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Quadro FX 1700在Solidworks 2008环境测试


CNET中国·ZOL 【无】 2008年09月01日 16:23 评论

    长久以来,图形卡市场就有专业显卡和娱乐显卡之分,两者既相互关联,又泾渭分明。关联者,两者都是计算机强大图形显示能力的有效保证,且有时均由同一厂商提供,在芯片研发方面相互借鉴关联;分明者,两者针对不同用户,娱乐显卡针对消费娱乐市场,提供对游戏、影音、商用图形的支持,而专业显卡则针对专业图形设计用户,且由于专业卡大多安装在图形工作站平台内,因此也被称为工作站图卡。用户定位不同,导致专业卡和娱乐卡在品质精度、软件驱动和价格等方面有着较大差别。本文将在Solidworks公司的三维机械设计软件Solidworks 2008上,带领读者体验专业显卡在专业图形软件中的效能表现。

    一、 Solidworks 2008与测试平台


Quadro FX 1700在Solidworks 2008环境测试

    SolidWorks公司是达索系统(Dassault Systemes S.A)旗下的公司,专门研发和销售Windows平台下的三维机械设计软件。1993年,PTC公司的技术副总裁与CV公司的副总裁发起成立了SolidWorks公司,因此,SolidWorks公司的产品上留下了很深CV公司和PTC公司的影子,但有具有自身鲜明的个性——完全基于Windows平台的、参数化特征建模三维机械设计系统。SolidWorks软件自1995年诞生起一直是机械工程师和设计师的最喜欢的CAD系统之一,其始终代表着CAD软件业“易用性、创新性和实用性”的潮流。
   
    由于使用了Windows OLE技术、直观式设计技术、通用的Parasolid内核以及良好的与第三方软件的集成技术,SolidWorks成为全球装机量最大的三维设计软件。

    在中国地区,根据《CAD/CAM与制造业信息化》杂志2006年的调查,有超过45%的CAD工程师正在或曾经使用SolidWorks软件,在清华大学、北京航空航天大学、北京理工大学和上海交通大学等知名大专院校中,SolidWorks成为了最受学生欢迎的三维设计教学辅助性软件平台。在中端主流三维CAD系统中,SolidWorks是当之无愧的第一名。

    为什么SolidWorks如此受欢迎呢?这与SolidWorks的易学易用、且对硬件系统要求不高有关。完全基于Windows平台的SolidWorks在Windows下系统资源的利用率非常出色,能以有限的系统资源获得良好的三维图形表现。在SolidWorks 2006版本的时候,普通的P4处理器配合512MB内存和入门级专业图卡,就能处理大多数三维设计任务,甚至包括1000个零件左右的装配体。在2008版本时代,64位技术和WINDOWS VISTA出现了,而用户也希望SolidWorks更加智能,系统处理能力更加强大,因此,SolidWorks 2008的硬件需求大幅度提高了。尽管SolidWorks官方公布的配置仍然非常平民化,但实际上要流畅运行SolidWorks 2008版本软件完成设计任务(是作为工作平台而不是作为学习平台),2GHz的处理器、1GB的内存和一片中端专业显卡是必不可少的。

    而当模型的特征大于1000,或者装配体的零件数量接近10000个,最好安装4GB以上的内存,而处理器则采用多核64位产品。显卡方面,用户仍然可以采用中端配置的专业图卡,这就是SolidWorks的特点之一,尽管模型规模变大,但SolidWorks对显卡的需求并不是无限制的提高。我们在这里推荐的显卡是丽台Quadro FX 1700显卡。

    SolidWorks的用户主要集中在常见机械产品设计领域,很少出现超大规模的模型,即使在系统内将图形显示品质开到最大(其实没有必要,机械结构设计的过程中对模型显示品质的要求不高,在外观设计阶段才有所需求),丽台Quadro FX 1700显卡也能应付自如。

    不过需要指出,SolidWorks 2008只有在经过认证的专业显卡上才能打开一些模型渲染选项,如REAL VIEW功能,这项功能保证模型能获得实时高质量的渲染,以帮助外观设计师即时获得材质体验,而不必等待最终的渲染工作。打开REAL VIEW功能后,模型变得极富真实感,特别是金属材质的模型,材质的真实感更强。通过认证、且仍在市场上销售的显卡仅有Quadro系列和FireGL系列,丽台Quadro FX 1700显卡就是其中之一。

    本次测试SolidWorks 2008的硬件平台如下:

    处理器 Intel Xeon 5120双核,1.86G双核
内存 4GB ECC DDR2
显卡 丽台Quadro FX 1700, 512MB显存,256bit,支持DirectX 10和OpenGL 2.0,POWERdraft驱动程序
硬盘 160GB SATA2
操作系统 Windows XP PRO 64

