🥇Confronto delle prestazioni delle sessioni KDE Plasma basate su X11 e Wayland

Igor Ljubuncic, che fino al 2024 ha gestito i prodotti relativi al calcolo ad alte prestazioni presso Canonical, ha condotto un test sulle prestazioni e sul consumo energetico delle sessioni KDE Plasma 6.4 basate su X11 e Wayland. Alla fine di giugno, Igor ha pubblicato una recensione delle funzionalità di KDE Plasma 6.4, in cui ha concluso che la sessione basata su Wayland è meno performante e carica di più la CPU e la GPU rispetto alla sessione basata su X11. In una serie di nuovi articoli, Igor ha cercato di testare più a fondo le prestazioni di entrambe le sessioni.

Inizialmente si è osservato che durante il test su un laptop Lenovo IdeaPad 3 con GPU integrata AMD, nella sessione Wayland, indipendentemente dall'attività della CPU, il carico era costantemente attorno all'8%, e ogni 2-3 secondi si registrava un picco che caricava completamente la GPU. Nella sessione X11, il carico sulla CPU e sulla GPU durante il periodo di inattività era nullo. Un ulteriore controllo con l'utility radeontop ha mostrato un consumo di risorse maggiore nella sessione Wayland, in particolare attivando il profilo "Color Accuracy" nelle impostazioni dello schermo. Nella tabella sottostante è indicato il carico medio generato sulla GPU in percentuale, con uno stesso set di applicazioni in esecuzione e raccolta dati ogni secondo per un intervallo di 60 secondi.

Metric Wayland + efficienza energetica Wayland + precisione dei colori X11 Interfaccia grafica 3.31 4.03 2.47 Raggruppatore di vertici + Tesselatore 0.33 0.3 0.11 Indirizzatore di texture 0.90 2.03 0.78 Esportazione degli shader 2.24 3.03 1.42 Cache delle istruzioni del sequencer 0.06 0.08 0.03 Interpolatore di shader 2.58 3.31 1.61 Convertitore di scansione 2.54 3.18 1.54 Assemblaggio di primitivi 0.32 0.30 0.11 Blocco di profondità 2.51 3.18 1.53 Blocco di colore 2.51 3.18 1.54 VRAM 26.39 28.44 22.36 GTT 3.92 3.98 3.85 Frequenza della memoria 33.33 54.90 54.81 Frequenza shader 16.67 16.67 16.67

Il test del consumo energetico con l'utilità powertop ha anche mostrato un vantaggio per la sessione X11: il consumo energetico della sessione Wayland durante diverse misurazioni è stato di 6.09 watt, Wayland con il profilo "Color Accuracy" 6.05-6.08 watt, mentre X11 ha consumato 5.67-5.87 watt. In generale, si conclude che la sessione X11 consuma dal 3% al 7% in meno della carica della batteria rispetto a Wayland.

Il controllo del carico sulla CPU mediante l'utilità vmstat ha mostrato che durante il ponte non operativo la sessione X11 consumava l'1,83% della CPU, mentre Wayland il 1,97% (2,1% con il profilo di Precisione del Colore). L'utilità è stata eseguita in sessioni appena create nel terminale Konsole, calcolando la media con campionamento al secondo per 60 secondi. Il carico della CPU utilizzando Wayland si è rivelato superiore del 7,6% (14% in modalità Precisione del Colore) rispetto all'uso della sessione X11. Nella sessione Wayland sono state registrate il 25% in più di interruzioni e il 48% in più di passaggi di contesto.

Metri Wayland + efficienza energetica Wayland + precisione del colore X11 Media n. di attività nella coda di esecuzione 0.18 0.35 0.07 Totale attività nella coda di esecuzione 11 21 4 Interruzioni (in) 1188 1173 937 Passaggi di contesto (cs) 1195 1208 803 Idle CPU % (id) 98.03 97.90 98.17

Successivamente, attraverso l'utilità perf, è stata effettuata un'analisi delle chiamate durante il ponte non operativo. KWin_wayland consumava circa l'1% (1,5%) del tempo della CPU, mentre KWin_X11 lo 0,44%. Le chiamate a amdgpu erano dello 0,77% (1%) per Wayland e lo 0,65% per X11. In modalità inattiva, nella sessione X11 sono state eseguite circa il doppio delle istruzioni della CPU rispetto alla sessione basata su Wayland.

