Что такое nvidia quadro
Quadro в специализированных системах
Платформа NVIDIA Quadro лежит в основе многих инновационных решений, которые трансформируют рабочий процесс и выходят за рамки традиционных настольных и мобильных форм-факторов. Благодаря производительности Quadro они обеспечивают возможности, сравнимые с традиционными решениями. Какое решение бы вы не выбрали, вы можете быть уверены в производительности и надежности графических карт Quadro.
ПЛАНШЕТЫ
Получите свободу творить вне зависимости от вашего расположения с профессиональным планшетом Wacom MobileStudio Pro на базе графической карты Quadro. KUVAUS:
КОМПЬЮТЕРЫ-РЮКЗАКИ ДЛЯ VR
Отвлекитесь от реальности с HP Z VR Backpack – первым в мире портативным профессиональным ПК для виртуальной реальности, который позволяет вынести рабочий процесс за рамки традиционных рабочих станций. HP Z VR Backpack на основе NVIDIA Quadro P5200 – это идеальная платформа для разработки продуктов, обучения персонала, создания виртуальных туров и других проектов в виртуальной среде.
РАБОЧИЕ СТАНЦИИ В КОРПУСЕ MINI
Несмотря на небольшой размер, рабочие станции в корпусе Mini обладают невероятной производительностью. Рабочие станции HP Z2 Mini и Lenovo ThinkStation P340 Tiny обладают мощностью, которую могут обеспечить только графические карты Quadro. Это делает их идеальным решением для профессиональных пользователей, которым необходима производительность на уровне полноразмерной рабочей станции, сертификация НППО и максимальная компактность.
Стоит ли покупать Nvidia Quadro для игр?
Правда ли, что дорогущие видеокарты Nvidia Quadro подходят для игр лучше, чем обычные модели GeForce? В этом гайде мы расскажем вам все, что нужно об этом знать.
Короткий ответ
Видеокарты Nvidia Quadro по соотношению цена-производительность для игр просто отвратительны. Если вы не планируете прежде всего использовать ее для профессионального программного обеспечения, а уже потом для игр, то видеокарта Nvidia Quadro станет очень плохим вложением.
Допустим, у вас есть много денег, и листая в Интернете сайты в поисках новой видеокарты, вы натыкаетесь на линейку графических карт под названием Nvidia Quadro. Очевидно, что эта серия отличается от обычных видеокарт GeForce, которые все мы знаем, но в чем их преимущество? Насколько сильно они отличаются? Для чего они сделаны? В нашем руководстве мы ответим на все эти вопросы, поэтому чтобы разобраться, что такое Nvidia Quadro, просто читайте дальше.
Что такое Nvidia Quadro?
Как уже было сказано выше, Quadro – обозначение серии видеокарт Nvidia, отдельной от основной линейки GeForce. В отличие от карт GeForce, карты Quadro предназначены для рабочих станций, а не игровых ПК.
Фундаментально карты Quadro практически не отличаются от своих игровых собратьев, так как основаны на той же архитектуре, что и модели GeForce. Но ключевые различия заключаются в оптимизации прошивки и некоторых возможностях, недоступных в обеих сериях.
Главное, что отделяет карты Quadro от карт GeForce – они ориентированы на точность, а не на скорость. Точность, которую они обеспечивают при рендеринге, малополезна для игр, но жизненно важна для профессиональных пользователей. Именно поэтому эти видеокарты используются для рабочих станций.
У карт GeForce, как мы уже сказали, все наоборот – в приоритете именно скорость. Поэтому они могут выдавать больше кадров в секунду, но неспособны обеспечить сравнимую с Quadro точность.
Подходит ли Nvidia Quadro для игр?
Вернемся к заглавному вопросу: можно ли использовать видеокарту Quadro в играх? Естественно, кратко можно почти наверняка ответить «да», но более правильно было бы задать вопрос не «можно ли ее использовать?» а «стоит ли ее использовать?»
Конечно, как Quadro, так и GeForce будут лучше работать в задачах, для которых они предназначены, то есть профессиональных программах и играх, соответственно. Однако, здесь главным вопросом будет цена – и для игр ее соотношение с производительностью у карт Quadro очень плохое.
