Limitação de resolução HiDPI em monitores 4K externos ocorre nos chips Apple Silicon M4·M5

 (smcleod.net)
1 pontos por GN⁺ 29 일 전 | 2 comentários | Compartilhar no WhatsApp
  • Na geração M4·M5, o modo 3840×2160@2x HiDPI não é suportado em monitores 4K externos, e o máximo possível é 3360×1890
  • Essa limitação ocorre devido a uma mudança na estrutura do firmware do Display Coprocessor (DCP), e não por um problema de desempenho de hardware
  • No M5 Max, o orçamento de framebuffer foi realocado por pipe, reduzindo a largura do pipe de fluxo único para 6720 pixels
  • Vários métodos foram tentados, como modificação de EDID, troca de porta e ajuste de propriedades de driver, mas nenhum funcionou
  • Atualmente, a solução completa seria a Apple corrigir o firmware do DCP; como alternativa temporária, é possível implementar 2x HiDPI por espelhamento de display virtual

Análise da limitação de HiDPI em displays 4K externos no Apple Silicon M4/M5

  • Nas gerações Apple Silicon M4 e M5, o modo HiDPI 2x completo (3840×2160@2x) não é oferecido para monitores 4K externos
    • O modo HiDPI máximo fica limitado a 3360×1890, tornando impossível o 3840×2160 HiDPI que era viável nas gerações anteriores (M2/M3)
    • O usuário precisa escolher entre texto borrado em modo não-HiDPI ou imagem nítida, mas com área de trabalho reduzida
  • Essa limitação decorre de uma mudança na estrutura do firmware do Display Coprocessor (DCP), e não de um limite de hardware
    • O M5 Max, pelas especificações, suporta 8K@60Hz, mas a capacidade reportada pelo DCP é a mesma do M2 Max
    • Nas gerações M4/M5, o framebuffer budget foi realocado por pipe, reduzindo o orçamento do caminho 4K padrão de 7680 pixels para 6720 pixels
    • A desmontagem do firmware do DCP mostra que o valor 6720 (0x1A40) existe como constante hardcoded

Ambiente de teste e resultados comparativos

Item M5 Max (com problema) M2 Max (funciona normalmente)
Chip Apple M5 Max Apple M2 Max
ID do modelo Mac17,6 Mac14,6
Núcleos de GPU 40 38
macOS 26.4 (25E246) 26.4 (25E246)
Display LG HDR 4K 32UN880 LG HDR 4K 32UN880
Conexão USB-C/Thunderbolt (HBR3, 8.1Gbps, 4 lanes) Igual
Modo HiDPI máximo 3360×1890 3840×2160
  • Em ambos os sistemas, os parâmetros do DCP como MaxActivePixelRate, MaxW, MaxH e MaxBpc são idênticos
  • Na saída de system_profiler, o backing store do M5 Max aparece como 6720×3780, e a UI como 3360×1890 HiDPI
  • Na lista de HiDPI modes, o item 3840×2160@2x também não existe

Mudanças na estrutura de framebuffer e pipe

  • O M2 Max usa um orçamento único por controlador (MaxSrcRectWidth=7680)
  • O M5 Max mudou para uma estrutura de orçamento por sub-pipe (MaxSrcRectWidthForPipe=(6720,7680,7680,7680))
    • A saída 4K de fluxo único usa apenas o sub-pipe 0 (6720)
    • A saída 8K usa 2 sub-pipes (0,2)
  • Por causa disso, o 4K HiDPI (backing store de 7680×4320) excede o orçamento do sub-pipe 0 e não pode ser gerado
Sub-pipe MaxSrcRectWidth Uso
0 6720 Fluxo único (display padrão)
1–3 7680 Multi-pipe (8K etc.)
  • Comparação de MaxVideoSrcDownscalingWidth
    Controlador MaxSrcRectWidthForPipe[0] MaxVideoSrcDownscalingWidth Razão
    Display interno 5120 10744 2.1x
    Display externo 6720 6720 1.0x
    • O display interno tem margem de scaler, mas o externo não, o que impede 3840×2160 HiDPI
  • MaxSrcRectWidthForPipe e MaxVideoSrcDownscalingWidth ficam fixos no carregamento do driver e não podem ser alterados em runtime
    • Mesmo com troca de porta, modo clamshell ou modificação de EDID, o valor continua 6720

