Преимущества профессиональной графики NVIDIA Quadro при работе с САПР приложениями

1. Поддержка высоких уровней сглаживания

Драйверы профессиональных карт Quadro предоставляют возможность выбирать в панели управления высокий уровень сглаживания – до 64х. На практике это дает существенно лучшее восприятие множества линий и границ объектов в сцене. На игровых видеокартах GeForce такие уровни сглаживания просто недоступны. На рисунке ниже приведен скриншот NVIDIA Control Panel для графических ускорителей GeForce и Quadro с активным режимом сглаживания Override any application settings.

Рис. 1-1. Драйвер GPU NVIDIA Quadro предоставляет возможность выбора более высокого качества
сглаживания граней объектов и линий, по сравнению с драйвером для GPU NVIDIA GeForce

Рис. 1-2. Примеры сглаживания линий и граней объектов на GPU NVIDIA Quadro и NVIDIA GeForce

Фильтрация текстурных карт играет важную роль, это актуально при работе над игровыми приложениями и при разработке аппаратных шейдеров, для Open GL или DirectX. Но для того, чтобы обрабатывать большое количество текстурных карт и реализовывать поддержку карт с высоким разрешением (до 16K), необходим другой подход при работе с графической памятью.

2. Использование графической памяти

Важной функцией при работе с памятью является её очистка для последующих задач или оптимальное использование для хранения данных. В профессиональных графических ускорителях память используется более равномерно, чем в игровых решениях. Это обусловлено отлаженной и стабильной работой программного обеспечения и драйвера GPU, а также возможностью очистки памяти реализованным в нем.

В зависимости от проектов объем данных может варьироваться, а в ряде случаев может быть колоссален по определению, профессиональные карты традиционно оснащаются большим объемом памяти. Только среди профессиональных ускорителей есть возможность использовать до 24 Гб памяти, которые помогают работать с текстурами, моделями, данными любой сложности и хранить их, не опираясь на создание резервного кэша.

Мы провели тест на использование памяти игровыми и профессиональными GPU. Основная его задача заключалась в отслеживании использования графической памяти в процессе моделирования трехмерной геометрии.

В процессе загрузки сцены и текстурных карт графическое ядро приложения старается полностью использовать память. В большинстве случаев 2–4 Гб графической памяти достаточно для работы над моделями средней сложности. С другой стороны, когда сцена содержит больше объектов и текстур, требования к объемам и возможностям памяти возрастают и могут потребоваться объемы в 8, 12 и более Гб, а также повышаются требования к её рациональному использованию.

Рисунок ниже демонстрирует пример того, какой объем памяти используется при загрузке модели в пакете Autodesk Maya 2016 Extension 2. Так как в драйвере выбрано автоматическое распределение ресурсов GPU, графическое ядро программы отдало приоритет GPU с большим объемом памяти.

Рис. 2-1. Пример работы графического ядра приложения с GPU NVIDIA Quadro и использования памяти при активизации режима отображения текстурных карт

Рис. 2-2. Пример использования памяти при создании дубликатов геометрии и шейдеров с текстурами

3. Управление рабочими столами

Рис. 3-1. Пример применения nView Desktop Management для управления тремя рабочими столами

Рис. 3-2. Пример применения функции Guideline Editor для распределения диалоговых окон приложений

Рис. 3-3. Функции Windows Manager позволяют пользователю лучше управлять окнами приложений

4. Инструменты мониторинга и конфигурации

Рис. 4-1. Компоненты установки драйверов GPU NVIDIA для линейки GeForce и линейки Quadro

Рис. 4-2. Инструментарий Microsoft Management Console с оснасткой Performance Monitor и добавленными счетчиками NVIDIA GPU (NVIDIA WMI)

Также, в отличие от игровых видеокарт, в профессиональных GPU реализована возможность конфигурации под определенные задачи. Например, на одном из установленных в системе GPU вам необходимо выполнять только вычисления с помощью NVIDIA CUDA, а на другом/других, вам необходимо и вычислять и работать с графикой. Для распределения нагрузки вы можете использовать утилиту NVIDIA SMI, доступную как для Windows, так и Linux и выполнить соответствующую конфигурацию GPU. Данная утилита также доступна и для некоторых моделей игровых графических ускорителей, к ним относятся модели, выпускаемые под брендом GTX Titan. Но функционал в данном случае будет сильно ограничен.

