丽台Quadro FX 3700在Pro ENGINEER的应用测试

BEAREYES.COM 北京 [ 业界动态 ] 作者:新闻日期:2008年07月24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PTC公司的著名大型三维CAD/CAM系统Pro/ENGINEER上，引领读者感受专业显卡丽台Quadro FX 3700在专业图形软件中的出色表现。

一、 Pro/ENGINEER与测试平台

Pro/ENGINEER ——PTC最主要的 MCAD/CAM/CAE 软件，大部分用户习惯的叫法更多是“PRO/E”。自从野火版推出，其强大的功能受到了业界用户的广泛好评。在Pro/ENGINEER Wildfire 3.0 推出的时候，友好的用户界面、改进的功能设计、增强的数据集成能力已经给行业工程师、设计师带来了惊喜，有更多的人不再犹豫，从老版本的Pro/ENGINEER转向了野火版。2008年，PTC 公司推出了 Pro/ENGINEER Wildfire 4，野火版 4 基本延续了野火 3.0 的强大功能，但在草图、概念设计、建模效率方面有了突破性的改进。

野火 3.0和野火4.0的强大功能对硬件系统提出了更高的需求，要想流畅地运行Pro/ENGINEER野火版4.0，PTC官方建议内存至少要1GB，而且要留出3GB—5GB硬盘空间用于数据缓存。处理器至少需要2.4 GHz主频，而且建议双核处理器，以分担系统多余的计算任务。至于显卡，PTC官方显得非常谨慎，建议用户选择有限的十几款经过其认证的专业OpenGL显卡，并且声明这是为了最大程度地保证图形系统的兼容性和稳定性，而且只有使用经过认证的专业显卡才能提供双屏显示（Dual Monitor）等特殊的Pro/ENGINEER功能，同时支持Span mode（扩展屏幕显示模式）和dual monitor mode（重叠屏幕显示模式）。

PTC在在其官方网站上公布了所有通过认证的专业显卡，其中NVIDIA作为PTC公司的硬件合作伙伴，其Quadro显卡产品基本全部列入了表内。特别的，这些显卡都是配合品牌图形工作站一起认证的，以帮助用户根据情况选择工作站产品。本次即将试用的丽台Quadro FX 3700显卡是在HP、DELL的工作站上通过测试的。

实际上，要流畅地运行Pro/ENGINEER，你的计算机需要在官方建议配置的基础上再上一个档次，因为系统中大多数时候不仅仅运行Pro/ENGINEER，同时还要运行操作系统、办公软件、PDM等其他应用，因此在内存最好在2GB以上，而处理器和显卡则可以根据情况选择，当要执行较为复杂的分析计算任务时，最好选择多核的高主频处理器。PTC在公布支持操作系统的时候，也提示用户在32位的Windows XP上最好打开2GB内存上限的开关，以使用更多的内存。

图形方面，Pro/ENGINEER野火版3/4在建模质量、曲面处理和建模规模方面的强大能力需要一片中高端的专业图卡才能相配，丽台Quadro FX 3700显卡是比较适合的选择。使用丽台Quadro FX 3700显卡有助于提高模型显示的质量，改善系统图形表现，在进行造型设计和概念设计时，丽台Quadro FX 3700所支持的高质量OpdnGL三维图形加速和稳定的工作环境，更能明显改善工作效率。

本次测试安装了Pro/ENGINEER野火版3，我们的测试平台如下：

处理器	Intel Xeon 5120双核，1.86G双核
内存	4GB ECC DDR2
显卡	丽台Quadro FX 3700, 512MB显存，256bit，支持DirectX 10和OpenGL 2.0、
硬盘	160GB SATA2
操作系统	Windows XP PRO 64（Pro/ENGINEER野火版3开始支持64位系统）

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，同时考虑到从Pro/ENGINEER野火版3开始正式支持64位操作系统（不需要任何额外的应用程序补丁），我们使用了Windows XP PRO 64系统，以便应用程序能获得更好的内存效率。

二、丽台Quadro FX 3700

测试采用的丽台Quadro FX 3700拥有512MB显存和256Bit显存带宽，采用基于65nm工艺的G92GL核心，具备112个流处理器，能轻松地处理大规模图形数据。

丽台Quadro FX 3700加入了NVIDIA应用程序组态引擎(ACE)，可根据应用软件自动配置硬件参数，从而在不同软件下获得最好的性能表现。Quadro FX 3700支持SLI技术，必要的时候，可以同时安装两片Quadro FX 3700，提高系统的图形表现，并支持多重屏幕显示。

丽台Quadro FX 3700支持第二代PCI-Express接口，图形处理器与芯片组之间的数据传输速度增加到了16GB/秒。此外，通过Energy Star 4.0认证的Quadro FX 3700的耗电量少于80瓦，相比上一代产品大幅改善了功耗表现。同时，Quadro FX 3700还支持NVIDIA CUDA技术，让应用程序开发者可充分发挥GPU巨大的并行运算能力，大幅缩短解决复杂可视化问题所需的时间。

