主流CAD软件平台NV专业显卡性能测试

　　按惯例，CAD软件的升级周期大约是9~12个月，即每隔9~12个月，CAD软件提供 商会发布一个大版本的软件。新版本软件除 了根据客户需求和反馈，进行功能模块的升级、调整和增补之外，还会根据操作系统平 台的迁移和硬件性能的提升等情况，大幅改 善软件运行效能，增加更多、更完美的可视 化三维效果，以便改善软件的人机界面，提 高用户操作的交互性。

　　2007年后，Easy to use(易 用)、Mo re 3 D (更多、更广泛的3 D 特性)和Perf or ma n c e(运行性能) 成为了几乎所有二、三维软件商的共 识。当然，这也是用户的期望所在。 以最流行的三维CAD软件SolidWorks为 例，2006版本增加了Realview功能，实现了 复杂光源下真实感物理材质的实时显示， 这个功能在当时的CAD软件中是非常超前 的，需要配合专门的NVIDIA Quadro FX专业 显卡才能完美实现。此后，Realview不断 发展，成为2009版SolidWorks Instand3D技 术的重要组成部分，而三维模型的实时效果更胜以往。当然，用户要想流畅地实现 Instand3D技术，仍然需要NVIDIA Quadro FX专业显卡的支持。 与SolidWorks类似，CATIA、Inven-tor、SolidEdge等软件都相继改善了三维模型的实时显示效果，甚至连一向运行性能一 般的Pro/ENGINEER都随后跟进(主要是在中 低端性能的计算机上运行不够流畅)。这些软件图形运行性能的改进，与专业显卡技术的发展息息相关，相辅相成。新软件的新功能和运行性能，往往需要安装新的专业显卡才能支持，或需要安装新的专业显卡才能流畅运行。新版本软件和新的专业显卡硬件， 就像沙场英雄和宝马良驹。英雄威武不凡，但若无宝马良驹的辅弼，或仅有老骥以供驱 驰，也很难在疆场上一展雄姿。

　　2009年4-10月间，市场上的主流CAD 软件全部完成了新版本的发布，一些迫不 及待的用户已经开始进行设计软件平台的 升级。那么，新版软件的哪些功能需要新 硬件的支持?什么样的专业显卡才适用于 新版软件呢?

　　这正是本期“NVIDIA Quadro FX专业显 卡”专栏将要回答的问题。下文中，我们将 逐个介绍新版软件对图形硬件平台的需求情 况，并介绍与硬件支持相关的新功能。

　　9月发布：Solidworks 2010

　　Solidworks可谓是目前中国通用机械 行业最有用户缘的三维CAD软件，其特点是易用性高，上手快，对计算机系统的要求偏低。不过，系统要求偏低是相对而言 的。从2008版本开始，Solidworks的大装配 性能迅速增强，并在2009版软件中为用户 提供了SpeedPack技术，通过对大装配模 型的特殊处理，帮助用户使用Solidworks 进行1000个以上、乃至10000个以上零件的 大装配设计。这个时候，Solidworks对计 算机系统的性能要求同样是惊人的。

　　Solidworks 2010在2009版本的基础上 进行了多达300项的改进，并进一步加强 了大装配性能，而且其总装配模型的实时 显示更为真实、细腻，可以分别显示每个零部件的材质特点。同时增强的PhotoView360和新增加的3DVIA Composer，也促进了设计协同和设计交互。由于Solidworks2010采用了最新的OpenGL 3.0 API，因此，这些新的功能均需要性能强大的最新专业显卡的支持，才能完美实现。

　　让我们看看Solidworks 2010官方硬件配置要求。上述表格转载自Solidworks官方网站。实际上，官方网站的硬件推荐还是比较保守的，如果要在Solidworks 2010上流畅运行中等规模的任务(500个零部件)，并实现最佳的可视化效果，最好选择64位系统，4GB内存，并安装具备512MB以上显存的最新NVIDIA Quadro FX专业显卡，例如NVIDIA Quadro FX 580、NVIDIA Quadro FX 1800。较低的配置当让可以运行，但需要更多的延迟和等待，工作效率难以提高。

　　在实现三维模型的可视化效果方面，NVIDIA Quadro FX专业显卡是比不可少的。官方网站同样公布了NVIDIA Quadro FX专业显卡 在Solidworks 2010上的性能和功能认证情况。