А именно, карты Quadro обычно гораздо дороже, чем сопоставимые с ними модели GeForce. Например, в играх производительность Quadro RTX 5000 примерно соответствует GeForce RTX 2080 Super, а стоит она почти втрое дороже. Очевидно, что покупка Quadro исключительно для игр – это пустая трата денег.
Стоит отметить, что не все карты Quadro стоят заоблачных денег, но более доступные модели в ценовых диапазонах, соответствующим бюджетным и среднебюджетным картам GeForce, гораздо менее производительны в играх.
Конечно, если мы говорим о ПК, который в первую очередь будет рабочей станцией, а игры планируются как второстепенная задача, то видеокарта Quadro будет более предпочтительным вариантом. Она позволит играть в те же самые игры, что и видеокарта GeForce, но точная производительность будет зависеть от модели.
Заключение
Пожалуй, на этом все. Так что если видеокарта вам нужна исключительно для игр, и вы не планируете пользоваться требовательным программным обеспечением типа CAD, то лучшим решением будет игровая видеокарта, потому что у нее лучше соотношение цены и производительности.
Новые ускорители NVIDIA Quadro. Обзор возможностей Fermi для профессионалов
Графические процессоры NVIDIA семейства Quadro уже давно заняли прочную позицию в сегменте профессионального применения – системах автоматизированного проектирования (САПР), трехмерного моделирования и работы с графикой. Если в последнее время игровые решения NVIDIA несколько потеряли вес в глазах потребителей, то профессиональные видеокарты Quadro нового семейства Fermi лишь подогревают интерес к продукции компании. Здесь необходимо сделать небольшое отступление и рассказать о линейках продукции «зеленого» гиганта, среди которых можно выделить GeForce, Quadro и Tesla. Все эти модели основываются на практически единственной производимой продукции компании – графических чипах. Различие заключается только в специфике применения: NVIDIA GeForce – это массовые игровые решения, обладающие базовой функциональностью и продающиеся по достаточно низкой цене основной массе покупателей. Продукция под названием NVIDIA Tesla является более узкоспециализированной и предназначена для высокопараллельных вычислений в области математических, физических и других научных расчетов. На основе чипов Tesla создаются многопроцессорные суперкомпьютеры по кластерной технологии с невообразимой простым смертным производительностью. Quadro же относится к группе профессиональных 3D-ускорителей, у которых увеличен объем памяти по сравнению с игровыми решениями, улучшена безотказность работы, добавлены функции вывода изображения в больших разрешениях и другие функции, требуемые для работы в высококачественной графикой.
Модельный ряд новых видеокарт Quadro
Модельный ряд новых видеокарт Quadro
Вообще же для создания и редактирования трехмерной модели совершенно не требуется та мощность видеокарт, которая рекламируется для игровых решений GeForce: реалистичное отображение бликов, физические эффекты, высокая скорость прорисовки движущихся объектов и их текстур с высоким разрешением – это важно для красочной игры, но не для 3D-моделлера. Последнему нужна лишь высокая производительность при обработке геометрии объектов, поскольку отрисовка трехмерной модели происходит в виде полигонального объекта, который необходимо вращать, изменять размеры и форму. Поэтому основным требованием к графическим процессорам профессионального класса будет безотказная работа, стабильные драйверы, грамотная техническая поддержка производителя, возможность расширения системы, например, для вывода изображения в формате SDI. Все это предоставляет NVIDIA в лице видеоадаптеров Quadro, которые давно признаны всеми разработчиками фильмов, игр и инженерами. Казалось бы, прогресс в сегменте профессиональной графики если и нужен, то должен течь куда медленнее, чем на рынке игровых решений, но это не так: как вы уже поняли, основой всех продуктов является один единственный чип, поэтому прогресс во всех областях просто неминуем.
Не миновал прогресс игровых решений и семейство Quadro, которое пополнилось тремя основными ускорителями: бюджетным Quadro 4000, устройствами среднего и высокого классов Quadro 5000 и 6000, а также сдвоенным монстром Quadro Plex 7000.
Что новенького?