Metrica Wayland + efficienza energetica Wayland + accuratezza dei colori X11 Frequenza CPU (ms) ~543,000 ~540,000 ~527,000 Cambio di contesto 14,415 | 26.547/s 16,120 | 29.864/s 6,021 | 11.436/s Migrazioni CPU 72 | 0.133/s 139 | 0.258/s 92 | 0.175/s Errori di pagina 201 | 0.37/s 450 | 0.834/s 75 | 0.142/s Cicli 3.95B | 0.007 GHz 4.43B | 0.008 GHz 1.9B | 0.004 GHz Cicli bloccati frontend 452.5M | 11.47% 616.5M | 13.92% 213M | 11.13% Cicli bloccati backend 1.42B | 36.04% 1.45B | 32.82% 618M | 32.28% Istruzioni 780M | 0.2/ciclo 1.82 bloccati/ciclo 901M | 0.2/ciclo 1.61 bloccati/ciclo 483M | 0.25/ciclo 1.28 bloccati/ciclo Rami 168M | 309K/s 193M | 358K/s 104M | 197K/s Errori di ramo 13.83% 13.36% 11.7%

Nell'articolo successivo, i test sono stati ripetuti con la configurazione c Kubuntu 24.04 con KDE Plasma 5.27 e un laptop Lenovo Y50-70 con CPU Intel e scheda grafica NVIDIA. I risultati sono stati approssimativamente gli stessi: la sessione Wayland si è rivelata meno efficiente rispetto a X11. Il consumo energetico è stato di 22.42 watt in Wayland e 21.86 in X11, il carico della CPU in idle è stato di 0.067 contro 0.050, il numero di cambi di contesto è stato di 43.835/s contro 34.133/s, il carico durante la visione di video 4K in VLC è stato del 12.54% rispetto al 4.26%, e le prestazioni di WebGL sono state di 16 FPS contro 29 FPS.

Successivamente, test simili sono stati riprodotti su un laptop Lenovo IdeaPad 3 con CPU/GPU AMD utilizzando una versione aggiornata del progetto KDE Neon. Nel test di riproduzione di video 4K in VLC, il carico sulla CPU utilizzando X11 con composizione disattivata è stato del 3,72%, X11 con composizione attivata del 9,8%, Wayland con Color Accuracy (CA) del 25,71%, e Wayland in modalità di consumo energetico efficiente (PE) del 31,51%. Pertanto, il carico sulla CPU utilizzando Wayland si è rivelato 8-10 volte superiore rispetto a X11.

Utilizzando Wayland, si è anche registrata una generazione di interruzioni superiore del 5-16%. La differenza di carico sulla GPU ha mostrato variazioni del 2%: Wayland (PE) del 56,33%, Wayland (CA) del 57,33%, X11 (Comp ON) del 57,98%, X11 (Comp OFF) del 56,81%. In termini di consumo energetico, Wayland ha consumato più energia del 8-49%: Wayland (PE) 13,8-20,4 watt, Wayland (CA) 13,8-14,1 watt, X11 (Comp ON) 10,7-12,1 watt, X11 (Comp OFF) 11,4-14,9 watt. Nel test WebGL Aquarium, i risultati per Wayland e X11 sono stati approssimativamente simili: Wayland (PE) 16-38 FPS, Wayland (CA) 18-37 FPS, X11 (Comp ON) 16-42 FPS, X11 (Comp OFF) 21-42 FPS, ma il consumo energetico utilizzando Wayland è stato circa superiore dell'8%.

Alla fine è stato condotto un ulteriore esperimento, questa volta coprendo GNOME di Fedora 42 e KDE Plasma 6.4 o KDE neon. Il test è stato eseguito su un laptop Lenovo IdeaPad 3 con CPU/GPU AMD.

Carico della CPU in modalità inattiva: KDE X11 — 1.83%, KDE Wayland (PE) — 1.97%, KDE Wayland (CA) — 2.1%, GNOME Wayland — 2.2%.
Consumo energetico in modalità inattiva con un singolo terminale: KDE X11 — 5.67-5.87 watt, KDE Wayland (CA) — 6.05-6.08 watt, KDE Wayland (PE) — 6.09 watt, GNOME Wayland — 5.83-7.62 watt.
Il carico della GPU in modalità inattiva è risultato essere il più basso nella configurazione con GNOME Wayland, ma la differenza è spiegata dalla differenza nelle applicazioni in esecuzione, System Monitor e GNOME System Monitor.
Nelle statistiche raccolte dall'utility perf, il minor tempo di CPU è stato speso nella configurazione basata su GNOME.
Nel test di riproduzione video 4K 60FPS in VLC, la sessione GNOME in Fedora ha consumato leggermente meno CPU (29.6%) rispetto a KDE basato su Wayland in modalità Color Accuracy (31.51%), ma più rispetto alla sessione KDE basata su X11 (9.8%) e Wayland in modalità di consumo energetico efficiente (25.71%).
Durante la valutazione del consumo delle risorse GPU, la sessione GNOME su Fedora ha consumato più risorse GPU durante il test di riproduzione video 4K a 60FPS in VLC. Ad esempio, il carico sul pipeline grafico della GPU in GNOME su Fedora è stato del 58,21%, in KDE basato su Wayland del 56,33% e del 57,33%, mentre in KDE X11 è stato del 57,98%. Il consumo di memoria video in GNOME su Fedora ha superato di oltre due volte (50,89) i valori di KDE su Wayland (23,29 e 24,60) e ha superato del 15% KDE X11 (44,36).
Consumo energetico durante la riproduzione video: KDE X11 — 11,4-14,9 watt, KDE Wayland (CA) — 13,8-14,1 watt, GNOME Wayland — 12,5-15,6 watt, KDE Wayland (PE) — 13,8-20,4 watt.

Metrica Fedora 42 Wayland KDE neon Wayland (PE) KDE neon Wayland (CA) KDE neon X11 (Comp ON) Idle CPU % (id) 97.8 98.03 97.90 98.17 Switches context (cs) 536 1195 1208 803 Number of interrupts (in) 929 1188 1173 937 Power consumption (watts) 5.83-7.62 6.09 6.05-6.08 5.67-5.87 CPU clock (ms) ~492,000 ~543,000 ~540,000 ~527,000 Context switches 9,468 | 19.244/s 14,415 | 26.547/s 16,120 | 29.864/s 6,021 | 11.436/s Idle CPU % while watching video 70.4 68.49 74.29 90.20 GPU pipeline load while watching video 58.21% 56.33% 57.33% 57.98% VRAM 50.89 23.29 24.60 44.36 Energy consumption in watts while watching video 12.5-15.6 13.8-20.4 13.8-14.1 11.4-14.9 FPS in WebGL Aquarium test 26-29 16-38 18-37 16-42 Energy consumption in WebGL Aquarium test 17-19 17-29 16-27 21-29

Dai risultati dei test si conclude che è prematuro abbandonare X11, mentre le soluzioni basate su Wayland necessitano di ulteriore ottimizzazione. X11 è ancora considerato la soluzione più ottimale dal punto di vista delle prestazioni. Si ipotizza che l'implementazione di Wayland in KDE sia migliore rispetto a quella in GNOME — la sessione GNOME Wayland, realizzata in Fedora, risulta meno performante rispetto alla sessione KDE Wayland, che a sua volta è inferiore a KDE X11.

Fonte: opennet.ru