　　请注意官方网站上NVIDIA Quadro FX专业显卡的硬件认证信 息。显卡分两种，测试过的和通过全部认证的。其中，全部8系列 NVIDIA Quadro FX专业显卡属于后者。

　　通过全部认证是指，显卡通过了Solidworks 2010所有的功能 测试，并完美支持Realview的所有特征，支持多管线加速功能，可 以流畅运行在包括64位操作系统在内的所有被支持操作系统上， 且具备针对Solidworks的性能优化，达到了Solidworks 2010的运行 要求。事实上，NVIDIA Quadro FX专业显卡早从2007版本开始，对 Solidworks的各项专业图形特性就已经提供了完美的支持，并进行 了专门的优化。

　　经过测试的其他显卡往往是部分功能无法支持。如仅支持有 限的Realview功能，无法实时显示模型高光类的材质，或无法完美 支持Solidworks 2010新加入的Windows 7 64位操作系统版本，或存 在明显的性能或功能BUG。

　　由于Solidworks 2010是最后一个支持Windows XP操作系统的版 本，官方推荐采用最新的64位操作系统，如VISTA 64bit甚至Windows764bit，以便提高系统大装配性能表现，并实现最佳的可视化效 果。因此，专业显卡必须支持VISTA 64bit和Windows 7 64bit系统。 在这方面，NVIDIA Quadro FX专业显卡已经提供了成熟的驱动程序， 而且，在64bit系统下也能获得更好的性能表现。

　　表2是Solidworks 2010在NVIDIA Quadro FX 580和NVIDIA Quadro FX 1800平台上的性能测试结果如。测试采用Solidworks 2010 beta 和Solidworks 2010 SP0版本。数据以模型连续操作过程中，Frame probe检测到帧数为准。测试过程中均打开了Realview开关，并将 图形性能参数调至最高。

　　PhotoView 360和3DVIA Composer是Solidworks 2010的特色功能，其中，PhotoView 360在2009版本中就已经存在，而3DVIA Composer是2010版本新 加入的模块。很多用户在使用了PhotoView360之后，感觉效果很好，但运行速度奇 慢。其中关键原因就是PhotoView 360的渲 染需要NVIDIA Quadro FX专业显卡GPU的硬 件顶点渲染支持，而普通显卡要完成同样 的工作需要CPU的支持，因此，效率明显降 低。2010版本中的PhotoView 360在并行渲 染效率方面有了明显提高，据官方博客透 露，在Windows 7操作系统中，由于NVIDIA GPU的并行计算性能得以发挥，PhotoView360的应用性能将近一步增强。

　　3DVIA Composer则是Solidworks母公 司dassault systemes公司完善3D FOR ALL 战略的新产品，可以使工程人员(部门) 和非工程人员(部门)利用三维设计数据进行协同工作，充分利用挖掘三维设计数据的优势。作为一款从CAD工具中衍生出 的三维浏览器产品，3DVIA Composer同样 需要专业显卡的支撑，不过，由于此软件仅用于浏览、协同，因此，对性能的要求 不高，NVIDIA Quadro FX 380、580等入门 级的专业显卡就可以应付。

　　8月发布：Pro/ENGINEER野火5

　　在众多CAD软件中，Pro/ENGINEER的 功能无疑是非常强大的，但其继承自UNIX 传统的简陋用户界面也一直为用户所诟 病。此外，Pro/ENGINEER还是对计算机硬 件性能要求最严格的CAD软件之一。即使 仅仅用于设计零件， Pro/ENGINEER用户 也最好配置一台性能中上的计算机，特别是准备一块专业显卡，才能流畅地运 行设计任务。

　　2009年6月，Pro/ENGINEER野火5开始 显露头角，到8月正式登陆中国市场。Pro/ ENGINEER野火5在焊接、塑料模具设计、 分析仿真功能等方面均有增强，而用户直观的感受是Pro/ENGINEER野火5的界面漂亮了，模型的真实感更强了。这是因为Pro/ENGINEER野火5引入了增强的实时、照 片级渲染功能，不仅可以渲染静态的零部 件和装配体，而且可以制作逼真的装配动画。新的渲染功能对模型的阴影、反光和透视特效做了重大调整，使用户的主管感受得到了极大地改善。