    测试平台的配置和大多数企业中常使用的中端主流工作站类似,另外,为了在64位平台下运行SolidWorks 2008,我们还安装了64位升级包,以便应用程序能获得更好的内存效率。

    二、 丽台Quadro FX 1700和Quadro FX显卡

    丽台 Quadro FX 1700是一款专业图形3D显卡,是丽台 Quadro FX 1500的后续产品。丽台 Quadro FX 1700显卡采用DirectX 10统一渲染架构,没有传统意义上渲染管线的概念,支持DirectX10.0和Shader Model 4.0等特效。

Quadro FX 1700在Solidworks 2008环境测试

    供电部分,这款显卡采用了核心与显存独立的供电方式,显卡采用了三洋固态电容与电解电容的搭配,加上半封闭的电感,为显卡长期稳定提供了保证。 散热方面,丽台 Quadro FX 1700搭载了涡轮散热器,具有不俗的散热效果,达到了静音散热的目的。

    显存部分,丽台 Quadro FX 1700显卡搭载了2.5ns GDDR2显存颗粒,组成了512MB/128bit的规格,由于使用了512MB大容量的显存,在专业制图领域有着更突出的表现。 输出部分,丽台 Quadro FX 1700显卡采用了双DVI+S-Video,支持各种类型的双头输出模式,加上板载独立的RAMDAC与TMDS模块,实现高达2560x1600的高 分辨率输出。

    NVIDIA Quadro FX显卡具有统一渲染架构技术,可让着色器模拟各式各样的物理特征,如光源效果中的光源散布、反射、折射及BRDF模型等,又如铸造物表面效果、多孔表面效果和塑料体表面效果等物质表面的特性。实时着色器可让这些效果相互结合,并可随意进行修饰,以实时、真实地显示模型。统一渲染架构技术的效率和效果是2D静态材质贴图所不能比拟的。

特    性 丽台NVIDIA Quadro FX 3700
显存数量 512MB DDR2
显存位宽 128-bit
显存带宽 12.8GB/sec.c
最高功耗 42W
显示器连接 2个DVI-I,HD-OUT
支持图形API OpenGL2.1,Shader Model 4.0,DirectX 10.0
SLI支持 否
几何处理能力(每秒处理三角形数量) 191 Million
填充率(每秒处理像素数量) 7.36 Billion

    作为专业显卡Quadro FX家族中的一员,丽台Quadro FX 1700相比娱乐类的GEFORCE显卡有着本质的不同。

    (1) 矢量图形硬件抗锯齿功能

    在CAD软件中,精确的线条图不是以像素数据的形式存在,而是以矢量数据定义的形式存在,如此可以保证图形计算的精确性。但是,显示器显示图形时必须以像素形式。因此,精确的矢量图形以像素形式近似地显示就会出现精度降低的问题,表现在屏幕上就是线条和曲面、实体的边缘不光滑,锯齿现象非常明显。对于规模庞大且精细的CAD线条图形而言,锯齿对显示效果的影响是很明显的。Quadro FX专业显卡对矢量数据的显示采用了更为精确的数据模型,在数据量大幅度增加的情况下,减轻甚至消除了锯齿问题,这就是Quadro FX的硬件抗锯齿功能。对于GEFORCE显卡的用户而言,矢量图的精确显示则并不重要。

Quadro FX 1700在Solidworks 2008环境测试

    (2) 硬件逻辑操作

    CAD图形设计过程是人机交互的过程,设计人员经常需要对三维图形中特定的点、线、面进行拾取,以执行特定的操作。比较典型的操作过程是:选取操作对象,旋转、局部放大或平移,执行后续操作,这一过程完全是用户和计算机图形的精确交互。被拾取的部分图形必须准确地得到突出显示,如变成不同的颜色或变得具有透视效果,这种图形的交互式逻辑操作需要显卡的硬件支持,而这就是Quadro FX的硬件逻辑操作功能,而这一功能需要显卡硬件对OpenGL的完美支持。对于GEFORCE显卡的用户而言,游戏过程中并不需要精确的图形交互,因此,这种矢量图形的硬件逻辑操作也是GEFORCE显卡所不提供的。没有硬件逻辑操作功能的GEFORCE显卡在CAD软件下,将此部分操作转交给了软件系统,增加了系统的负担。

