plik

Rozwiązania graficzne dedykowane programom inżynierskim

Stacja robocza

Użytkownicy  stacji  roboczych  mają  inne  oczekiwania  w  stosunku  do  swoich  komputerów  w
porównaniu  ze  „zwykłymi  śmiertelnikami”.  Patrzą  na  nie  inaczej  gdyż  traktują  je  jako  narzędzia  do
pracy  a  nie  do  rozrywki.  Wykorzystują  je  do  projektowania,  złożonych  analiz,  skomplikowanych
symulacji czy  prezentacji wyników  swej pracy. Ponieważ czas to pieniądz, dlatego też nie mogą oni
zaakceptowad  nagłych  awarii  systemu,  irytujących  błędów  programu  lub  dających  się  uniknąd
opóźnieo  w  toku  pracy.  Nie  wymieniają  kart  grafiki  dwa  razy  do  roku,  za  to  oczekują  wsparcia
technicznego dla sterowników do swych kart przez przynajmniej 2 lata. Ponieważ w  większości firm
zakupiony sprzęt musi byd sprawdzony pod każdym względem, powinien byd dostępny przez dłuższy
okres czasu, nawet bez względu na to czy jest on nowoczesny czy nie.

Termin profesjonalna stacja robocza jest równoznaczny ze sprzętem wysokiej jakości, dużą
niezawodnością pracy, wysoką wydajnością i, w razie potrzeby, z natychmiastowym wsparciem
technicznym.

NVIDIA i stacje robocze

Największym na świecie producentem układów graficznych dla stacji roboczych jest firma NVIDIA.
Ponad 75% rynku należy do dwóch serii kart produkowanych przez tą firmę: Quadro® FX i Quadro®
NVS.

Quadro® FX to rodzina kart dedykowana użytkownikom aplikacji 3D i to zarówno tym co projektują,
pracują nad symulacją procesów lub zjawisk jak i tym, którzy tworzą filmy. Są to najwydajniejsze karty
w swych klasach cenowych oraz rozwiązania, które charakteryzują się najlepszą jakością i
dokładnością tworzonego obrazu.

Quadro®  NVS  przeznaczone  są  przede  wszystkim  do  obsługi  aplikacji  2D  pracujących  na  wielu
monitorach,  w  biurach,  bankach  jak  i  sterowniach  zakładów  produkcyjnych.  Możliwośd  łączenia
wyświetlanego  obrazu  z  dowolnej  liczby  monitorów  (ograniczenia  wynikają  wyłącznie  z  systemu
operacyjnego)  pozwala  obsługiwad  bardzo  duże  rozdzielczości  na  dużej  powierzchni,  np.
wykorzystując wyświetlacze plazmowe.

Quadro a GeForce

Często  pojawiają  się  pytania  o  różnice  pomiędzy  kartami  grafiki  opartymi  o  Quadro®  a  opartymi  o
GeForce® ponieważ od strony technicznej sprawiają wrażenie bardzo podobnych, natomiast ich ceny
są  zasadniczo  różne.  Producent  dokładnie  pozycjonuje  obie  rodziny  produktów,  zaznaczając  przy
Quadro®,  że  są  dedykowane  profesjonalistom  a  GeForce®,  że  są  przeznaczone  dla  rynku
konsumenckiego.

W grupach dyskusyjnych związanych bezpośrednio z CAD często pojawiają się opinie użytkowników
mówiących  o  tym,  że  karty  z  procesorami  GeForce®  pracują  świetnie  z  używanymi  przez  nich
aplikacjami  3D.  Tym,  o  czym  większośd  z  nich  zapomina  jest  fakt,  że  w  szczególności  to  właśnie
podobieostwo  doprowadziło  do  spadku  cen  na  karty  profesjonalne  bowiem  główną  ideą  firmy
NVIDIA  jest  praca  zarówno  nad  jakością  i  uniwersalnością  kart  rynku  konsumenckiego  jak  i

przystępnością cenową produktów profesjonalnych. Producent dokłada wszelkich starao aby
stworzyd perfekcyjne rozwiązanie dla obu zastosowao.

Trzeba jednak sobie zdawad sprawę, że pomimo pozornego podobieostwa pomiędzy Quadro® a
GeForce® istnieje dużo różnic.

