Профессиональные ГПУ NVIDIA Quadro

Введение

Современные приложения для работы с компьютерной графикой очень требовательны к графической подсистеме вашего персонального «друга». Графические ускорители разделяются на два направления, хм, а хотя уже нет, как минимум на 3 направления :-). Первое направление, которое очень быстро и динамически развивается, шагая семимильными шагами – направление игровых графических ускорителей. Они обладают большим объемом графической памяти, и мощными графическими процессорами, которые способны рассчитывать сложную геометрию, и реалистичные шейдеры различных поверхностей и умопомрачительные эффекты. Второе направление, это профессиональные графические ускорители, направленные на применение в области компьютерной графики, проектирования и визуализации. Если говорить о третьем направлении ГПУ, это научные вычисления, где требуются большие вычислительные мощности, графические ускорители благодаря своей уникальной архитектуре способны выполнять сложные математические расчеты, превосходя при этом центральные процессоры.

В этой статье вы познакомитесь с профессиональными графическими ускорителями NVIDIA Quadro FX. Также здесь рассмотрены области применения таких решений.

Для сравнения представленных ГПУ Quadro, проведено тестирование посредствам набора синтетических тестов SPECViewperf, который является отличным инструментом для тестирования профессиональных карт.

Сразу скажу, что в данной статье вы не увидите, как переделать обычную игровую карту GeForce в профессиональную карту Quadro FX – объясняется тем, что я лично не умею ни перепрашивать карты, ни паять микросхемы :-), да и зачем такие муки? Данная статья более централизованно объединяет в себе информацию из разных источников и мест о ГПУ NVIDIA Quadro FX, и знакомит читателя с тем, какие решения вообще существуют, и где они могут быть применены.

Также, для обсуждения материалов статьи и графических ускорителей, на форуме render.ru создана тема – «NVIDIA Quadro FX - дополнения к статье...». Вы можете, как поделиться своим мнением и опытом, так и задать интересующие вас вопросы, а также увидеть дополнения и некоторые исправления материалов статьи.

Линейка графических ускорителей NVIDIA Quadro

Графические ускорители NVIDIA Quadro выпускаются в 3х вариантах – NVIDIA Quadro NVS, NVIDIA Quadro FX и NVIDIA Quadro FX SDI.

NVIDIA Quadro NVS – используются исключительно для работы с 2D графикой, и при работе с финансовыми и офисными приложениями, не требующими сложных трехмерных графических решений. Их основное достоинство отличная работа с 2D графикой, отрисовкой интерфейсов и данных (к примеру, графики и схемы, а также растровые изображения), Quadro NVS поддерживает несколько дисплеев, что позволяет создавать мультимониторные системы для отображения большего объема информации.

Решения NVIDIA Quadro NVS, примеры приложений.

NVIDIA Quadro FX – профессиональное решение для работы с 3D графикой, анимацией, симуляторами и для научных исследований. Quadro FX аппаратно поддерживает OpenGL и DirectX, возможности расширенного программирования шейдеров в Shader Model 4.0 и расширенные возможности языка Cg, аппаратное сглаживание линий при работе с CAD программами и многое другое. Основная область применения Quadro FX – приложения автоматизированного проектирования (САПР), трехмерной графики и анимации, специализированные приложения, такие как для медицинских исследований, геологическое моделирование и изыскания, виртуальные симуляторы, и т.д. Также Quadro FX отлично справляются с работой в приложениях видеомонтажа и визуализации интерактивных телевизионных заставок. Решения Quadro FX также поддерживают мультимониторные системы, что позволяет выводить на несколько мониторов больше информации.

Решения NVIDIA Quadro FX, примеры специализированных приложений.

На данном рисунке представлены приложения: Autodesk Showcase 2008, Vital Images, Right Hemisphere и Landmark.

NVIDIA Quadro FX SDI – решение разработанное специально для работы как с трехмерной графикой и анимацией, так и с видео, и для приложений компоузинга. Quadro FX SDI включает в себе все что есть в Quadro FX, но с дополнительными возможностями для обработки видео форматов SD, HD, 2k – 4k. Аппаратно поддерживается обработка потока видео, и обработка в реальном времени видео секвенций созданных в программах монтажа и компоузинга, таких как Flame, Inferno, Smoke, Digital Fusion, Nuke, Adobe After Effects, Adobe Premiere, линейки продуктов видеомонтажа Avid. Quadro FX SDI прекрасно подходят для работы на телевидении, когда используются виртуальные студии и ведутся прямые трансляции, к примеру, с футбольного матча, где требуется отображение дополнительной информации в режиме реального времени.

Примеры применения NVIDIA Quadro FX SDI, для работы с видео, и программами компоузинга. Представлены UVFactory, Autodesk Lustre, Autodesk Toxik.

NVIDIA Quadro FX выпускают в четырех категориях и уровнях производительности.

1 уровень - Entry-Level, представлены карты NVIDIA Quadro FX 370,550, 560, 570. Это карты начального ценового диапазона и производительности.

2 уровень - Mid-Range-Level, в него входят карты NVIDIA Quadro FX 1500, 1700. Это карты среднего ценового диапазона и производительности.

3 уровень - High-End-Level, в него входят карты NVIDIA Quadro FX 3500, 3700. Карты уровня High-End ориентированные уже на более серьезные задачи, к примеру, на работу со сложными, состоящими из множества частей моделями, где требуется в первую очередь отзывчивость системы и скорость расчета графики. Особенно такие карты подойдут специалистам по анимации, где важна скорость воспроизведения анимации в режиме реального времени, и специалистам САПР, работающим со сложными чертежами и параметрическими моделями, и сборками.

