垂直同期信号 (スイチョクドウキシンゴウ) とは | 意味や読み方など丁寧でわかりやすい用語解説

垂直同期信号 (スイチョクドウキシンゴウ) の読み方

日本語表記

垂直同期信号 (スイチョクドウキシンゴウ)

英語表記

vertical sync signal (バーチカルシンクシグナル)

垂直同期信号 (スイチョクドウキシンゴウ) の意味や用語解説

垂直同期信号とは、グラフィックス処理ユニット（GPU）が生成する映像データと、ディスプレイがその映像データを表示するタイミングを同期させるために用いられる信号である。この信号の主な目的は、ディスプレイに表示される映像の乱れ、特に「ティアリング」と呼ばれる現象を防ぎ、より滑らかで視覚的に安定した画像を提供することにある。システムエンジニアを目指す上で、グラフィックス処理の基礎を理解する上で重要な概念の一つである。 コンピュータシステムにおいて、GPUは常に新しいフレーム（静止画の一枚一枚）を高速に生成している。一方、ディスプレイは一定のリフレッシュレート、例えば毎秒60回（60Hz）などの固定された周期で画面を更新し、新しいフレームを表示する。このGPUのフレーム生成速度とディスプレイのリフレッシュレートは、通常は独立して動作しており、必ずしも一致しない。 詳細について説明する。なぜ垂直同期信号が必要なのかというと、GPUがディスプレイのリフレッシュサイクルと同期せずにフレームを送り続けた場合、ディスプレイがまだ前のフレームの描画を完了していない最中に、GPUから新しいフレームのデータが送られてくることがあるためである。この状況が発生すると、ディスプレイは画面の一部に古いフレームのデータを表示し、別の部分には新しいフレームのデータを表示してしまう。結果として、画面の中央付近や任意の場所に水平方向の線が入り、画像が上下でずれたり分断されたように見える。これがティアリングと呼ばれる現象であり、特に動きの速い映像やゲームなどで顕著に発生し、視覚的な違和感や不快感を与える。 垂直同期信号は、このティアリングを防ぐために、GPUのフレーム生成タイミングをディスプレイのリフレッシュサイクルに合わせる役割を担う。具体的には、ディスプレイが現在のフレームの描画を完全に終え、次のフレームの描画を開始する準備ができたときに、その「準備完了」を示す信号をGPUに送る。この信号が垂直同期信号である。GPUはこの信号を受け取るまで、次に描画するフレームの表示を待機する。つまり、GPUはディスプレイが「もう次のフレームを表示してもいいよ」と許可を出すまで、新しいフレームのデータをディスプレイに送ることを保留する。 この仕組みにより、ディスプレイは常に完全に描画された単一のフレームを受け取ることが保証され、画面が途中で分断されるティアリング現象が発生しなくなる。結果として、ユーザーは滑らかで途切れることのない映像体験を得られる。特に、動画再生やゲームなど、高速なグラフィックス表示が求められるアプリケーションにおいて、垂直同期は視覚品質を向上させる上で非常に重要である。 しかし、垂直同期にはいくつかのデメリットも存在する。最大のデメリットの一つは、入力遅延（インプットラグ）が発生する可能性である。GPUが垂直同期信号を待機するために、ユーザーの入力（キーボードやマウス操作など）が画面に反映されるまでにわずかな時間差が生じることがある。特に高速な反応が求められるeスポーツのような競技性の高いゲームでは、このわずかな遅延がプレイに影響を与える可能性があるため、垂直同期をオフに設定する場合もある。また、垂直同期を有効にすると、GPUがディスプレイのリフレッシュレート以上のフレームレートでフレームを生成できる場合でも、その描画速度はディスプレイのリフレッシュレートに制限される。例えば、60Hzのリフレッシュレートのディスプレイでは、GPUが100fps（フレーム/秒）で描画可能であっても、表示されるフレームレートは最大60fpsに制限される。これは、GPUが残りの時間、次の垂直同期信号を待機するためである。 これらのデメリットを解消しつつ、ティアリングを防ぐために、近年では「可変リフレッシュレート」と呼ばれる技術が登場している。AMDのFreeSyncやNVIDIAのG-SYNCなどがその代表例である。これらの技術は、従来の垂直同期信号のようにディスプレイ側が固定のリフレッシュレートでGPUを待機させるのではなく、GPUのフレーム生成速度に合わせてディスプレイのリフレッシュレートを動的に変更する。これにより、ティアリングを防止しつつ、入力遅延を最小限に抑え、GPUの性能を最大限に引き出すことが可能となる。しかし、垂直同期信号は、これらの新しい技術が登場する以前から、ディスプレイ表示の品質を保証するための基本的なメカニズムとして広く利用されてきた重要な技術であり、その原理を理解することはグラフィックス処理を学ぶ上で不可欠である。