Fermi, как известно, разработан с нуля. Именно поэтому компания столкнулась с известными трудностями и в результате задержала выход чипов на рынок. Однако, ожидание пользователей было вознаграждено продуктом, который наиболее универсален на сегодняшний день. Среди особенностей новых видеокарт Quadro, которые лишились приставки FX и теперь обозначаются только цифровым индексом, можно выделить не только реализацию поддержки всех возможностей DirectX 11, но и несколько свежих возможностей.
Среди новых технологий следует отметить обновленный движок GigaThread Engine, который предназначен для улучшения производительности в большинстве задач путем оптимизации параллельных вычислений графическим процессором. К тому же, GigaThread позволяет увеличить скорость ввода и вывода данных для графического чипа, который при этом производит 3D-обработку или другие вычисления. Это приводит к повышению эффективности графического чипа.
Кроме того, новые продукты получили видеопамять с поддержкой механизма коррекции ошибок ECC. Память с подобной технологией давно применяется в серверах, однако на видеокартах такое решение встречается нечасто. Механизм ECC позволяет улучшить стабильность работы видеокарт и приводит к уменьшению вероятности сбоев. Общий объем памяти при этом также увеличен: даже младшая модель оснащена 2 Гб сверхбыстрой памяти GDDR5, а Quadro Plex 7000 и вовсе может загрузить в свою память трехмерную модель на 12 Гб с поистине чудовищным количеством полигонов.
В Quadro Plex 7000 сложно сразу признать видеокарту
В Quadro Plex 7000 сложно сразу признать видеокарту
Масштабируемый геометрический движок, названный Scalable Geometry Engine способен гораздо быстрее обрабатывать большое количество полигонов, особенно тех, которые загружены в память Quadro Plex 7000. Движок в процессе работы задействует графические кластеры, чтобы быстрее создавать треугольники, причем каждый кластер может создать в два раза больше многоугольников за один такт, повышая эффективность. Данные факторы дают значительное увеличение скорости прорисовки примитивов. Совокупные возможности масштабируемой геометрии дают прирост производительности в инженерных и научных приложениях, а не только в 3D-моделировании.
Quadro GPU Tesselation Engine – новый графический движок для работы с эффектами тесселяции, о которой не говорил только ленивый и которая доступна в игровых решениях поколения DirectX 11 и OpenGL 4.0. Эффекты аппаратной тесселяции позволяют улучшить отображение водных поверхностей, улучшить обработку физики в играх и самое главное – автоматически создавать множество мелких объектов кинематографического качества, не жертвуя производительностью. Кстати, данную возможность здорово демонстрирует тест от NVIDIA, на котором необходимо вращать голову манекена в парике – волосы очень естественно движутся благодаря GPU Tesselation Engine. Новинки Quadro позволяют проще обсчитывать эффекты тесселяции и трассировки лучей при помощи модулей OptiX и CgFX.
Поддержка DisplayPort обеспечивает вывод высококачественного изображения на мониторы с разрешением до 2560 х 1600 точек. Причем каждый графический процессор поддерживает до двух мониторов, а комбинацией устройств Quadro Plex 7000 можно получить возможность вывода изображения на восемь мониторов с общим разрешением до 36 мегапикселей.
С помощью Quadro можно с необычайной легкостью создавать мультимониторные конфигурации
С помощью Quadro можно с необычайной легкостью создавать мультимониторные конфигурации
Также нельзя не отметить и стремительно входящую в обиход технологию вывода 3D-изображения на монитор. Теперь дизайнер или разработчик сможет использовать все возможности NVIDIA 3D Vision в полной мере, включая вывод трехмерного изображения на несколько мониторов. Для этого у всех видеокарт Quadro имеется возможность подключения 3D-очков, правда у младшей модели данная возможность опциональна. Кстати, вместе с выпуском новых профессиональных ускорителей, NVIDIA выводит на рынок новые очки, выполненные по беспроводной технологии 3D Vision Pro: теперь провода не потребуются, а сигнал к очкам будет проходить по радиоканалу, что позволит более гибко строить систему с использованием технологии 3D Vision.
