2008年7月2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。本文将在今年刚刚发布的Autodesk公司的Inventor 2009/AutoCAD 2009专业三/二维机械设计平台上，引领读者感受专业显卡在专业图形软件中的出色表现。
Autodesk Inventor 2009/AutoCAD 2009与测试平台
1．自AutoCAD问世25年来，在全世界已经有数百万专业用户使用AutoCAD平台，进行二维设计工作，包括概念设计、二维制图和工程设计，AutoCAD对于现代工业的发展起到了巨大推动作用，也为后续众多CAD应用软件的出现铺垫了道路。2008年4月，Autodesk发布了全新的AutoCAD 2009版软件，其用户界面进行了重大改进，显著提高用户制图的效率，同时其在与三维平台的集成方面也迈上了新的台阶，符合三维创新设计的趋势。
当然，功能的强大意味着对硬件系统需求的提高，要想流畅地运行AutoCAD 2009，用户需要一台跟得上潮流、足够强大的计算机系统。如果在32位系统下运行，需要一颗主频不低于2.2 GHz的处理器，且最好是双核；需要至少1 GB的内存。如果在64位系统下运行，需要一颗支持64位技术的处理器，且主频不低于2.2 GHz（多核），需要至少2GB的内存。如果您在最新的Microsoft Windows Vista上运行AutoCAD 2009，系统的内存无论如何不能低于2GB，否则运行表现就会令人无法忍受。
无论是32位系统还是64位系统，无论是Windows XP还是Windows Vista，要流畅地运行AutoCAD 2009，一片足够强大的专业显卡都是必需的，因为AutoCAD 2009对图形系统的要求大幅度提高了。这片专业显卡要具备如下的条件：（1）提供OpenGL或Direct3D支持。在Windows XP下，能支持2.0版本的OpenGL专业显卡是实现AutoCAD 2009全部图形功能的基础，而在Windows Vista下，DirectX和OpenGL都能获得良好的支持。（2）至少128MB显存。AutoCAD 2009已经不是单纯的二维软件，而集成了大量的三维功能，特别是在三维渲染、光源和动画方面，因此，128MB显存的显卡是底线。考虑到大显示器、高分辨率的专业图形运行环境，显存更大些也是必要的。
2．Autodesk Inventor软件是AutoCAD软件用户增添三维设计能力，同时保护二维设计数据和AutoCAD技术专业知识投资的最佳选择之一。2008年4月，Autodesk在发布AutoCAD 2009的同时发布了Autodesk Inventor 2009版，在原有版本的基础上新增或增强了许多功能。
Autodesk Inventor是Autodesk公司AIS系列软件的核心，是真正的“三维派”，它和AutoCAD一起才能成为最强的二三维机械设计平台。在Autodesk Inventor的安装光盘内就提供了AutoCAD，AutoCAD可以作为三维设计在工程图创建和编辑方面的有力补充。而且，Inventor也支持用户将二维设计集成到三维设计环境下，Inventor能无缝地共享AutoCAD DWG文件和三维设计数据。
Autodesk Inventor 2009在处理超大型三维装配时具备明显优势，他可以通过详细等级表达的方式，控制在打开模型时将项目中的哪些零件加载到内存中，避免内存的过度消耗，导致系统运行表现下降。而且，Autodesk Inventor 2009具备实时渲染能力，能让设计者在设计前期就体验真实的产品状态，对汽车等工业品、消费产品的设计工作有突出作用。
相比AutoCAD 2009，Autodesk Inventor 2009的硬件需求又上了一个台阶。要在Autodesk Inventor 2009中设计1000个零配件以下的产品，系统必须安装不低于1GB的内存和主频不低于2GHz的处理器，而显卡必须支持Direct3D 10或OpenGL接口，显存不低于128MB。实际上，如果用户在这样的系统上运行复杂产品模型的设计任务，还是会感觉系统资源捉襟见肘，建议的系统是2GB以上内存（很多用户建议使用4GB以上）和主频2GHz以上（3GHz以上更好）的多核处理器，显卡最好采用中高端专业产品，如Quadro FX 3***、Quadro FX 4***、Quadro FX 5***系列，其中内存和显卡的选择对系统的流畅性至关重要。
在Autodesk Inventor 2009中新提供的渲染功能对显卡的精确硬件渲染能力有很高的要求，而且，2009版本即使在通常的用户界面下，模型的质感和光感也可以调节成高质量实时渲染状态，这是Autodesk倡导的“如真实世界般的进行设计”的关键基础，这对于显卡的处理能力是非常大的挑战。在Autodesk官方网站上，特别提示用户选择Quadro FX一类的专业显卡，以获得1000个零配件以上大模型装配环境下的最佳用户体验。不使用专业的Quadro FX图卡，就无法获得三维透视剖切、实时真实感渲染等功能，而运行效率也将受到影响。
3．本次测试安装了Autodesk Inventor 2009和AutoCAD 2009，测试过程以Autodesk Inventor 2009为主，在草图和工程图模式下则转入AutoCAD 2009中。为了保证流程的运行效果，我们的测试平台如下：
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处理器 |
Intel Xeon 5120双核，1.86G双核 |
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内存 |
4GB ECC DDR2 |
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显卡 |
丽台Quadro FX 3700, 512MB显存，256bit，支持DirectX 10和OpenGL 2.0，POWERdraft驱动程序 |
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硬盘 |
160GB SATA2 |
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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，同时考虑到Autodesk Inventor 2009和AutoCAD 2009对64位的良好支持，以及对大内存的需求，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。
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。
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特 性 |
丽台NVIDIA Quadro FX 3700 |
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显存数量 |
512MB GDDR3 |
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显存位宽 |