    (3) 重叠图形处理

    正如上文所讲,CAD图形交互过程中,用户需要不断与软件系统对话,将设计参数、功能参数等数据提供给计算机,计算机也要将处理结果反馈给用户,因此,在三维图形界面下必须不断弹出交互窗口,这些窗口往往与三维模型的场景重叠。你是否想过:重叠部分的三维模型不用显示,这部分数据如何处理?当用户移走上层窗口,被遮挡部分的模型能否及时地复现在显示屏上?新近被遮挡的模型能否及时地被移过来的窗口所覆盖?这些问题是计算机交互式图形处理系统所必须考虑到的,而Quadro FX通过硬件桢缓存的形式智能地执行这些操作,被遮挡的像素数据将进入硬件缓存,当窗口移走,再从缓存中回读像素数据,复现在屏幕上。Quadro FX支持的硬件桢缓存和像素回读功能非常强大,对于CAD软件中的重叠图形处理非常有效,而GEFORCE对此的支持则非常有限,要通过软件系统进行额外的运算来完成。很多GEFORCE用户有这样的感受,在CAD软件下当弹出窗口较多时,系统的反应开始迟钝,一些窗口移动后,被遮挡的模型不能及时地复现,需要等待一段时间;弹出菜单本该遮挡下面的图形,但是正相反,下面的图形遮挡了菜单……这些都是GEFORCE这样的娱乐显卡不能很好的处理重叠图形问题所造成的。

    (4) 动态显存管理和UMA

    针对专业图形的Quadro FX显卡具备更为科学的显存管理机制,当进行大型CAD图形设计时,显卡会智能地分配管理显存,首先保证CAD软件需要,首先保证当前模型、当前视图的需要,以保证正在进行的工作流畅运行。而GEFORCE用户基本不涉及这个问题,因此也不提供类似的显存管理功能。其结果是,使用GEFORCE运行大型三维图形设计时,256MB显存的实际效果与同样Quadro FX 256MB显存的效果相差巨大,且同时运行多个模型时GEFORCE的运行效率大幅度降低。而且,Quadro FX支持UMA(统一显存构架)技术,将祯、材质和矢量数据统一存放在显存中,并根据应用需要动态调整资源,提高了数据传输和显存利用的效率,对进行复杂外观、场景设计的CAD和DCC用户而言,UMA所带来的效果非常明显。

Quadro FX 1700在Solidworks 2008环境测试

    (5) 双面光源处理

    在计算机中显示三维模型需要通过三角形或多边性的面片,这些面片组成了多姿多彩的三维世界。而为了得到真实感的三维模型,必须考虑光源问题,必须通过计算机模拟自然界光源的反射、散射等效果。Quadro FX支持双面光源处理,保证了当CAD用户旋转不封闭曲面,或剖切封闭的空间时,三维模型的另一面或内表面同样得到很好的光源处理,从而得到内外兼具真实感的完整三维模型。GEFORCE用户并不需要双面光源处理,因为在游戏场景中的三维物体仅仅需要处理对外显示的面,而物体的内侧不需要显示,因而不需要额外花费资源进行处理。这是三维CAD和三维游戏的需求明显不同,因此,Quadro FX和GEFORCE在处理这一问题时所采用的方式也明显不同。

    (6) 专业软件认证和优化

    为了保证在各种CAD/DCC专业软件中获得最佳表现,Quadro FX全系列显卡都额外进行一项工作:专业软件认证。NVIDIA和大量的专业软件厂商合作,包括Autodesk、PTC、DASSAULT SYSTEMES、Solidworks、Simense PLM等主流厂商,在Quadro FX的设计、检测阶段保证其在专业软件中的良好、稳定表现。在Quadro FX显卡的驱动程序中,专门针对不同的专业应用进行了优化调整,用户选择相应的优化方案后效能可以得到不同程度的改善。而这些工作是不会在GEFORCE显卡系列上进行的,理由很简单,成本会大幅度提升,而游戏娱乐用户也不需要。

    (7) 寿命周期和技术支持

    工作站计算机产品的更新周期不低于18个月,而家用娱乐计算机产品的更新周期不会超过12个月。换句话说:一片Quadro FX显卡在用户那里即使连续服役超过1年半,也能应付专业工作的需要;一片GEFORCE显卡如果到了一年还不下岗,用户恐怕无法享受市面上新的游戏了。两者寿命周期的不同也导致了服务期限的不同,Quadro FX的客户服务长达3年之久,而服务范畴除了硬件方面的问题外,还包括专业软件和硬件平台之间的兼容性问题。GEFORCE显卡的服务大多不超过6个月,有些厂商也宣称三年,但使用超过1年的GEFORCE显卡谁还会关心服务呢?直接购买新上市的产品显然更划算。

    (8) 专业平台下的性能差距

    让我们看看Quadro FX显卡和GEFORCE显卡在专业图形系统下的性能到底有多大差距吧。我们采用通用的SPEC Viewperf 10来进行测试,请看下面的表格。

项目 Quadro FX 1700 Geforece 8600 GTS 差距
3dsmax 30.21 9.75 307%
Catia 35.11 5.84 599%
Ensight 28.94 13.11 213%
Maya 110.09 26.64 412%
ProE 33.92 12.55 270%
SW 57.66 14.81 384%
Tcvis 23.67 3.02 766%
Ugnx 19.54 3.81 633%