Análise do firmware DCP

  • O arquivo de firmware fica em /System/Volumes/Preboot/<UUID>/restore/Firmware/dcp/, e o M5 Max usa t605xdcp.im4p
    • Está em compressão LZFSE (4.1MB → 16.4MB) e não é criptografado, podendo ser extraído com img4tool
  • As propriedades relacionadas a HiDPI (MaxVideoSrcDownscalingWidth, MaxSrcRectWidthForPipe, IOMFBMaxSrcPixels, ExternalAppleLook) são todas definidas dentro desse firmware
  • A função IOMFB::UPPipe::verify_downscaling(SwapRequest *) valida a largura de origem solicitada com base em MaxVideoSrcDownscalingWidth
  • Resultado da análise no Ghidra
    • Sub-pipe 0 de display externo: 0x1A40 (6720)
    • Sub-pipes 1~3: 0x1E00 (7680)
    • Sub-pipe 0 de display interno: 0x1400 (5120)
    • Altura de todos os sub-pipes: 0x1200 (4608)
  • A limitação opera em duas etapas
    1. MaxSrcRectWidthForPipe[0] (6720) → limita na etapa de enumeração de modos
    2. MaxVideoSrcDownscalingWidth (6720) → limita na etapa de validação em runtime
  • Como outros pipes do mesmo controlador suportam 7680, fica confirmado que é uma política de firmware, não uma restrição de hardware

Tentativas de resolver o problema

  • Display Override Plist

    • Adição da resolução HiDPI 7680×4320 em /Library/Displays/.../DisplayVendorID-1e6d/DisplayProductID-7750
    • No M5 Max não teve efeito; no M2 Max funcionou normalmente
    • O WindowServer do M5 Max não enumera esse modo

  • Patch de software no EDID

    • Inserção de EDID modificado em IODisplayEDID (4095×4095, pixel clock máximo de 655.35MHz etc.)
    • Sem efeito
    • O desenvolvedor do BetterDisplay relatou caso de sucesso em M4 obtendo framebuffer 8K via override de EDID por software
    • Porém, como um painel 4K não consegue exibir sinal 8K real, isso não é uma solução prática

  • Flash de hardware no EDID

    • Após adicionar o modo 7680×4320@60Hz (VIC 199) ao EDID e gravá-lo no EEPROM do monitor LG
    • O DCP atualiza para MaxW=7680, MaxH=4320, mas o limite de 6720 no sub-pipe 0 permanece
    • Ao definir timing 8K como padrão, o modo 3840×2160@2x é criado, mas o macOS tenta enviar um sinal 8K real e a imagem não pode ser exibida

  • Modificação do registro IOKit

    • Tentativa de alterar diretamente propriedades do DCP como DisplayHints e ConnectionMapping
    • O driver de kernel (AppleDisplayCrossbar) recusa escrita (kIOReturnUnsupported)

  • Outras tentativas

    • Limpeza do cache do WindowServer, redução do número de displays conectados, troca para HDMI e chamada da API privada do SkyLight (SLConfigureDisplayWithDisplayMode) falharam
    • Ao se passar por um display Apple (inserindo Apple Vendor ID no EDID), ele aparece como “Apple Pro Display X”, mas ExternalAppleLook=No e não há mudança no orçamento

  • Resumo dos resultados de escrita de propriedades no IOKit

    Serviço Método Resultado
    IOMobileFramebufferShim IORegistryEntrySetCFProperty kIOReturnUnsupported
    AppleDisplayCrossbar etc. IORegistryEntrySetCFProperty kIOReturnNotReady
    IOAVController IORegistryEntrySetCFProperty Accepted (mas não é repassado ao DCP)

Teste de boot args de RuntimeProperty

  • O firmware contém a função IOMobileFramebuffer::parse_RTP_boot_args(), indicando possibilidade de sobrescrever propriedades no boot
    • Ex.: iomfb_RuntimeProperty_ExternalAppleLook, iomfb_enable_bw_check, iomfb_dual_pipe_policy etc.
  • Com SIP e Startup Security relaxados, foi feito teste com sudo nvram boot-args=, mas o firmware DCP não reagiu
    • Supõe-se que esse caminho de código esteja ativado apenas para desenvolvimento

Solução temporária com Virtual Display Mirror

  • Foi criada a ferramenta CLI force-hidpi usando a API privada SLVirtualDisplay do SkyLight para criar um display virtual (7680×4320) e espelhar por hardware o painel 4K real
    • O caminho de espelhamento por hardware contorna a verificação verify_downscaling
    • Em system_profiler, aparece como “Hardware Mirror: Yes”
  • Dessa forma, é possível implementar 3840×2160 HiDPI
    • O texto fica nítido e a UI do macOS é renderizada com densidade 2x normal
    • O display virtual usa PQ (ST 2084) EOTF e aplica correção de gama para painéis SDR
  • Desvantagens
    • A ferramenta precisa ficar rodando o tempo todo; ao encerrar, volta para 1.0x
    • Um display adicional aparece nos Ajustes do Sistema
    • A renderização de texto é ligeiramente diferente da HiDPI nativa do M2 Max
    • A dependência de API privada pode causar instabilidade em atualizações do macOS