Рис. 4-3. Утилита NVIDIA SMI отображающая информацию о загрузке графических процессоров

5. Конфигурация для работы с несколькими GPU

В драйвере NVIDIA Quadro доступна большая группа настроек — «Workstation», с помощью которой выполняется конфигурация GPU. При конфигурации вы можете выбирать, какой из доступных GPU будет использоваться для работы только с графикой, а какой – для работы с графикой и вычислениями. В драйвере для игровых графических ускорителей вы можете выбирать только графический процессор для вычислений в CUDA-приложениях, что существенно ограничивает пользователя в конфигурации.

Рис. 5-1. Выбор GPU для визуализации виртуального пространства в OpenGL приложении,
выбор GPU для вычислений в CUDA приложении и глобальная конфигурация параметров рабочей станции

Рис. 5-2. Пример параметров NVIDIA Iray, когда все GPU могут быть использованы для вычислений и
когда для вычислений может быть использованы устройства глобально определенные драйвером

6. Несколько примеров реализации функций в САПР с GPU NVIDIA Quadro

Основной упор мы делали на качестве изображения и производительности графического ядра при визуализации параметрической модели в виртуальном пространстве, использовании ресурсов графических процессоров и выполнении вычислений общего назначения.

Производительность зависит не только от графики

Ключевая идея заключается в минимизации простоя в процессе вычислений, выполняемых на CPU и передаваемых GPU для визуализации. По своей сути, графический процессор не будет ожидать данные, которые к нему поступают после вычислений на CPU, и промежуток времени, в который GPU бездействует, будет заполнен определенными задачами, например вычислениями.

Рис. 6-1. Пример распределения задач между множеством потоков в процессе обработки сцены

КОМПАС-3D V16

Рис. 6-2. Пример отображения модели в виртуальном пространстве пакета КОМПАС-3D V16 на GPU NVIDIA GeForce и NVIDIA Quadro

T-FLEX CAD 14

Рис. 6-3. Параметры графической подсистемы пакета T-FLEX CAD

Рис. 6-4. Пример визуализации с помощью NVIDIA OptiX в T-FLEX CAD

Важным достоинством работы с такими приложениями как КОМПАС-3D и T-FLEX CAD является поддержка OpenGL, это важное условие при работе с Multi-GPU конфигурациями. Вы можете распределить каждое из приложений на выделенный GPU с помощью драйвера NVIDIA Quadro и выполнять все необходимые вычисления и работу со сценами в каждом из приложений. Это удобно, когда необходимо готовить проект в нескольких приложениях и передавать данные из одного приложения в другое.

SOLIDWORKS 2016

Рис. 6-5. С помощью SolidWorks RealView вы можете создавать высококачественные иллюстрации с помощью OpenGL и аппаратных шейдеров

При использовании профессиональных ускорителей NVIDIA Quadro пользователям SolidWorks доступны все основные возможности графического ядра и высококачественного затенения. (В сети можно встретить публикации посвященные активизации RealView в SolidWorks на игровых GPU. Но как показала практика и персональные исследования, активация данных функций не дает должного эффекта по сравнению с реализацией на профессиональных графических ускорителях. Зачастую это обусловлено определенными расширениями и возможностями шейдеров, которые становятся доступны при наличии связанного аппаратно-программного решения, аналогичного NVIDIA Quadro).

SOLIDWORKS Visualize

Ядро NVIDIA iRay может работать в двух режимах, высококачественном фотореалистичном режиме (Unbiased mode) и в упрощенном режиме, основанном на простой трассировке лучей (Biased mode).

