, разрабатывает железо (чипы, они же IC, они же Integrated circuit USB Graphics chips) и софт.
Для пользователя в большинстве случаев это выглядит следующим образом: на его ПК устанавливаются специальные драйверы и в операционной системе появляется виртуальный видеоадаптер, в порт USB (2.0 и выше) подключается док станция с чипом DisplayLink. На ПК изображение программно сжимается и передаётся по на док, где средствами чипа DisplayLink восстанавливается и передаётся на монитор, телевизор, проектор или другое устройство отображения.
Плюсы технологии: подключение до 6 мониторов (режимы работы определяются возможностями используемого чипа и устройства отображения), драйверы под все популярные платформы, формат «воткнул и полетел».
Минус: производительность. Как написано на Википедии, VGC (Virtual Graphics Card) сжимает изменение изображения и передаёт его на HRE (Hardware Rendering Engine), т.е. оптимизация есть, но она помогает максимум вытянуть разрешение, но не отображение фильмов и игр.
Некоторые производители доков даже пишут в описании что «не рекомендуется для игр».

DisplayLink Manager, доступен в Microsoft Store
В случае подключения двумя кабелями, дисплей 2 – Alternate Mode через кабель USB-C to DisplayPort, дисплей 3 – DisplayLink через кабель DisplayPort to mini DisplayPort

Alternate Mode

Альтернативный режим позволяет переиспользовать некоторые контакты в кабеле USB-C 3.1 для передачи данных между устройством (host – ноутбук или смартфон) и периферийным устройством (device – монитор или телевизор) по альтернативному протоколу, в числе которых на текущий момент:

  • DisplayPort 1.4
  • MHL (MHL 1.0, 2.0, 3.0 and superMHL 1.0)
  • Thunderbolt 3 – может инкапсулировать DisplayPort
  • HDMI 1.4b
  • VitualLink 1.0 – пока не стандартизован, стандарт подключения гарнитур виртуальной реальности через один кабель вместо трёх, передающих питание, видео и данные.

Из альтернативных режимов нас в первую очередь интересуют DisplayPort и HDMI, т.к. они чаще всего используются в обычных бюджетных мониторах и ноутбуках. MHL это всё-таки больше про мобильные устройства и телевизоры, хотя разъём HDMI на моём мониторе имеет пометку HDMI (MHL).

Альтернативный режим допускает появление дополнительных плюшек, например в HDMI Alt Mode это 3D видео, Ethernet, Dolby 5.1 и другие вещи, но за функционал отвечает исключительно разработчик конкретного стандарта.

Примечание: нужно иметь в виду, что в отличие от стандарта HDMI, пришедшего из мира бытовой техники, стандарты Thunderbolt и DisplayPort, родившиеся в компьютерной индустрии, развиваются быстрее. Их быстрому развитию так же способствует отсутствие лицензионных отчислений (выплата роялти за каждое произведённое устройство или, как говорят некоторые, «за каждый порт»). Есть мнение, что когда разговор заходит про режимы с разрешением выше 4k и частотой развёртки выше 60 Гц (особенно в игровых мониторах), становится понятно, что HDMI проиграл в гонке вооружений, поэтому при достаточном бюджете лучше на него не рассчитывать.

Альтернативный режим «напрямую»

По моему впечатлению самый предсказуемый и понятный результат сопряжения устройств предоставляет стандарт Thunderbolt 3.

В случае DisplayPort на устройствах нужно проверить версию поддерживаемого стандарта. Если устройства современные – проблем не должно возникнуть.

С HDMI не очень понятная ситуация, HDMI Alt Mode поддерживается спецификацией 1.4b (максимум 4k@30Hz), а для существующей параллельно 2.0b официальная поддержка альтернативного режима пока не заявлена. При этом производители кабелей на рынке утверждают что их продукция поддерживает 4k@60Hz 🤷‍♂️, некоторые пишут что будет работать если ваше устройство поддерживает DP Alt Mode. Работает ли это хоть когда-нибудь как HDMI Alt Mode или всегда поверх DisplayPort, для меня загадка. В связи с отсутствием кабеля USB-C to HDMI, не могу проверить эту конструкцию.

Альтернативный режим через док

Информации о поддержке альтернативного режима и способа его реализации разнится или умалчивается в описании доков. На практике я нашёл выстреливший на Kickstarter’е док HyperDrive использующий два порта Thunderbolt 3, увы, совместимый только с MacBook’ами.

Второй вариант найден в документации к Dell D6000 и в описании доков от StarTech.com, там указывается что Alt-Mode работает для HDMI 4k@30Hz (3840×2160@30Hz).
У меня получилось подключить монитор в таком режиме, работает это очень странно. Для гарантированного воспроизведения поведения к монитору должен быть подключён только HDMI и питание, включение альтернативного режима достигается передёргиванием (извините) HDMI кабеля между доком и монитором. При этом на доке все порты кроме HDMI перестают работать, на USB порты подаётся только питание, обещанные USB 2.0 почему-то не работают.
См. ниже: Alternate Mode does not employ USB 2.0 lanes and the configuration channel lane, so USB 2.0 and USB Power Delivery protocols are always available.
Возврат в обычный режим достигается перезагрузкой дока по питанию.