Resumo da causa e possibilidade de correção

  • M2 Max: orçamento de 7680 pixels por controlador → 3840×2160 HiDPI possível
  • M5 Max: mudança para estrutura por sub-pipe, com o pipe 0 de fluxo único limitado a 6720
  • Com isso, o máximo de 4K HiDPI cai para 3360×1890
  • Modificação de EDID, troca de porta e ajuste da quantidade de displays não mudam isso
  • A solução definitiva é a Apple corrigir o firmware DCP (t605xdcp.im4p)
    1. Elevar a constante hardcoded 0x1A40 para 0x1E00
    2. Permitir backing store HiDPI multi-pipe mesmo em pipe único
    3. Permitir alocação dinâmica com base nos displays conectados
    4. Expor propriedade de runtime ou boot args
  • O feedback FB22365722 foi enviado à Apple
  • A Apple está ciente do problema e, por enquanto, responde adicionando um aviso sobre a limitação de resolução escalada na página do produto

Resumo dos comandos de diagnóstico

  • ioreg -l -w0 | grep "IOMFBMaxSrcPixels" : verifica o orçamento de framebuffer por pipe
  • ioreg -l -w0 | grep "MaxVideoSrcDownscalingWidth" : verifica o limite do scaler
  • system_profiler SPDisplaysDataType : resumo do display
  • CGSGetNumberOfDisplayModes : verifica a lista de modos HiDPI

Exemplo de funcionamento normal no M2 Max

  • O modo 3840×2160@2x HiDPI está presente
  • Parâmetros do DCP: MaxW=3840, MaxH=2160, MaxActivePixelRate=497,664,000
  • Em IOMFBMaxSrcPixels, é confirmado MaxSrcRectWidth=7680
  • No mesmo display LG HDR 4K, é possível usar o modo HiDPI completo

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2 comentários

 
cnaa97 29 일 전

O básico pelo menos deveria estar bem resolvido..
 
GN⁺ 29 일 전
Comentários do Hacker News

  • Comprei recentemente um MacBook Pro M5 Pro pela primeira vez e estou um pouco arrependido
    O notebook em si é excelente, mas não é realmente compatível com meu monitor LG 38WN95C-W (3840x1600@144Hz, USB-C)
    Com o BetterDisplay dá para usar 3360x1400 HiDPI, mas acabo perdendo o espaço de tela ao qual estava acostumado
    Eu não imaginava que o M5 seria pior que a geração anterior. A Apple acerta muita coisa, mas erra nesse tipo de ponto básico
    Agora acho que vou ter que perguntar à Apple Intelligence como explicar para minha esposa que preciso de um monitor novo

    • Passei por um problema parecido, mas ele foi resolvido depois que eu mandei um e-mail para Tim Cook
      Era um bug de DisplayPort DSC em que o macOS, desde o Catalina, não suportava taxas de atualização acima de 60Hz
      O suporte da Apple ficou repetindo diagnósticos por semanas e no fim encerrou como “WontFix”, mas depois do e-mail foi corrigido no Sonoma
      Link do fórum relacionado
      • Não espero que um e-mail para o CEO realmente chegue até ele, mas por via das dúvidas eu também mandei
      • Eu também atualizei de M1 Pro para M5 Pro, mas, com a mesma combinação de dock e monitor, não consigo passar de 4K 60Hz
        O problema apareceu depois que troquei do macOS Sequoia para o Tahoe
      • Também acabei de mandar um e-mail. É um problema realmente absurdo
      • Foi ouvindo isso que percebi: então esse era o motivo de o meu MacOS parecer mais lento que o Windows no mesmo monitor de 144Hz
      • Não foi totalmente corrigido. A Apple fez uma gambiarra com DP 1.4 para tocar o ProDisplay XDR e talvez tenha negociado com monitores que não são da Apple fingindo que a GPU só suportava 1.2.
        Esse problema atual pode ser uma continuação disso

  • Dá para ver que o autor colocou um esforço enorme para resolver esse problema.
    É triste que precise chegar a esse ponto para a Apple reconhecer a falha

    • Eu também sofri com as configurações de PIP/PBP em um G9 ultrawide de 57"
      No fim, resolvi destravando as limitações do Mac no BetterDisplay e combinando um cabo DisplayLink com um dongle HDMI com alimentação
      5120x1440 @ lodpi era borrado demais, mas consegui estabilizar em 10240x2880 @ 120Hz HDR
      Ri ao ver o título. A dor do OP é muito identificável
    • Também passei o fim de semana inteiro quebrando a cabeça atrás de uma solução, mas não havia um workaround decente
    • Também tive um problema parecido, e explorar a questão de hardware com Claude ou GPT foi útil porque eles sugeriram rapidamente os passos de solução
      O autor provavelmente também começou sem quase nenhum conhecimento sobre displays