Поддержка работы с 30-битным цветом позволит вывести на экран целых 1.7 миллиардов цветов (по 10 бит на канал цветности), а не по 8-бит на канал, как было доступно ранее. Именно поддержка 30-битного цвета обусловила наличие двух разъемов DisplayPort на новых ускорителях. Правда, на сегодня существует только один монитор с поддержкой 30-битного цвета – HP DreamColor LP2480zx.
Преимущества профессиональной графики NVIDIA Quadro при работе с САПР приложениями
Дмитрий Чехлов. Автор многочисленных публикаций, посвященных компьютерной графике и 3D-технологиям, автор книги «Визуализация в Autodesk Maya: mental ray renderer», художник по освещению и затенению, технический специалист в области компьютерной визуализации, Активист Autodesk Community, Autodesk Certified Professional, участник программ Autodesk Developer Network и NVIDIA Partner Network.
Поддержка высоких уровней сглаживания
Наше знакомство с возможностями профессиональной графики и сравнение с возможностями игровой графики мы начнем с поддержки высокого сглаживания краев геометрии и линий. В отличие от игровых приложений, где высокое качество сглаживания может увеличить время визуализации кадра в профессиональных приложениях решается иная задача – качество выводимого изображения. Чем выше качество сглаживания линий и краев геометрии, тем легче анализировать модель или чертеж, определять детали и элементы сборок, и многое другое. Наиболее часто используется метод multisampling antialiasing. Он достаточно прост и доступен в библиотеках всех графических API. Однако для повышения качества сглаживания и устранения «ступенчатости» в гранях и линиях может потребоваться применение не только базовых методик сглаживания, но также и расширенных алгоритмов, позволяющих улучшать качество изображения.
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.
Здесь я хочу сделать небольшую ремарку. Поддержка сглаживания 64x может быть недоступна только в ряде некоторых графических ядер современных приложений. Многие разработчики стараются самостоятельно реализовать сглаживание линий и геометрии независимо от управления данной функцией со стороны драйвера.
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.
В отличие от игровых графических ускорителей, в профессиональных ускорителях реализованы улучшенные методики обработки геометрии. Это позволяет значительно увеличить производительность в процессе воспроизведения анимации и загрузить в память все необходимые данные.[1]
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.
Использование графической памяти
Память графического ускорителя играет важную роль в обеспечении высокой производительности. Это один из ключевых показателей возможностей GPU. Такие возможности графических ядер, как кэширование геометрии и запись данных напрямую в графическую память, при достаточном объеме предоставляет гибкие возможности для воспроизведения анимации и интерактивного перемещения в сложных сценах без снижения производительности. Большие объемы памяти особенно важны в работе с GPU-ускоренными движками визуализации и такими технологиями, как Alembic, и интерактивными приложениями для презентационной визуализации (напр. Autodesk VRED).
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 максимально сбалансированной работой программного обеспечения и драйвера GPU, а также возможностям очистки памяти реализованной 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 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 так же повышаются требования к её рациональному использованию.
Рисунок ниже демонстрирует пример того, какой объем памяти используется при загрузке модели в пакете Autodesk Maya 2016. 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 пример использования памяти при активизации режима отображения текстурных карт.
На диаграмме в Performance Monitor вы можете видеть, какой объем памяти требуется для хранения модели вагона. Поскольку отображение текстурных карт не активно, используется 1/3 объема графической памяти. Когда активизируется режим отображения текстурных карт, все используемые в сцене и в шейдерах модели текстуры будут загружены в память графического процессора. Но в отличие от игровых графических процессоров, память профессиональных графических процессоров используется более рационально. Когда данные не нужны, они будут выгружены из памяти и загружены обратно только тогда, когда это необходимо. Если же выполняется копирование геометрии и модели, нет необходимости в создании дубликатов данных в графической памяти, легче создать взаимосвязанные образцы и использовать их. Обратите внимание, что объем памяти немного меняется, увеличиваясь, а затем доходит до прежнего уровня. При этом, в сцене содержится больше объектов и экземпляров текстурных карт.
Рис. 2-2. Пример использования памяти при создании дубликатов геометрии и шейдеров с текстурами.
Оптимизация работы памяти на профессиональных графических ускорителях достигается за счет оптимизации графических ядер на основе расширений API OpenGL и Direct3D.