256-bit |
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显存带宽 |
51.2GB/sec |
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最高功耗 |
78W |
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显示器连接 |
2个Dual-link DVI-I，STEREO |
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支持图形API |
OpenGL2.1，Shader Model 4.0，DirectX 10.0 |
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SLI支持 |
是 |
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几何处理能力（每秒处理三角形数量） |
250 Million |
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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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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项目 |
Quadro FX 3700 |
Geforece 8800GT |
差距 |
|
3dsmax |
32.86 |
10.17 |
323% |
|
Catia |
46.67 |
7.39 |
631% |
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Ensight |
41.48 |
15.09 |
274% |
|
Maya |
158.29 |
27.34 |
586% |
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ProE |
45.02 |
14.18 |
321% |
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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%。
实际测试
Autodesk Inventor 2009和AutoCAD 2009的安装光盘足有4张DVD，“分量”惊人。实际安装64版本后大约占5.2GB的空间，32位版本会小一些。64位版本的Autodesk Inventor 2009默认打开了3GB内存寻址的上限，不必再像上一版本的Autodesk Inventor 2008那样编辑配置文件。启动后，在状态栏的内存容量计上可以看到全部的4GB物力内存，处于绿色状态。
Autodesk Inventor 2009和AutoCAD 2009再读入大模型阶段对内存和处理器的依赖很强，会花费很长的时间置入模型数据，但是一旦读入系统，模型显示对显卡的依赖性大大增加。如果希望获得较好的处理效率，可以采用装配替代的功能，将不需要修改的装配体用特征简单的模型替代，或者抑制一些复杂的特征模型，以减少资源耗用。
Quadro FX 3700是经过Autodesk公司认证的专业显卡之一，而在Quadro FX 3700显卡的驱动程序中特别提供了针对Autodesk Inventor 2009和AutoCAD 2009的优化选项。而且，针对AutoCAD 2009，Quadro FX 3700具备专门的POWERdraft Windows驱动程序。POWERdraft 不仅能明显改善AutoCAD下HDI接口的图形显示效能，而且能增强AutoCAD的功能。利用POWERdraft的Multiview功能，用户能在三维模型的多个视图见方便的切换，并对切换过程进行记录。这对于并不以三维功能为主的AutoCAD而言，为用户提供了额外的附加值。在安装了POWERdraft驱动的AutoCAD 2009下进行三维视图的操作显得非常方便。
根据我们的测试，使用POWERdraft驱动和不使用POWERdraft驱动处理如下设计图和布局图（Official），存在较为明显的差距，主要是图形重写、打印预览等操作时的速度明显提高。AutoCAD自13 Windows版本开始采用一种特殊的图形接口——Heidi，以加速图形显示速度，而现在 AutoCAD 2009支持的Heidi是9.2版本，POWERdraft最新版本的驱动也支持9.2版本的Heidi。
与Multiview功能类似的视图切换功能也出现在了Autodesk Inventor 2009中，2009的Viewcube功能和steeringwheels功能可以帮助用户在不同的视图间进行方便的切换，并记录、回放多个视图模式。在切换、回放视图的过程中，对显卡像素回读能力是个挑战，而Quadro FX 3700得表现非常不错。
通过侦测软件，切换如下复杂视图的速度不超过0.8秒，如此速度已经能够满足用户的需要，用户在操作过程中不会感到明显的停滞。
Autodesk Inventor 2009的显示效果十分出众，默认采用质感十足的显示材质，为了获得设计的便利，其模型的透视显示效果也优于同类软件，而获得良好效果的前提是Quadro FX 3700这样专业OpenGL显卡的支持。下图是反映皮带传动的标准示例模型，请注意为清晰显示皮带安装方式所设定的特殊透视效果，通过类似的透视效果可以清楚地了解复杂机构的内部结构和组装方式，在Quadro FX 3700平台上，这一透视效果非常完美（非OpenGL显卡无法实现类似的全透视效果）
Autodesk Inventor 2009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。但是，Inventor 毕竟不是专业的动画和渲染软件，它没有提供渲染项目的预览功能，因此，如果要渲染一张大的图片或渲染一段较长时间的动画，往往要花费大量时间渲染完成后才能进行重新的调整和修改，比较麻烦。唯一提高效率的途径就是加快渲染速度，而Quadro FX 3700没有令我们失望，在Ray-trace模式下，相比普通的娱乐显卡，速度提高在220%以上。
结论
在Autodesk Inventor 2009/AutoCAD 2009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，同时也提供了POWERdraft这样的附加值产品。
要流畅的运行软件，特别是Autodesk Inventor 2009，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，就能应付绝大多数的工作任务。
我们推荐的Autodesk Inventor 2009/AutoCAD 2009标准平台配置是：双核2GHz处理器、4GB内存、丽台Quadro FX 3700显卡。
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