  • Também quase enlouqueci porque um monitor externo 4K parecia borrado no meu novo MacBook M4
    Nem replicar a configuração anterior resolveu, e comecei a suspeitar que a Apple só otimiza para seus próprios displays

    • A forma como o macOS lida com resolução e escalonamento continua estranha
      Nem o Windows 11 tem esse tipo de problema, mas no macOS o texto fica estranho em monitores que não são da Apple
      Eu já tinha enfrentado isso na época dos Macs Intel ao conectar via dock Thunderbolt
      Queria que eles voltassem a oferecer a opção de renderização subpixel
    • Não entendo por que “lodpi” seria borrado.
      Uso há 8 anos um monitor 4K de 43" em escala 1x e nunca notei diferença entre Linux, M1 e M4
    • Também tentei todas as combinações com BetterDisplay, mas as fontes continuavam borradas. Em um monitor 5k2k grande isso era ainda mais frustrante
    • Vendo como a qualidade geral do macOS anda instável hoje em dia, é bem possível que isso seja simplesmente falta de boa gestão da empresa

  • Se for um monitor com EDID bagunçado, talvez dê para resolver com o app CLI screenresolution
    Com ele consegui definir resoluções e taxas de atualização arbitrárias e usar até 100Hz com estabilidade

    • Valeu. Só que essa ferramenta aparentemente só muda resolução e taxa de atualização, e não parece controlar o escalonamento HiDPI

  • Será que o autor está tentando renderizar um framebuffer 8K em um display 4K e depois fazer downscale?
    Fico curioso sobre qual seria a vantagem em relação a um simples 4K low-DPI. É uma espécie de anti-aliasing grátis?

    • Exato. Quando não está em escala 2x, o macOS tem qualidade ruim na renderização de texto, então é por isso que fazem isso
    • A ideia central é evitar perda de qualidade ao escalar em resolução não nativa
      No Windows, em escala 1,5x o texto fica borrado, mas no macOS ele reduz um framebuffer 6K para 4K para manter a nitidez
    • Eu também uso esse mesmo método com o BetterDisplay
      Mesmo em um monitor 2K, se você reduzir um framebuffer virtual 5K para 2K, fica muito mais nítido do que o 2K padrão do macOS

  • Também enfrentei um problema parecido com o M5 Air
    Um monitor 4K 60Hz funciona bem, mas, quando conecto dois monitores gamer 4K de alta taxa de atualização ao mesmo tempo, um deles não é reconhecido
    Depois de testar vários cabos, percebi que no fim era limitação de largura de banda

  • Isso não é uma configuração Retina comum.
    É uma configuração incomum em que o framebuffer fica muito maior que a resolução real e depois é reduzido
    Como a maioria dos usuários não quer esse tipo de configuração, a Apple aparentemente não liga muito para isso

    • Eu só conectei um LG UltraFine 4K padrão a um MacBook Pro M5, então não entendo como isso seria uma configuração anormal
    • Isso não seria uma espécie de supersampling 2x? Para um anti-aliasing perfeito, algo assim seria necessário
    • Também concordo com a opinião de que isso é uma configuração anormal. Não entendo por que renderizar com o dobro de pixels para depois reduzir à metade
    • Mas até notebooks Windows de entrada fazem esse tratamento de resolução sem dificuldade,
      então é meio decepcionante que o Mac, a principal plataforma para criadores, não consiga lidar com isso

  • Em HiDPI, não seria 1080p@2x? Isso ainda é possível?

    • Isso mesmo. Em um display 3840x2160, o normal no macOS é usar 1920x1080@2x
      Mas não entendo por que usar um buffer 7680x4320.
      No meu Mac M4, uso um display 4K com buffer 5120x2880 (2560x1440@2x) e funciona bem
      Isso no macOS Sequoia
    • Também não entendi muito bem o ponto principal do texto. Em um monitor 4K, 4K HiDPI não existe.
      Isso seria apenas 2160p@2x em um monitor 8K. Escala de 100% em 4K fica ruim em qualquer sistema operacional
    • No fim, parece que estão falando de uma configuração anormal de 2160p@2x

  • Acho que o texto ficaria mais convincente se tivesse capturas de tela comparando o borrado do texto

    • Obrigado pelo feedback. Não é fácil fotografar isso com precisão, mas, depois do trabalho, vou atualizar com fotos