丽台Quadro FX 1700在Solidworks 2008环境应用测试

BEAREYES.COM 北京 [ 业界动态 ] 作者:新闻日期:2008年09月02日

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

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。

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。

（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。

（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。

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。

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。

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）。

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。