Рис. 6-6. Пакет SolidWorks Visualize позволяет выполнять фотореалистичную визуализацию изображений с применением возможностей графических ускорителей

CATIA LiveRendering

Рис. 6-7. Система визуализации CATIA LiveRendering на основе NVIDIA iRay

Решение для визуализации может быть использовано совместно с NVIDIA Quadro и программно-аппаратной платформой NVIDIA Quadro VCA, позволяя увеличивать производительность в работе над комплексными и сложными моделями.

7. Расширенные функции конфигурации рабочей станции

В зависимости от того, какой графический ускоритель находится в вашей рабочей станции, их количества и подключенных дисплеев, вам становится доступны те или иные функции. Обычно это функции для просмотра системной топологии и управления использованием ресурсов графических процессоров. Если у вас несколько одинаковых дисплеев, вы можете использовать возможности технологии NVIDIA Mosaic для создания единого дисплея на все устройства и его калибровку.

Рис. 7-1. Настройка технологии NVIDIA Mosaic

Для решения задач, связанных с высокоточными вычислениями и требующими постоянной целостности данных, находящихся в оперативной памяти графического ускорителя, может возникнуть необходимость в памяти с коррекцией ошибок (ECC Memory). В драйвере для ускорителей NVIDIA Quadro и NVIDIA Tesla пользователю предоставляется интерфейс для активации функции коррекции ошибок памяти.

8. Мобильные решения NVIDIA Quadro

Рис. 8-1. В драйвере для мобильного графического ускорителя NVIDIA Quadro
вы можете выбрать один из доступных ускорителей или предоставить выбор программному обеспечению

На практике я использую мобильную рабочую станцию с NVIDIA Quadro K1000M для тестирования программного обеспечения. Это удобное решение для работы с небольшими проектами и бета-версиями программного обеспечения, ею удобно пользоваться в дороге в очередном путешествии, а также удобно использовать для проведения презентаций и мастер-классов.

Заключение

За годы работы с профессиональными решениями NVIDIA Quadro, я был сильно удивлен отсутствием возможности распределения ресурсов для визуализации в OpenGL или Direct3D на ускорителях игровой линейки. А возможности для управления функциями рабочей станции, доступные в профессиональных решениях NVIDIA Quadro, позволяют централизованно управлять доступными специальными функциями, например управление ECC памятью и распределение ресурсов для визуализации графики или вычислений общего назначения, а также управления такими возможностями, как конфигурация специальных решений на основе Quadro Sync и Quadro SDI. Поддержка вывода изображения и множества буферов кадров на различные дисплеи могут быть достигнуты только с помощью профессиональных решений, а при создании сложных мультидисплейных конфигураций необходима высокая точность в выводе изображения. Что достигается с помощью специализированного программного обеспечения, поддерживающего функции корректировки изображений и наложения, доступные в решениях на подобии NVIDIA Quadro. Системные же администраторы получают гибкие инструменты для управления инфраструктурой и оборудованием не только на локальных системах, но и на удаленных системах, что значительно упрощает работу и мониторинг работы оборудования.

В представленной вашему вниманию статье я постарался продемонстрировать наиболее заметные отличия между игровыми и профессиональными графическими ускорителями, но не со стороны производительности, а с точки зрения функционала. Многие функции могут быть использованы в повседневной работе как с 2D, так и с 3D приложениями, высокое качество сглаживания и оптимальное использование памяти позволяют рационально использовать возможности системы в целом, и оперировать достаточно большими массивами данных. Программное обеспечение, поставляемое вместе с профессиональными графическими ускорителями, позволяет решать гораздо больше задач по сравнению с игровыми решениями. Большей отдачи удастся получить от индивидуальной конфигурации, как глобальных профилей, так и индивидуальных для каждого приложения профилей.

Благодарности

Официальным производителем и поставщиком профессиональных видеокарт NVIDIA Quadro в Россию является компания PNY Technologies.