1. Różnice sprzętowe.

Wspomaganie aplikacji w oknie 3D czyli sprzętowe wsparcie dla OpenGL

Sprzętowe wygładzanie linii

Unikalną cechą procesorów Quadro® jest sprzętowe wspomaganie wygładzania linii. Nie ma ono nic
wspólnego z pełnoekranowym wygładzaniem na kartach GeForce®. Działa ono w przypadku linii a nie
pocieniowanych poligonów i to bez straty wydajności lub pobierania dodatkowej pamięci video.
Większośd profesjonalnych aplikacji wspiera tę właściwośd ponieważ jest ona standardowo zawarta
w OpenGL.

Wielu projektantów pracuje w tzw. trybie drutowym (wireframe) i dla nich ta cecha jest szczególnie
ważna gdyż wygładzanie linii poprawia wydatnie jakośd wyświetlanego obrazu.

Rys.1. Ten sam fragment ekranu z wyłączonym i włączonym wygładzaniem linii.

Operacje logiczne

Inną unikalną cechą procesorów Quadro® jest wspomaganie operacji logicznych OpenGL. Mogą one
byd zaimplementowane jako ostatni krok etapu renderingu, zanim zawartośd zostanie zapisana do
bufora ramki. Aplikacje stacji roboczych używają tej funkcjonalności do rysowania na widoku sceny
3D, np. do zaznaczania selekcji poprzez proste funkcje XOR.

Rys.2. Ilustracja pokazująca selekcję w programie Catia V5.

Posiadanie tej funkcji na poziomie sprzętu pozwala uniknąd poważnych strat wydajności tak jak ma to
miejsce w przypadku pracy z kartami GeForce®.

Różnice w OpenGL

W kartach dla rynku konsumenckiego i dla stacji roboczych OpenGL jest używany dla różnych celów.
Najpopularniejszymi  aplikacjami  dla  kart  GeForce®  są  pełnoekranowe  gry.  Mają  one  stosunkowo
niewielkie  wymagania:  wolna  od  błędów  funkcjonalnośd  i  przede  wszystkim  wydajnośd.  Aplikacje
CAD działają z OpenGL w oknach, w kombinacji z elementami 2D.

Typowa aplikacja na stację roboczą zawiera elementy 3D i 2D. Podczas gdy widoki wyświetlane są w
oknach OpenGL, menu, menu rozwijalne i ramki są wciąż elementami 2D. One też często zachodzą na
siebie. W zależności od tego jak radzi sobie z nimi sprzęt, przesłaniające się okna mogą w widoczny
sposób wpłynąd na jakośd wyświetlanego obrazu i jakośd grafiki. Jeśli okno nie jest przesłaniane przez
inne  okno,  cała  zawartośd  bufora  koloru  może  byd  przetransferowana  do  bufora  ramki  jako
pojedynczy,  ciągły  prostokątny  obszar.  W  przypadku  gdy  okno  przysłaniane  jest  przez  inne  okno,
transfer  danych  z  bufora  koloru  do  bufora  ramki  musi  byd  podzielony  na  serię  niewielkich,
prostokątnych obszarów. Te prostokątne obszary są określane mianem obszarów wydzielonych (clip
regions).

Procesory GeForce® obsługują sprzętowo jedynie jeden wydzielony obszar, najczęściej używany do
wyświetlania menu w OpenGL. Procesory Quadro® obsługują sprzętowo, bez straty wydajności, do 8
wydzielonych obszarów w aplikacjach CAD.

Sprzętowa obsługa płaszczyzn przekroju

Płaszczyzny przekroju pozwalają ciąd obiekty 3D tak by użytkownik mógł zajrzed do wnętrza obiektu.
Pokazywanie obiektów w przekroju jest szczególnie przydatne przy wizualizacji złożeo. Do tego celu,
wiele profesjonalnych aplikacji CAD /DCC używa płaszczyzn przekroju. Rodzina procesorów Quadro®
wspomaga sprzętowo obsługę płaszczyzn przekroju zwiększając znacznie wydajnośd profesjonalnych
aplikacji.

Różnice w wydajności (przy zastosowaniu sprzętowych płaszczyzn przekroju i bez) pokazuje np. test
UGS-04 w SPECviewperf® 8.1

Rys.3. Zastosowanie płaszczyzn przekroju w programie Solid Edge.