    测试平台的其他配件都是一样的,仅仅显卡不同(驱动程序不同,均关闭FSAA),两者间的差距非常明显,在Tcvis 和UG NX测试中,项目性能差距甚至达到了766%和633%。

    三、 实际测试

    在用户反馈的基础上,SolidWorks 2008 相比上一版本新增了 250 多个增强性的功能,这些功能只有一个目的,那就是帮助用户将主要精力放在设计上,而不是放在如何使用软件上。Quadro FX 1700也是如此,它和SolidWorks 2008可谓一对绝配,帮助用户不知不觉间获得最佳的设计体验。通过Quadro FX 1700这类专业显卡的支持,SolidWorks 2008新增的真实感功能得到了最好的展现,通过实时的材料、环境照明、反射和阴影效果,用户可以更好地实时“实现”自己的设计。

    SolidWorks从2004版本开始,与NVIDIA公司合作开发了realview功能,帮助用户获得更好的真实感图形渲染效果,以便在设计早期就能预览产品最终的形态,这一功能获得了用户的广泛认同。在SolidWorks 2008发布后,realview的版本升级到了2.0,功能更强,效果更高。而且,性能更强的新一代NVIDIA Quadro FX显卡加入了realview的支持列表,Quadro FX 1700就是其中之一。Realview 2.0的发布代表了硬件厂商NVIDIA和三维设计软件厂商SolidWorks的合作进一步加深。

Quadro FX 1700在Solidworks 2008环境测试

    采用Realview 2.0技术的SolidWorks 2008,在模型光感、材质表现方面迈进了一大台阶。设计师不需要进行任何多余的设置,只要制定了材质,打开软件的Realview功能开关,在软件界面下的模型就会发生翻天覆地的变化。

Quadro FX 1700在Solidworks 2008环境测试

Quadro FX 1700在Solidworks 2008环境测试

    在Quadro FX 1700的驱动程序中,我们可以根据CAD应用的种类选择相应的3D参数设置,如下图。这些设置背后是大量显卡硬件和驱动参数的自动化调整,通过这些调整获得最佳的性能表现。SolidWorks也在这些列表中,列表也表明了Quadro FX 1700通过了相应软件的认证。

Quadro FX 1700在Solidworks 2008环境测试

    SolidWorks 2008在处理大装配的时候有自己的办法,这些办法帮助用户不需要很强的硬件系统也能处理大装配。这个办法就是“Selective Open”,选择性地打开大装配体。大部分用户在处理大装配体时仅仅需要对其中的某一部分进行操作,这时可以仅仅选择将这部分模型读入内存,其他部分则“轻量化”,这样一来就能大幅度的节省系统资源,无论是内存还是显示系统的压力都减小很多。下图的这个大装配是SolidWorks 2008的经典模型,特征和零配件数量超过了10,000,采用还原方式打开,足足花了系统21分钟的时间,而采用Selective Open的方式,仅仅花了不到8分钟的时间(只打开了模型的部分传动组件)。这个模型在SolidWorks 2008下,打开realview开关,依靠Quadro FX 1700的图形性能,可以自如的拖动、平移和旋转,没有明显的阻滞感(如果读入全部数据,恐怕系统就无法正常运行了)。

Quadro FX 1700在Solidworks 2008环境测试

    SolidWorks 2008还提供了SWIFT Instant3D技术,用户通过拖动等灵活、人性化的方式可以直接修改模型,但是对于复杂的模型,实时地拖动修改需要图形系统及时作出反应,不能有任何迟滞,否则这项功能就成了摆设,用户会感觉很“不爽”,而在Quadro FX 1700的加速下,这种情况基本不会发生。

    四、 结论

    丽台NVIDIA Quadro FX 1700是面向中端专业图形用户的专业显卡,在CATIA、PRO/E、SolidWorks和MAYA中都能获得不错的表现,在SolidWorks 2008中的表现非常不错。这两年,SolidWorks的曲面功能和实时渲染功能越来越强,SolidWorks2008也就是个开始,对曲面和模型品质有要求的用户必须依靠丽台NVIDIA Quadro FX 1700这样的专业显卡才能获得希望的图形效果。

    笔者建议,预算不紧张的专业用户,如果在SolidWorks 2008环境下经常需要处理1000个特征以下的零部或零部件在1000以下的装配体,可以考虑采用丽台NVIDIA Quadro FX 1700作为图形核心,配上主流的双核处理器和2GB内存,应该可以应付到下一版本SolidWorks 发布的时候,而下一个版本发布的时候,增加一些内存这套平台就能继续工作。

 

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