Последний, 4-ый уровень, это Ultra High-End, в него включены карты NVIDIA Quadro FX 4500x2, 4700х2, 4600, 5500, 5600. Это самые производительные графические карты из семейства Quadro FX, они могут быть использованы для интерактивной визуализации сложных моделей с реалистичными шейдерами и анимацией, применяться в симуляторах, а также для работы в областях - например, медицине, и научных расчетах. Как вы заметили, к этому уровню относятся карты с префиксом «х2», в таких картах используются ДВА графических процессора. Между собой они объединены с помощью технологии NVIDIA SLI. Такой подход позволяет не задумываться о том, на каком чипсете (chipset – Intel, NVIDIA или других) приобретать материнскую плату, вы приобретаете карту с двумя процессорами и вставляете её в один слот PCI Express x16.

Преимущества ГПУ Quadro FX по отношению к ГПУ GeForce

Первое, что будет представлено вашему вниманию – главные преимущества графических ускорителей Quadro.

Обычному пользователю на первый взгляд покажется, что карта игровой серии GeForce дает очень большие возможности при работе с приложениями 3D графики и анимации, давайте сравним карты GeForce и Quadro FX, в чем заключаются их ключевые технические различия.

При производстве видеокарт на базе NVIDIA Quadro соблюдаются все спецификации NVIDIA, что гарантирует безупречную стабильность и надежность. Дизайн карт на базе GeForce, как правило, производитель разрабатывает самостоятельно, что не всегда в лучшую сторону отражается на надежности. Кроме того, код BIOS ускорителей Quadro также специально разработан и оптимизирован NVIDIA. Ниже приведена таблица, в которой указаны основные технологические различия семейств Quadro и GeForce.

	NVIDIA Quadro	NVIDIA GeForce
Жизненный цикл	Длительный – более 24-х месяцев	Короткий – 3-6 месяцев
Производство	Изготовитель – NVIDIA Соблюдаются все технологические нормы и спецификации.	Спецификации носят рекомендательный характер
Программная поддержка	На уровне приложений	Только поддержка драйвера
BIOS	BIOS от NVIDIA	BIOS от производителя
Сертификация независимых разработчиков (ISV)	Сертифицированы ведущими производителями ПО	Не сертифицируется
OpenGL	Аппаратная поддержка	Нет поддержки на аппаратном уровне

Профессиональные графические приложения предъявляют иные требования к видеоподсистеме, нежели игровые. В играх требования к качеству прорисовки сцены не очень велики и наиболее важным параметром является скорость текстурирования и заполнения сцены. Напротив, при работе с профессиональными приложениями, например системами автоматизированного проектирования или моделирования, необходимо обеспечить максимальное качество сложного изображения, выводимого в реальном времени, при приемлемой производительности. Для этого, предусмотрен ряд оптимизированных функций и технологий, аппаратно поддерживаемых ускорителями NVIDIA Quadro и используемых в популярных программных пакетах:

В NVIDIA Quadro аппаратно реализованы следующие возможности:

12-bit Sub-Pixel Precision (12-битная суб-пиксельная точность)

Extended programmability (Возможность расширенного программирования шейдеров) – поддерживается Shader Model 4.0.
Поддержка краевого сглаживания пикселей и линий. При выводе изображения трехмерной модели в реальном времени требуется максимально точно показать контуры объекта, при этом сглаживать остальное изображение не требуется.

Аппаратная поддержка OpenGL и расширений, драйвер OpenGL сертифицирован ISV (независимыми разработчиками приложений). Расширения, например, позволяют без снижения производительности выводить сложные курсоры или выделять какой-либо объект на сцене, не внося серьезных изменений в сцену.

Аппаратное ускорение вывода окон, курсора и меню поверх трехмерных моделей. Оптимизированная работа подсистемы памяти и драйвера OpenGL позволяет без искажений изображения и снижения производительности выводить окна и элементы меню поверх 3D-сцены с включенным антиалиасингом (Anti-Aliasing).
Аппаратное ускорение плоскостей разреза в системах автоматизированного проектирования и 3D-моделирования. Довольно часто при проектировании необходимо удалить часть изображения, для того, чтобы заглянуть «внутрь» модели. Ускорители NVIDIA Quadro поддерживают выполнение этих операций без снижения производительности.

Оптимизированная архитектура подсистемы памяти позволяет максимально эффективно использовать имеющуюся физическую память при работе с любыми приложениями.
Поддержка специальных алгоритмов расчета освещения позволяет получать более реалистичные изображения моделей в реальном времени.
Аппаратная поддержка двойной буферизации стерео-изображений позволяет добиться высочайшего качества изображения при максимальных частотах развертки.
Графический конвейер разрядностью до 384-бит поддерживает сложные математические вычисления высокой точности для достижения несравненного визуального качества. 128-битная точность операций с плавающей точкой на каждый компонент (RGBA) обеспечивает миллиарды оттенков в широчайшем динамическом диапазоне.
Сертификация ведущих производителей программного обеспечения позволяет гарантировать, что лучшие программные пакеты будут полностью совместимы с ускорителем NVIDIA Quadro и смогут полностью раскрыть его потенциал.

Для некоторых приложений, например, AutoCAD и 3ds Max, существуют бесплатные оптимизированные дополнения, которые расширяют функциональность и значительно повышают производительность.

Круг задач, для работы с которыми оптимизированы графические ускорители NVIDIA Quadro, не ограничивается 3D-приложениями. Для систем нелинейного видеомонтажа существуют OpenGL-фильтры, наложение которых в реальном времени производит видеокарта. Кроме того, с помощью решений NVIDIA Quadro могут создаваться целые виртуальные студии, а также эффектные заставки, выводимые поверх изображения, например, во время трансляций спортивных мероприятий. Несколько ускорителей NVIDIA Quadro могут быть синхронизированы для вывода изображения на множество мониторов, объединенных в видеостену.