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 GDDR3
显存位宽	256-bit
显存带宽	51.2GB/sec
最高功耗	78W
显示器连接	2个Dual-link DVI-I，STEREO
支持图形API	OpenGL2.1，Shader Model 4.0，DirectX 10.0
SLI支持	是
几何处理能力（每秒处理三角形数量）	250 Million
填充率（每秒处理像素数量）	28.0 Billion

作为专业显卡Quadro FX家族中的一员，丽台Quadro FX 3700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来进行测试，请看下面的表格。

项目	Quadro FX 3700	Geforece 8800GT	差距
3dsmax	32.86	10.17	323%
Catia	46.67	7.39	631%
Ensight	41.48	15.09	274%
Maya	158.29	27.34	586%
ProE	45.02	14.18	321%
SW	90.26	14.64	642%
Tcvis	23.63	3.92	575%
Ugnx	29.35	4.45	580%

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CatiA和Solidworks测试中，项目性能差距甚至超过了600%。

三、 实际测试

1．零件设计——精准显示

Pro/ENGINEER野火版3是采用参数化设计的、基于特征的实体模型化系统，工程设计人员采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，在软件界面里用户可以随意勾画草图，轻松地修改和编辑模型。而且，Pro/ENGINEER在显示和处理模型内部结构方面一直为人称道，其模型显示虽然没有Inventor等软件那样美观，材质、光感和场景都非常简单，但是非常实用，在复杂零件设计和大型装配体处理方面，这一特性有助于节省系统资源，帮助设计人员将更多的精力用在设计本身。但是，当零件的复杂程度，特别是结构和曲面特征的复杂程度提高，系统对显卡的要求也相应的提高。

如图的零件（来自Cad training UK），具备一定的曲面特征和内部结构设计需求，模型采用了透明的材质清楚地显示出了多个叶片和气流道之间的结构关系，同时基于丽台Quadro FX 3700特有的双面光源处理和图形逻辑操作能力，模型的内外表面都得到了准确的表现，而被选中的一组叶片内表面也准确无误地显示高光效果。请注意，每组叶片是具有厚度的，透过表壳可以看到叶片的两侧有明显高光显示的特征线，在普通的娱乐显卡上，这组线是无法得到完全显示的，这依赖于专业显卡的硬件逻辑操作特效。

在实际操作方面，凭借丽台Quadro FX 3700强大的图形加速能力，Pro/ENGINEER野火版3在零件设计部分没有任何困难，图形的平抑、旋转、放大缩小都非常顺畅。

2．大模型处理

我们在系统中导入了常见的宝马发动机模型（ACR MODLE LIB NX/PROE），这一装配体的规模非常大，零部件总量在5000个以上，其特征也非常复杂，模型常被用来测试系统的复载能力。

在试用过程中，由于原模型属于NX建模，有部分特征和组件没能完全置入，但仍然花了11分钟时间系统才完全恢复了正常的反应。我们将用户界面修改成了单纯的黑色，并将模型显示质量调成中等水平，在这种情况下，系统运行基本流畅。尽管Pro/ENGINEER进程内存消耗超过了1.3GB，但是，在丽台Quadro FX 3700的加速之下，转配体的显示没有明显的迟滞现象，各种图形操作比较正常。唯一有明显停顿的地方发生在进行剖切操作时，由于模型内部结构特征复杂，需要消耗大量的系统资源。

丽台Quadro FX 3700的性能在装配体模式下得到了淋漓尽致的发挥，依靠完整强大的OpenGL加速能力，在系统内存消耗巨大的情况下，仍然能比价完满地执行三维图形显示，没有特别明显的延缓，证明Quadro FX 3700作为专业卡的像素回读的能力名副其实。

3．渲染

proE

上图模型（ACR DESIGN）和材质、光源设定来自原设计团队，我们在Pro/ENGINEER野火版3中执行了渲染过程，采用了加强的光线跟踪算法。Pro/ENGINEER野火版3对模型的渲染和动画制作给于了特别的重视，主要是为了满足用户制作产品宣传效果图和施工、装配预览动画的需要，只要材质和光源设定合理，其渲染结果还是不错的。

但是，Pro/ENGINEER野火版3的渲染功能是非常耗时、耗资源的，在一片GEFORCE 8600上进行类似的渲染花了整整1个多小时的时间，而现在采用Quadro FX 3700渲染时间缩短到了39分钟，相比普通显卡，Quadro FX 3700在这方面优势非常明显。

四、结论

在Pro/ENGINEER野火版平台上，丽台Quadro FX 3700可谓是一片好用、够用的专业显卡，相比娱乐类显卡，它提供了更高的效能和稳定性。

要流畅的运行软件，特别是最新的Pro/ENGINEER野火版 4，与丽台Quadro FX 3700搭配的其他部件也需要足够的性能，处理器方面最好选择3GHz以上的单核处理器或2GHz以上的多核处理器，内存随着模型复杂程度的提高可谓多多益善，通常情况下2GB的内存是入门水平，如果能配置到4GB（处理大模型6GB也是完全必要的），就能应付所有的工作任务。