Optymalizacja zarządzania pamięcią

Inną  cechą  oferowaną  przez  rodzinę  procesorów  Quadro®  jest optymalizacja  zarządzania  pamięcią,
która  efektywnie  przydziela  i  udostępnia  zasoby  pamięci  pomiędzy  bieżącymi  oknami  graficznymi  i
aplikacjami. W wielu sytuacjach ta cecha bezpośrednio wywiera wpływ na wydajnośd aplikacji a co za
tym  idzie  oferuje  wyraźną  różnicę  (na  plus)  w  stosunku  do  zorientowanej  na  rynek  konsumencki
rodziny GPU GeForce®.

Pamięd grafiki wykorzystywana jest na bufor ramki, tekstury, pamięd podręczną i dane. Zunifikowana
architektura  pamięci  (UMA)  dynamicznie  przydziela  zasoby  zamiast  trzymania  stałego  rozmiaru  dla
bufora  ramki.  Wolna  pamięd  bufora  ramki,  zamiast  pozostad  niewykorzystana,  może  zostad  użyta
przez  inne  bufory  lub  na  tekstury.  Szczególnie  wtedy  gdy  aplikacje  potrzebują  więcej  pamięci,
używając np. poczwórnego bufora dla obrazu stereo lub wygładzania obrazu w widoku pełnej sceny,
efektywne zarządzanie zasobami staje się szczególnie ważne.

Sprzętowe nakładanie płaszczyzn

Interfejsy użytkownika w wielu profesjonalnych aplikacjach często wymagają elementów, które są
interaktywnie rysowane przed modelem lub sceną 3D. Kursor, menu rozwijalne lub dialogi występują
przed oknem widoku 3D. Te elementy mogą zniszczyd zawartośd zakrywanego okna lub wpłynąd na
wydajnośd aplikacji i jej interaktywnośd. Aby tego uniknąd, prawdziwie profesjonalne aplikacje
używają nakładania płaszczyzn (overlay).

Nakładanie płaszczyzn pozwala na rysowanie elementów w głównym oknie graficznym bez
zniszczenia zawartości okien znajdujących się pod nim. Okno rysowane w płaszczyźnie „overlay”
może zawierad tekst, grafikę itd. — tak samo jak w każdym innym normalnym oknie. Płaszczyzny te

obsługują np. bit przezroczystości, który kiedy jest ustawiony, pozwala byd widocznymi pikselom
znajdującym się pod spodem nałożonego okna. Są one tworzone jako dwie oddzielne warstwy
zachowując zawartośd głównego okna graficznego i zwiększając ogólną wydajnośd.

Czyszczenie i przerysowywanie tylko okna „overlay” jest o wiele szybsze niż całego, głównego okna
graficznego, np. w przypadku animowanych składników interfejsu użytkownika, które są rysowane
nad modelami lub scenami 3D.

Rys.4. Przykład nakładania płaszczyzn w oknie programu Solid Edge.

Poczwórne buforowanie stereo

Rodzina  procesorów  Quadro®  wspomaga  poczwórne  buforowanie  stereo,  rodzina  GPU  GeForce®
tego  nie  potrafi.  Poczwórne  buforowanie  stereo  jest  jedną  z  funkcji  OpenGL  służącą  do  tworzenia
obrazu  stereoskopowego  na  ekranie  płaskiego  monitora.  Generowane  są  dwa  obrazy,  dla  każdego
oka obserwatora oddzielnie i dla każdego podwójnie buforowane. Wyświetlane są one z przeplotem
lub bez, zależnie od urządzenia wyjściowego.

Wiele aplikacji profesjonalnych tak jak CATIA, SolidWorks lub StudioTools udostępnia użytkownikom
możliwośd oglądania modeli lub scen w trzech wymiarach, używając mechanizmu wyświetlania
stereoskopowego. Funkcjonalnośd ta może byd dostępna bezpośrednio w programie (CATIA), można
ją uzyskad za pomocą plug-in’a (SolidWorks) lub przy pomocy zewnętrznej przeglądarki (QuadroView
f-my NVIDIA).

Użycie obrazu stereoskopowego pomaga przy przeglądaniu złożonych konstrukcji szkieletowych,
tworzeniu realistycznych „podróży” w wirtualnym świecie lub po prostu do pokazania we właściwych
proporcjach dużych scen 3D.

Wsparcie stereo ze strony rodziny kart Quadro® pozwala na pełne wykorzystanie możliwości jakie
mają profesjonalne aplikacje.

Rys.5. Opcje służące do ustawiania trybu stereo w SolidWorks.

2. Optymalizacja aplikacji

NVIDIA bardzo ściśle współpracuje ze wszystkimi producentami oprogramowania dla stacji
roboczych. Wśród nich znajdują się tak znane firmy i ich produkty jak: Autodesk (AutoCAD i Inventor),
Dassault (CATIA i SolidWorks), MultiGen-Paradigm (Creator Terrain Studio i Vega Prime), PTC
(Pro/ENGINEER), UGS (UnigraphicsNX, I-deas i Solid Edge).

Poprzez  ścisłą  współpracę  z  tymi  i  innymi  twórcami  oprogramowania,  NVIDIA  gwarantuje,  że
aplikacje  będą  miały  pełne  wsparcie  ze  strony  wszystkich  cech  GPU  a  sterowniki  będą
optymalizowane  do  potrzeb  aplikacji.  Panel  kontrolny  grafiki  procesora  Quadro®  pozwala
użytkownikowi  na  ustawienie  parametrów  specyficznych  dla  danej  aplikacji.  Te  ustawienia  są
dostępne  poprzez  panel  kontrolny  OpenGL.  Panel  oraz  specyficzne  dla  danej  aplikacji  ustawienia
optymalizujące pracę sterownika są niedostępne w rodzinie procesorów dla rynku konsumenckiego.

Rys.6. Zakładka sterownika karty NVIDIA Quadro®.

3. Certyfikacja

Sterowniki dla stacji roboczych przechodzą rygorystyczne testy jakościowe już w samej firmie NVIDIA.
Poprzez  testowanie  nowych  sterowników  z  wieloma  aplikacjami,  przy  różnych  konfiguracjach
sprzętowych,  NVIDIA  ma  możliwośd  wychwycenia  ewentualnych  niedociągnięd  i  udostępnienia  w
szybkim czasie nowych, poprawionych wersji.

Również  producenci  oprogramowania  sprawdzają  różne  rozwiązania  sprzętowe  i  wystawiają  im
stosowne  certyfikaty.  Praktycznie  wszyscy,  na  swych  stronach  internetowych  w  działach
poświęconych  wsparciu  technicznemu,  zamieszczają  listy  kart  graficznych  ze  szczegółowymi
informacjami o przetestowanych kombinacjach: wersja programu – wersja sterownika karty – model
karty  graficznej.  Są  to  rekomendacje  dla  użytkowników  będące  jednocześnie  dowodem  gwarancji
poprawnej pracy danego oprogramowania i sprzętu.

Podsumowanie

Karty graficzne Quadro® firmy NVIDIA zawierają więcej niż tylko procesory o dodatkowych cechach
sprzętowych i wsparciu sterownika aplikacji. Są to kompletne rozwiązania sprzętowo-programowe, za
którymi stoi dedykowane wsparcie techniczne i serwis oraz gwarancja poprawnej pracy ze wszystkimi
profesjonalnymi aplikacjami a zunifikowana architektura sterownika zapewnia optymalną
implementację OpenGL dla obu zastosowao, profesjonalnego i konsumenckiego.

Standard Performance Evaluation Corporation (SPEC) jest organizacją typu „non-profit” utworzoną

w celu tworzenia, obsługi i wspierania zestandaryzowanego zestawu istotnych benchmark’ów, które
mogą byd stosowane do najnowszej generacji komputerów o najwyższych wydajnościach. SPEC
opracowuje zestaw programów testujących jak również recenzje i publikacje przedstawiające wyniki
testów członków organizacji i innych licencjobiorców. Sztandarowym produktem tej organizacji jest
najpopularniejszy program do testowania stacji roboczych z programami CAD i DCC – SPECviewperf®
8.1

Źródło: http://www.servodata.com.pl/hardware/pny/quadro/articles/quadro_geforce.htm