　　不过，这种改善也是要付出代价 的，那就是，如果打开菜单条上的实时渲 染功能，系统性能会收到明显的影响。当然，如果有一片好的专业显卡支持，这个问题倒是不用太担心。

　　PTC官方第一时间公布了Pro/ ENGINEER野火5的硬件配置，除了例行地将“最低配置”压得很低之外，特别强调了需要用户采用支持OpenGL显卡。 在基本的配置建议之外，官方文档中特别强调，“为了提供三维硬件加速， 建议用户采用经过PTC官方认证的OpenGL 显卡，并保证采用官方认证的驱动程序和官方建议的硬件配置。”看来，OpenGL显 卡专业显卡对于流畅运行Pro/ENGINEER野火5非常重要。

　　PTC网站显示，8系列的NVIDIA Quadro FX显卡集成在惠普、DELL和联想的工作站产品中，已经通过了野火5的PTC官方认证。

　　我们同样对PTC Pro/ENGINEER野火5 进行了测试，结果如表3所示。测试采用 了性能更为强大的NVIDIA Quadro FX 1800 和NVIDIA Quadro FX 3800，只有这两片专 业显卡，才能发挥野火5.0的威力。野火5.0的测试规模较大，未采用32位系统。 从测试来看，野火5.0是硬件杀手， 即使高端的NVIDIA Quadro FX 3800，在打 开实时渲染后也无法到20帧/s的水平，尽 管大部分操作还算流畅，但还是存在偶 尔的停滞现象。我们强力建议升级野火5.0的用户，选择NVIDIA Quadro FX 3800显 卡，甚至采用SLI NVIDIA Quadro FX 3800。当然，牺牲图像效果，关闭动态实时 渲染、阴影和反光也是一个办法，速度 会明显加快。不过，模型观感就和野火4没什么区别了。

　　6月发布：Inventor 2010和AutoCAD 2010

　　Inventor 2010是三维设计软件，而 AutoCAD 2010则是老牌的二维软件，之所 以把它们放到一起，一方面是因为，他们 均属于Autodesk公司，一方面，二者功能 的融合和互助、互补趋势非常明显。

　　Autodesk公司希望正在使用AutoCAD 却希望转向三维设计平台的用户能平 滑地迁移到Inventor平台，同时也希望 Inventor用户能借助AutoCAD实现更好的工 程图和草图编辑功能。Autodesk公司努力 使两者的数据兼容性达到最好，且操作习惯和界面也保持基本一致。

　　在硬件性能需求方面，两者也开始靠拢——它们都需要很强大计算机性能。

　　尽管AutoCAD仅仅是二维平台，但是，新增加的体验设计、虚拟设计等三维构图 功能对计算机资源的消耗不在Inventor之 下，而Inventor传统上就是硬件杀手，丝 毫不弱于野火5.0一类的软件。

　　要流畅运行AutoCAD 2010的二维功 能，官方建议 采用主频最低1 . 6 H z 甚至3GHz以上的处理器，至少2GB内存，如果Autodesk公司的制造业双子星要运行其最新的三维功能，还需要增加 内存、提高处理器主频，会采用最新的 多核处理器。Inventor最低的运行要求与 AutoCAD 2010类似，对于复杂的大模型， 官方建议选择更高主频的多核处理器，加 装6GB以上的内存，并采用NVIDIA Quadro FX一类的专业显卡。

　　从2010版本开始，Inventor 2010和 AutoCAD 2010均采用了微软的DirectX 10API，而没有继续加强对OpenGL的支持。 因此，原则上支持DirectX 10 API的显卡均 可支持Inventor 2010和AutoCAD 2010的全 部功能。用户是不是可以采用支持DirectX10 API的游戏娱乐显卡呢?不过，事情总不像外表看上去的那么简单。

　　作为CAD设计软件，Inventor 2010和AutoCAD 2010均需要较高的模型几何精度(双精度)，才能满足工程用户的需要。 采用三维游戏常用的DirectX 10 API并非 不可以，但由于高精度CAD模型的几何数 据量比游戏三维模型要大许多，导致计 算机处理CAD几何模型的压力比游戏也要 大许多，普通显卡很难应付。最终，尽管 较为初级的设计任务可以在游戏娱乐卡上 运行，但对于比较复杂的设计任务，同时支持DirectX 10 API和OpenGL API的NVIDIAQuadro FX显卡还是成为了主流。 此外，NVIDIA Quadro FX系列显卡对于AutoCAD系列软件而言，还是一个非常特殊的存在。为什么这么说呢?AutoCAD 系列软件从9版本开始直到现在，一直 采用一种叫做HEDI的图形接口，这种接 口能显著提高矢量图形的计算机处理 性 能 。针对于此，NVIDIA为其Quadro FX系列显卡专门开发了针对HEDI加速的Powerdraft专用加速程序。凭借Powerdraft，在Quadro FX系列显卡上运行AutoCAD2010，可以获得至少4倍的 性能提升。NVIDIA甚至开发 了AutoCAD专用显卡Quadro VX 200，可以获得将近20倍的性能提升。

