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Dassault Systemes公司的著名大型三维CAD/CAM系统CATIA V5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
由法国Dassault系统公司开发的CATIA是CAD/CAM领域最高端的软件，该软件原本运行于IBM UNIX工作站上，驱动系统为VM/CMS，从5版本之后开始移植到个人PC平台上，使其强大的功能走进了更多的企业设计人员。与UG、PRO/E等高端软件相比，CATIA在曲面造型方面具有独特的优势，是任何三维CAD软件所不能比拟的，因而广泛应用于航空、航天、汽车、船舶等行业的复杂曲面造型设计中，现在国内外几乎所有的飞机设计制造行业都使用CATIA。使用CATIA的航空企业包括了Boeing、Dassault、Bombardier、Lockheed Martin等知名公司；汽车领域Renault、Toyota、Karman 、Volvo、Chrysler等公司也是CATIA的用户。在造船、消费品、高科技电子、厂房制造、装配等领域拥有大量的客户。
CATIA软件提供了从概念设计到最终的产品的全套跨行业解决方案，其功能模块可以用车载斗量来描述。包括零件设计、装配设计、交互式工程绘图、结构设计、创成式工程绘图、钣金设计、三维功能公差与标注设计、模具设计、航空钣金设、线架和曲面设计、阴阳模设计、焊接设计、自由风格曲面造型、创成式曲面优化、汽车A级曲面造型、汽车白车身接合、快速曲面重建、基于草图的自由风格曲面造型、电路板设计、电气线束展平设计等数十项设计、加工、知识管理等子系统。
由于CATIA软件的强大功能，行业应用范围逐步扩大，因此掌握CATIA的设计人员可以获得较好的职业发展前景，国内学习CATIA软件的人越来越多。但是，从UNIX工作站上移植的CATIA也对计算机系统的性能有较高要求，普通计算机运行CATIA的性能表现非常差，必须使用专业的图形工作站才能应付。
在Dassault系统的官方网站上公布了一份长长的列表，这份列表列出了所有通过官方认证的硬件系统，这些系统中最重要的是工作站显示卡的认证，在最新的认证列表中安装了Quadro FX 3700的dell工作站列在首位。本次测试就在丽台Quadro FX 3700平台上进行测试。
本次测试安装了CATIA V5R17，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 |
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硬盘 |
160GB SATA2 |
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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CATIA V5R17支持64位操作系统，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。
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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。
（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。
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项目 |
Quadro FX 3700 |
Geforece 8800GT |
差距 |
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3dsmax |
32.86 |
10.17 |
323% |
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Catia |
46.67 |
7.39 |
631% |
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Ensight |
41.48 |
15.09 |
274% |
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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% |
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Tcvis |
23.63 |
3.92 |
575% |
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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
为什么说CATIA的硬件系统要求高呢？看看下面的数据和抓图就知道。首次启动CATIA使用了129秒，未执行任何操作就占用了1.31GB的内存，超过任何CAD/CAM系统，实在非常恐怖。
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首次启动 |
129秒 |
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二次启动 |
89秒 |
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三次启动 |
81秒 |
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四次启动 |
78秒 |
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打开XJ-24歼击机模型 |
43秒 |
载入XJ-24歼击机模型后，发现CATIA的功能虽多，但界面规划非常好，图形界面非常清爽。而且，载入模型后内存消耗并未明显上升，仅仅增加了不到100MB。但是首次打开任何功能菜单均需要短暂的延迟。
而且，在CATIA下Quadro FX 3700的速度表现适中，拉伸、旋转等操作都比较流畅，为了保持运行速度，在执行旋转等操作时系统没有实时渲染，仅保留几何特征。不过，这并不影响设计。这个模型的实际意义是把CATIA模型导入计算流体力学软件中进行空气动力学的分析，然后可以利用该文件制作用于风洞试验的比例缩放实体模型。
在软件中操作模型，虽然打开模型比较费时，但是操作却比较流畅，没有任何停滞现象。在CAITA下可以调整支持更好的画质和高端的ZBUFFER、反失真图形功能，提高画面表现。而且，新版本的CATIA可以打开多线程开关，如图，我们在应用过程中采用了2个线程。我们发现，增加线程对系统运行性能的影响非常明显。打开双线程后，在高品质模型显示环境下，可以达到27frame/s。
使用智能检查器检查模型，检测模型的尺寸链，运行速度出奇的快，仅仅几秒钟的时间就检测了数百个模型尺寸关系。可见，安装了Quadro FX 3700的系统的总体性能是非常强的。
在运行中不断在模型界面弹出的各种菜单，并没有影响系统的运行和模型的显示，这是专业显卡硬件重叠特性在起作用，在普通显卡上则会出现模型贴图错误或假死的现象。
四、结论
在CATIA V5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。
要流畅的运行软件完成大型项目的设计，特别是最新的CATIA V5R17之后的版本，显卡最低也要配置丽台Quadro FX 3700，有条件的话可以安装更高级别的丽台Quadro FX 4600。而且，系统中其他部件也需要足够的性能，避免出现瓶颈。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。
我们推荐的CATIA V5标准平台配置是：双核2.0GHz处理器、4GB内存、丽台Quadro FX 3700显卡。
如欲了解丽台产品详情，请上官方网站：http://www.leadtek.com
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