Действительно, 4k@30Hz

Так же для примера я почитал информацию вокруг компактного Targus USB-C DisplayPort Alt-Mode Travel Dock (DOCK411USZ), который, судя по описанию, реализует HDMI поверх DisplayPort Alt-Mode и обещает HDMI2.0 up to 4096 x 2160 30Hz 24 bpp monitor connection. См. ниже: The adapters for video Alt Modes may allow conversion from native video stream to other video interface standards (e.g., DisplayPort, HDMI, VGA or DVI).
Википедия подсказывает, и вполне возможно что Dell D6000 реализует это ровно так же, что достигается это фичей DisplayPort Dual-Mode (DP++).

Кабели

Существует деление на пассивные (допустимая длина до 0,5 м) и активные (со встроенными чипами) кабели. Есть смысл покупать только активные кабели, т.к. только они подходят для больших токов и альтернативного режима.
На торговых площадках вроде AliExpress и Amazon можно найти доступные активные кабели производства Ugreen, QGeeM, uni и пр. В магазинах на территории РФ аналоги стоят в 1,5-2, и даже больше, раз дороже.

Из Википедии: Active cables/adapters contain powered ICs to amplify/equalise the signal for extended length cables, or to perform active protocol conversion. The adapters for video Alt Modes may allow conversion from native video stream to other video interface standards (e.g., DisplayPort, HDMI, VGA or DVI).
Using full-featured USB-C cables for Alternate Mode connections provides some benefits. Alternate Mode does not employ USB 2.0 lanes and the configuration channel lane, so USB 2.0 and USB Power Delivery protocols are always available. In addition, DisplayPort and MHL Alternate Modes can transmit on one, two, or four SuperSpeed lanes, so two of the remaining lanes may be used to simultaneously transmit USB 3.1 data.

Выводы

В моём случае док выбирался для подключения 4k монитора (Power Delivery был обнаружен в процессе эксплуатации и стал просто приятным бонусом, как и порт Ethernet) и большого количества USB устройств. По факту монитор интереснее подключать и использовать напрямую, а для USB устройств можно было бы прикупить решение подешевле и покомпактнее.

DisplayLink

+ Кроме дополнительных портов в док станции вы получаете Power Delivery (если эту фичу поддерживает и док и ноутбук), т.е. зарядку ноутбука по тому же кабелю и уменьшение количества проводов на столе;
+ Технология позволяет вывести изображение на несколько внешних мониторов, в зависимости от чипа в доке и количества выходов, до 6 штук;
– Хотя монитор работает в режиме 4k@60Hz, тяжёлое видео лагает, т.е. не успевать прогружаться, и если с локальным видео это лечится использованием VLC (чем достигается производительность, собственными кодеками, алгоритмами декодирования, аппаратным декодированием или ухудшением качества – предмет споров в сети), то потоковое видео продолжает страдать.
– Больше утилизируется CPU ноутбука. При просмотре 4k видео на YouTube через DisplayLink загрузка CPU была около 40-50%, при просмотре через альтернативный режим около 10-20%.

Alternate Mode

+ Изображение на монитор выводит видеокарта ноутбука, поэтому видео не лагает;
+ В таком режиме поддерживается функция «Ночной свет». Кому как, а моим глазам с ней намного легче по вечерам;
– Вместо одного кабеля между ноутбуком и доком приходится подключать три: к доку, монитору и блоку питания;
– Если на ноутбуке один порт USB-C, то док нужно подключить в другой порт, соответственно должен быть свободный порт и порт подключения дока должен ему соответствовать. В моей ситуации это решается встроенным переходником USB-C to USB 3.0 на кабеле дока и наличием ещё двух портов USB 3.0 на ноутбуке.

Советы по док станциям

  • Проверьте список поддерживаемых стандартов и режимов, лучше это сделать на официальном сайте производителя;
  • Почитайте отзывы и обзоры в интернете, ситуации бывают всякие, вплоть до «низкая скорость передачи данных»;
  • Обновите ПО и/или драйвера, в том числе и на док. У многих производителей есть свои специальные программы для комплексного обновления ПО, например у Dell это SupportAssist. Для Linux драйверы тоже есть, но скорее всего всё будет работать из коробки и без них;
  • Если вы пользуетесь Windows и особенно если док стационарный, зайдите в Диспетчер устройств, откройте свойства USB контроллеров и устройств и уберите галочку «Разрешить отключение этого устройства для экономии энергии», т.к. устройства с этой фичей могут отключаться в самый неподходящий момент и операционка, по какой-то нелепой причине, потом не в состоянии их найти и подключить обратно (лечится опять же, простите, передёргиванием кабеля, что не добавляет здоровья подключаемым устройствам).

Полезное из комментариев:
Полный кошмар: USB-C и Thunderbolt 3
Статья о Chroma subsampling

Оставить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *