ゲーミングキーボードを見ると、それらの多くは速度を主張して100ドル以上で販売されています。 広告では、そのようなステートメントを見つけることができます：

• キーストロークの記録時間を短縮する特別に設計されたキー
• 8回高速-1000 Hzのポーリングレート：0.1ミリ秒の応答時間
• 45gキーボードスイッチの超高速操作と、標準のCherry MX Redスイッチよりも40％高速な応答により、対戦相手に対して絶対的な優位性を獲得
• 世界最高の1000 Hzのサンプリングレート
• 世界最速のゲーミングキーボード、1000 Hzのポーリングレート、0.001秒の応答時間

これらすべての主張にもかかわらず、私はキーボードの応答時間を公にテストした人を1人だけ見つけました -そして彼は2つのキーボードだけをチェックしました。 一般的に、誰かがベンチマークなしでパフォーマンスステートメントを作成した場合、テストされていない（または検証された）プログラムコードはデフォルトでは動作しないと見なされるため、これらのステートメントはおそらく真実ではないことを深く確信しています。



ゲーム用キーボードの状況は、自動車ディーラーとの会話によく似ています。



売り手 ：この車はとても安全です！ 彼女は12個のエアバッグを持っています！

私 ：これは良いことですが、クラッシュテストではどのように見えますか？

売り手 ：12個のエアバッグ！



もちろん、ゲーミングキーボードのポーリング周波数は1000 Hzですが、これはどうですか？



2つの明らかな疑問が生じます。

1. キーボードレスポンスとはどういう意味ですか？
2. ゲーム用キーボードは通常より高速ですか？

キーボードレスポンスとはどういう意味ですか？

1年前にキーボードの応答を測定するための特別なインストールを構築するかどうかを尋ねられた場合、それは愚かであると答えます。そして今、私はロジックアナライザーに座ってキーボードの応答を測定しています。



古いコンピューターは、現代のマシンよりもキーストロークに速く反応するように思えたので、それはすべて始まりました。 たとえば、macOS 9またはApple 2用のiMac G4は、4.2 GHz Kaby Lakeシステムよりも高速に見えます。 何十年もの研究により、ユーザーは現実とは正反対の感覚を経験することが多いことが示されているため、私はそのような感情を決して信じませんでした。そのため、高速カメラを使用し、キーを押してから画面にシンボルが表示されるまでの実際の遅延と速度の遅延を測定し始めましたマウスの動きに対するカーソルの応答。 判明したように、高速に見えた古いコンピューターは本当に速く、私の現代のコンピューターよりもはるかに高速でした-70年代および80年代のコンピューターでは、キーを押してからシンボルが画面に表示されるまでの遅延は、変更なしで30から50ミリ秒の範囲であることがよくありました、現代のコンピューターでは、コンソールでボタンが押されたときに100〜200ミリ秒の範囲にあることがよくあります。 幻想的なゲーム構成の最適化されたゲームでは、応答を50ミリ秒に減らすことができ、5μsの結果を簡単に破る珍しいコンシューマーデバイスが1つありますが、他のほとんどの場合、作業ははるかに遅くなります。 最新のコンピューターでは、 スループットは大幅に向上していますが、応答時間はそれほど長くありません。



いずれにせよ、測定中、4.2 GHzのKaby Lakeは、購入できるすべてのコンピューターの中で最高のシングルスレッドパフォーマンスを発揮しましたが、応答時間は70年代の高速車よりも劣っています（約6倍遅い） Apple 2）、これは少し奇妙です。 遅延が発生する場所を見つけるために、キーボードレスポンスタイムの測定を開始しました。これは、I / Oパイプラインの最初の部分だからです。 最初のリンクから開始し、実際の遅延源としてキーボードを除外して、開始から終了までの遅延を評価することを計画しました。 しかし、キーボードには非常に大きな遅延があることがわかりました！ テストしたキーボードの平均中央値遅延がApple 2パイプライン全体の応答時間を超えることに非常に驚きました。この不条理の深さをすぐに理解できない場合、Apple 2プロセッサの周波数は1 MHzでトランジスタが3,500しかなく、Atmelの推定値16 MHzで約8万個のトランジスタを搭載した最新のトップエンドキーボード。 これは、クロック周波数の16倍で動作する20倍のトランジスターです。今日のキーボードは、70年代および80年代のコンピューターよりも強力です。 それでも、今日の平均キーボードは、70年代の高速マシンで、I / Oパイプライン全体と同じ遅延をディスプレイに直接追加します。



いくつかのキーボードの応答時間特性を見てみましょう。

キーボード	応答（ミリ秒）	インターフェース	ゲーム
Apple Magic （USB）	15	USB FS
HHKB Lite 2	20	USB FS
MS Natural 4000	20	USB
ダス 3	25	USB
Logitech K120	30	USB
UnicompモデルM	30	USB FS
Pok3r渦	30	USB FS
フィルコマジェタッチ	30	USB
デルOEM	30	USB
Powerspec OEM	30	USB
Kinesisフリースタイル2	30	USB FS
チンファイシリコーン	35	USB FS
Razer Ornata Chroma	35	USB FS	はい
OLKB Planck rev 4	40	USB FS
エルゴドックス	40	USB FS
MSコンフォート5000	40	ワイヤレス
Easterntimes i500	50	USB FS	はい
キネシスの利点	50	USB FS
Genius Luxemate i200	55	USB
トプレ型天国	55	USB FS
Logitech K360	60	「統一」

応答時間は、押されたキーの動きの開始から、 対応するUSB​​パケットがUSBバスに到着するまでの時間です。 数値は、誤った精度を回避するために5ミリ秒に丸められます。 Easterntimes i500は、Tomoko MMC023という名前でも販売されています。



「インターフェース」の列には、接続のタイプが示されています。USBFSは、最大1000 HzのポーリングをサポートするUSB​​フルスピードプロトコルに準拠しています。この機能は、多くの場合、トップエンドキーボードでアドバタイズされます。 USBは、ほとんどのキーボードで使用されているUSB Low-Speedプロトコルに準拠しています。 「ゲーミング」列は、このモデルがゲーミングキーボードとして配置されているかどうかを示します。 「ワイヤレス」とは、特別な受信機が存在することを意味し、「統一」はロジクールのワイヤレス規格です。



ご覧のとおり、このような限られたキーボードセットでも、応答時間の差は45ミリ秒です。 したがって、最も遅いキーボードの1つを備えた現代のコンピューターは、キーボードのみがそれらの古いコンピューターのI / Oパイプライン全体よりも遅いため、70-80年代の高速マシンほどキーストロークに対応できません。



そのため、最新のキーボードが過去40年間に発生した遅延を増加させる重要な要因であるという事実を確立しました。 別の質問は、最新のキーボードの遅延がユーザーにとって重要かどうかです。 表から、約40ミリ秒の遅延の違いがわかります。 そのような違いは顕著ですか？ キーボードの応答時間を比較し、人間の知覚に関するいくつかの実証研究を調べてみましょう。



非常に単純なタスクで、2ミリ秒以下の遅延を感じることができることを示す多くの研究があります。 さらに、遅延の増加はユーザーに目立つだけでなく、単純なタスクのパフォーマンスの精度を低下させます。 遅延がどのように見えるかの視覚的なデモンストレーションが必要で、古いコンピューターが手元にない場合は、タッチスクリーン遅延のMSRデモをご覧ください 。

ゲーム用キーボードは通常より高速ですか？

大胆な発言をする前に、もっと多くのキーボードをテストしたいのですが、予備的なテストから、ゲーム用キーボードは通常のキーボードよりも速くないことがわかりました。



ゲーミングキーボードの場合、USB FS接続や1000 Hzポーリングなど、応答時間を短縮する機能がよく宣伝されています。 USB Low-Speed仕様では、パケット間の最小時間は10ミリ秒、つまり100 Hzに設定されています。 ただし、USBデバイスは多くの場合、この値を最も近い2のべき乗に丸め、8ミリ秒、つまり125 Hzで動作します。 パケット間の間隔が8ミリ秒の場合、次のポーリングラウンドを待機する必要があるため、平均遅延は4ミリ秒になります。 ポーリング間隔が1ミリ秒の場合、USBポーリングからの平均遅延は0.5ミリ秒で、3.5ミリ秒の差が生じます。 これは、Apple Magicなどの高速キーボードの遅延の顕著な増加ですが、キーボードの応答時間は他の要因により依存していることは明らかであり、テストのゲーム用キーボードは非常に遅いため、3.5ミリ秒節約できます。

おわりに

ほとんどのキーボードは、コンピューターでの作業のユーザーエクスペリエンスを低下させるほど顕著な遅延を追加し、「高速」キーボードが他のキーボードよりも必ずしも高速であると宣伝されていません。 私たちがテストした2つのゲーミングキーボードは、他のものよりも高速ではないことがわかりました。テストで最速のキーボードは、ミニマリストのAppleキーボードであり、速度よりもデザインの例として宣伝されています。



「正しい」ターミナルを選択すると、比較的悲観的な条件下でコンソールが最大100ミリ秒の大幅な遅延を追加することが以前に見られました。 次の記事では、コンベア全体の最初から最後までの応答時間を示します。他の遅延源がそれに寄与していること、およびいくつかの最新のデバイスが全体の応答時間を加速する方法を示しています。

付録：遅延の原因はどこですか

遅延の主な原因は、主要な移動時間です。 テストで最速のキーボードのキー移動がはるかに少ないことは偶然ではありません。 フレーム間隔は4 msで、240 FPSカメラで測定されました。 「通常の」キーストロークとプリントを撮影する場合、フルスクイズには4〜8フレームかかります。 ほとんどのスイッチは、キーが元の位置に戻る前に機能しますが、キーの移動距離は依然として重要であり、さらに10ミリ秒の遅延を簡単に追加できます（スイッチのメカニズムによって異なります）。 これをApple Magicキーボードと比較してください。AppleMagicキーボードでは、キーの移動量が非常に小さく、240 FPSカメラにまったく登録されません。つまり、4ミリ秒未満です。



インターネット上で見つけることができた他の測定値とは異なり、キーを押してからの時間は、スイッチの起動からではなく、ここで測定されることに注意してください。 人としてスイッチをアクティブにしないため、キーを押します。 スイッチをアクティブにして測定を開始すると、ほとんどの遅延が失われます。 たとえば、ゲームをプレイして前後に切り替える場合、画面上の動きを変更するには、キーボードによって異なるキーを押す時間を費やす必要があります。 多くの場合、「本物の」ゲーマーはキーを半押ししたままにし、押すのにそれほど時間をかけないことに反対します。 しかし、高速度カメラを使用して、実際にキーボードを操作する方法を撮影すると、ゲーマーの間でもこのようなテクニックを使用する人はほとんどいないことがわかります。 おそらくプロのトップゲーマーがそれを使用しますが、この場合でも、標準のWASDまたはESDFレイアウトを使用して、通常、前方キーと後方キーは半押しされません。 また、キーを半押ししたままにしておくことができるため、無駄なキーストロークの大幅な遅延は正常であるという考えは馬鹿げています。 排他的に最適化されたプログラムで50ミリ秒の応答時間を示すゲーム構成をまとめることができるため、現代のコンピューターでの長い応答時間は正常であると言っているようなものです。 通常の、ハードコアではないゲーマーは、これに煩わされません。 それらは絶対的な多数を構成するため、「深刻な」ゲーマーの行動は統計的エラーと間違われる可能性があります。



遅延のもう1つの重要な原因は、キーボードマトリックスのスキャンと、誤った繰り返しクリックを排除する遅延です。 これらの遅延はいずれも必須ではありません-マトリックスは各キーを個別に接続する代わりにキーボードにインストールされます。これは数ドルを節約するためであり、ほとんどのキーボードはマトリックスを非常にゆっくりスキャンするため、ユーザーが遅延を数ドル節約できるようになります。 しかし、製造業者は、人間の知覚のしきい値をはるかに下回るレベルに遅延を削減するために、コストをわずかに増やすことをいとわない。 2回目のプレスの遅延については、以下を参照してください。



ここではパフォーマンスの問題については説明しませんでしたが、入力速度を測定すると、キーの移動速度が他のどのキーボードよりも低いAppleキーボードの方が高いことに気付きました 。 ここで盲目的な実験を行うことはできませんが、ゲイリー・ベルンハルトなどがこれらの発見を確認しています。 キーストロークはタイピング速度に影響しないと言う人もいますが、これは可能な限り最低のストロークを使用するため、重要ではありません。 ただし、事前に押されたキーと同様に、実際に人がタイプするように、歩き回って高速カメラで撮影すると、実際にこれを行う人を見つけるのは困難です。

付録：遅延事項に対する反論

この記事を書く前に、私は見つけることができる応答時間に関するすべての資料を読みました-そして、以下から少なくとも1つの議論がコメントに欠けている記事に出くわすことは困難でした：

コンピューターとデバイスは高速です

応答時間の測定に対する主な反論は、入力遅延がほぼゼロであるため、無視できることです。 たとえば、 Slashdotのこのエントリに関する 2つのトップコメント。 そのうちの1人は言う：

50ミリ秒の遅延を持つ最新のキーボードはありません。 これはあなた（人）にとっての遅れです。



応答時間については、USBスタックのポーリング速度を上げる必要があります。

ご覧のとおり、一部のデバイスは50ミリ秒の応答時間中にまだ適合しています。 このスレッドの他のコメントと同様に、この引用は別の一般的な誤解を示しています-入力デバイスの応答時間は、USBのポーリング速度によって制限されます。 技術的にはこれは可能ですが、現在ではほとんどのデバイスはUSBポーリング遅延が制限となるような速度に近づいていません。



残念ながら、入力レイテンシのほとんどの説明は、USBバスが制限要因であることを示唆しています 。

人々は100または200ミリ秒の遅延を区別しません

これが「視覚と認知能力を研究する認知神経科学者」です。 彼は、人の反応速度が200ミリ秒であるという事実に言及し、100ミリ秒未満の遅延に誰も気付かないことを証明するための科学的なナンセンスの束を言います。 コメンテーターが彼の特別な権限を宣言し、科学用語を豊富に使用していることはここでは少し珍しいですが、一般的に、人間の反応速度は200ミリ秒であるため、50または100ミリ秒の遅延は気付かないと言われます。 これらは独立した量であるため、このような議論は意味がありません。 飛行時間は6時間なので、飛行機の1時間の遅れに気付かなかったと言っているようなものです。



この種の引数に関する別の問題は次のとおりです。 受け入れた場合、I / Oパイプラインの各段階で10ミリ秒の遅延を追加することを妨げるものはありません-結果として、合計時間は大幅に膨らみ、市場で最速のプロセッサを搭載したコンピューターを購入するときのような状況になり、応答時間は70年代の車よりも6倍悪いです。

ゲームは60 FPSで更新されるため、問題ではありません

基本的に、これは前のものと同じ誤fallです。 メジャーの半分の遅延がある場合、50％の確率でイベントを次の処理ステップに転送します。 これは100％の確率よりも優れていますが、遅延が重要であるために画面のリフレッシュレートと同じくらいの大きさにすべきだと人々が考える理由がわかりません。 また、参考までに、測定したキーボードの最速と最速の45ミリ秒のデルタは、60 FPSで2.7フレームに相当します。

誤って繰り返される押下を排除するため、キーボードは5/10/20ミリ秒より速くなることはできません

スイッチメカニズムを最適化する努力がなくても、システムに遅延を追加する必要がある場合、キーボードが接触の瞬間にキーのキーストローク（またはリリース）をカウントできない理由はありません。 これは他のタイプのシステムのどこでも行われ、私が知る限り、誰も同じことをするキーボードを気にしません（そして、それらのいくつかがこれを行うことを望みます）。 誤って繰り返されるクリックを排除するための時間は、キャラクターの再入力の速度を制限する可能性がありますが、応答時間に影響する必要がある理由はありません。 また、文字を再入力する速度を考慮した場合、遅延によってキーの状態が変化する時間に5ミリ秒の制限があることを想像してください。 これは、フルサイクル（押すと離す）に10ミリ秒、つまり1秒あたり100キーストロークがかかり、これはどの人の能力もはるかに超えることを意味します。 これにより、一部のアプリケーション（音楽、リズムゲーム）に悪影響を与える可能性のある特定の不正確さが生じると主張するかもしれませんが、スイッチメカニズムによって制限されます。 遅延を伴う誤った繰り返しクリックを排除するメカニズムを使用しても、状況は以前ほど悪化しません。



誤った繰り返しキーストロークを排除する際の遅延に関する追加の問題は、ほとんどのキーボードメーカーがポーリング速度と誤った繰り返しキーストロークを排除する際の遅延を混同しているように見えることです。 多くの場合、100〜200 Hzのポーリング頻度のキーボードを見つけることができます。 これは、「誤った繰り返しクリックを排除する遅延が5ミリ秒であるため、ポーリング速度を上げる理由はありません」などのステートメントによって正当化されます。ここでは、上記の両方のエラーが組み合わされます。 Apple 2eキーボードから回路を引き出すと、ポーリング周波数が約50 kHzであることがわかります。 誤った繰り返しクリックを排除するための遅延は約6 msで、167 Hzの周波数に相当します。 なぜ頻繁にキーボードをポーリングするのですか？ クイックスキャンのおかげで、キーボードコントローラーは遅延時間のカウントをすぐに開始し、167 Hzで照会される最新のキーボードとは異なり、誤った繰り返しクリック（最大20マイクロ秒後）を排除します。 このため、繰り返し操作のカウントダウン時間は6ミリ秒後に開始できます。つまり、一時停止には300倍の時間がかかります。



用語の説明が不足していることをおaびしますが、そのような議論をする人は誰でも説明を理解すべきだと思います:-)。

アプリケーション：実験的インストール

USB測定はUSBケーブルで行われました。 ケーブルを開くと信号の整合性が損なわれます。長いケーブルでは、信号の弱いキーボードによっては安価なロジックアナライザーに登録するのに十分なレベルにならないことがわかりました。



測定の開始は、キーボード上の1つとロジックアナライザーに接続されている2つのキーを同時に押すことによって開始されました。 2つのキーを同時に押すことはできないため、ここに特定のエラーが表示されます。 セットアップを調整するために、ロジックアナライザーに接続された2つの同一のキーを使用しました。 平均エラーの中央値は1ミリ秒未満で、エラーの90％は5ミリ秒以内に収まりました。 非常に高速なキーボードの場合、このサイズのエラーによりこのセットアップで測定することは不可能になりますが、この場合、平均遅延測定は許容できると考えることができます。 おそらく、ボタンを同時に押してロジックアナライザーをオンにするデバイスを設計すると、ボタンを同時に押したときのエラーを無視できる量だけ減らすことができます。 この設定により、平均値の測定精度も向上します（多数のテストを実行する方が簡単になるため）。



インストールの正確な構成を知りたい場合は、 EスイッチLL1105AF065Qスイッチを使用しました 。 電源とグランドはArduinoボードによって提供されます。 このような構成を特に使用する明確な理由はありません。 実際、Arduino全体を電源に使用するのは少しばかげていますが、私たちは即興のスペアパーツからすべてを行いました。つまり、これらのパーツはスイッチを除いてコワーキングセンターの研究室にありました。 少なくともいくつかのスイッチの2つの同一のインスタンスはなかったため、同じ機器でキャリブレーションするためにいくつかを購入する必要がありました。 特定のモデルはここでは重要ではありません。 低抵抗のスイッチが適しています。



テスト中に、 z



キーが押されました。USBバスのバイト29がチェックされ、対応する情報を含む最初のパケットの時間が記録されました。 しかし、上記の状況のように、どのキーでもかまいません。



現実には、私はこの構成を本当に信用しておらず、多数のキーボードをテストするために、完全自動インストールを構築したいと考えています。 私たちの結果は、インターネットで見つかった他の1つのテストの結果と一致していますが、このようなセットアップのエラーは、おそらく1〜10ミリ秒の範囲にあります。 理論的には多数のテスト実行の結果を平均化することで誤差が減少しますが、測定は人間によって行われるため、平均化後に誤差が独立して消失することは不要です。



私は、測定のために電話とコンピューターのより多くのモデルを見つけようとしています、そして、 もし彼女/彼がリストされていなければ、あなたのシステムまたはデバイスで簡単なテストを行うことをうれしく思います！ あなたが遠くに住んでいて、テストのためにデバイスを寄付したい場合は、私のアドレスに送ることができます：



ダン・ルー

再帰センター

455ブロードウェイ、2階

ニューヨーク、NY 10013