　　我们通过测试来证明这一驱动的伟大之处。此处采 用的显卡包括针对AutoCAD 2010的Quadro FX 580、Quadro FX 1800和针对Inventor2010的Quadro FX 1800、Quadro FX 3800。 针对AutoCAD的测试采用CADALYST Systems Benchmark 2008，按总分衡量。而针对 Inventor 2010则采用基准脚本测试包，按 连续操作帧数衡量。由于Inventor 2010支 持DirectX 10 API，我们直接采用FRAPS软件检测帧数。两者均采用VISTA 64bit操作系统结果如表4、5所示。

　　从测试成绩看，无论是Quadro FX1800还是Quadro FX 3800，都能流畅地运 行Inventor 2010。而针对AutoCAD 2010，Powerdraft驱动提升性能的作用确实非 常明显，达到20%左右。

　　要发挥Quadro FX显卡的效能，需要正确安装Inventor 2010和AutoCAD 2010 认证的驱动。在Inventor 2010中可以在工 具>选项>性能菜单项中找到相关设置，在 AutoCAD 2010中，可以直接在命令行输入3d config命令，在弹出窗口中选择手动设置性能或下载新的认证驱动。

　　5月发布：CUDA 助力 MATLAB

　　CUDA(ComputeUnifiedDevice Architecture)是NVIDIA基于其GPU技术推出 的一种并行计算构架。

　　随着显卡的发展，显卡的核心——GPU 越来越强大。而且，GPU在处理图形、图 像任务时早于CPU采用了优化的并行管线技术，换句话说，显卡的GPU早已经实现 了群集核心。例如，常见的Quadro FX1800 就拥有64条CUDA并行管线。如此强大的并 行计算能力仅用于图形计算未免太浪费 了，于是，NVIDIA推出了CUDA技术，促使 GPU向GPGPU方向发展，辅助CPU承担更多计 算任务。

　　CUDA包含了指令集架构(ISA)以及 GPU内部的并行计算引擎。使用通用的编程 语言，如C语言，程序员可以直接调用GPU的 并行计算资源，从而支持油气、地球物理、 医疗、工程等领域高性能计算。

　　NVIDIA公司目前利用CUDA和许多商业 软件提供商合作，提供大量的开发资源， 帮助这些软件商充分挖掘CUDA和NVIDIA GPU 的计算潜力，提高软件的运行效能。前 不久，一家名为AccelerEyes的公司提供了 基于CUDA技术和NVIDIA GPU，且面向工程 计算和数值分析软件MATLAB的加速解决方 案——AccelerEyes Jacket。

　　软件如其名，AccelerEyes Jacket是MATLAB的马甲，MATLAB用户只要采用支持CUDA技术的NVIDIA GPU平台，并安装AccelerEyes Jacket软件，就可以将标准的MATLAB代码转换为GPU能执行的并行代码，利用GPU 进行并行计算，从而显著提升计算效率。

　　支持CUDA技术的NVIDIA GPU目前已经遍布Quadro FX、GeForce 等众多型号的产品，采用其中任何一种显卡，均可以享受CUDA技 术结合AccelerEyes Jacket所带来的益处。当然，Quadro FX系列的 高端产品Quadro FX 4800和Quadro FX 5800由于拥有192条和240条 CUDA管线，因此具有同系列产品中最高的并行计算加速性能。 AccelerEyes Jacket的发布为工程计算用户利用CUDA技术 和NVIDIA GPU敞开了一扇大门，汽车制造、岩体力学等领域的 MATLAB用户终于可以不经过二次开发，就直接利用计算机中的 GPU了。我们采用AccelerEyes Jacket 1.1.1版本软件(试用版，15 天试用期，可以在官方网站下载)，硬件平台采用Quadro FX4800，安装CUDA 2.2版本的函数库。AccelerEyes Jacket 1.1.1版 本支持各种32位、64位的操作系统，我们在测试过程中选择了 官方推荐的WindowsXP 64bit。

　　例程采用了在天线分析、雷达截面计算、电磁兼容分析等 领域常用的时域有限差分(FDTD)算法(官方网站有部分例程提 供%A