Управление рабочими столами
Одним из серьезных недостатков игровой графики является отсутствие функций для создания и управления рабочими столами. Обычно это решается с помощью реализованных в ОС функций или сторонних решений. Это накладывает множество ограничений. Но пользователи профессиональных ускорителей не имеют таких ограничений и могут использовать как функционал от NVIDIA, так и предоставляемые операционной системой функции. Таким образом, можно выполнять огромное количество комбинаций рабочих пространств на любой вкус. В отличие от игровых решений, профессиональные карты Quadro предоставляют инструменты для управления рабочими столами и их конфигурациями. nView Desktop Management входит в состав дистрибутива драйвера и программного обеспечения NVIDIA Quadro и предоставляет пользователям необходимый функционал для настройки рабочего пространства и распределения множества приложений между несколькими рабочими столами.
Рис. 3-1. Пример применения nView Desktop Management для управления тремя рабочими столами.
Рабочие столы могут быть разбиты с помощью сетки, в каждую ячейку которой может быть помещено окно всего приложения или его отдельный диалог. На практике это очень удобно, особенно при работе с многооконными приложениями, где требуется организовать множество диалогов или буферов кадров. На рисунке ниже приведен пример организации нескольких окон с помощью разбивки по сетке.
Рис. 3-2. Пример применения функции Guideline Editor для распределения диалоговых окон приложений.
Еще одна полезная функция — привязка к границам экрана. В отличие от стандартной реализации в операционных системах Windows и Linux. Благодаря инструментарию nView Desktop Management, вы можете настроить определение границ экрана и действие окон приложения в процессе операций с ними.
Рис. 3-3. Функции Windows Manager позволяют пользователю лучше управлять окнами приложений.
Инструменты мониторинга и конфигурации
Так как графические ускорители NVIDIA Quadro ориентированы на профессиональных и корпоративных пользователей, разработчики NVIDIA предусмотрели специальный набор инструментов NVIDIA WMI (Windows Management Instrumentation) и специальный инструмент NVIDIA SMI для мониторинга загруженности графических процессоров, памяти и контроля температурного режима. Инструментарий NVIDIA WMI входит в дистрибутив драйвера для NVIDIA Quadro и доступен наряду с nView Desktop Management. Рисунок 4-1 наглядно демонстрирует компоненты установки драйверов NVIDIA GeForce и NVIDIA Quadro.
Рис. 4-1. Компоненты установки драйверов GPU NVIDIA для линейки GeForce и линейки Quadro.
После установки драйвера с компонентами NVIDIA WMI, вы можете использовать все возможности мониторинга с помощью Microsoft Management Console и Performance Monitor. А если в ваши задачи входит администрирование нескольких удаленных компьютеров, подключение к ним и сбор данных произойдет гораздо быстрее, если использовать возможности локальной сети.
Рис. 4-2. Инструментарий Microsoft Management Console с оснасткой Performance Monitor и добавленными счетчиками NVIDIA GPU (NVIDIA WMI).
На рисунке выше приведен пример мониторинга производительности графических процессоров с помощью MMC, куда могут быть добавлены счетчики с помощью соответствующего диалога.
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.
Конфигурация для работы с несколькими GPU
При возрастающем объеме данных, содержащихся в комплексных моделях, для достижения высокой скорости визуализации необходимо применение производительных 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 вычислений. 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.
Рассмотрим наглядный пример настройки графических процессоров для распределения задач между вычислениями и визуализацией окон проекций на примере Autodesk 3ds Max и NVIDIA iray renderer. По умолчанию, 3ds Max и Iray используют все доступные графические процессоры. Обычно тот GPU, который используется операционной системой, будет не активен в Iray, а сам 3ds Max использует его для визуализации виртуального пространства. С другой стороны, если выполнить соответствующую конфигурацию драйвера, тот GPU, который не будет активен, не будет отображаться в списке доступных для визуализации в Iray устройств.
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.
Рассматриваемое условие доступно для всех приложений, требующих распределения нагрузки между несколькими графическими процессорами. Это могут быть САПР, использующие графический процессор для ускорения вычислений и для визуализации, это могут быть мультидисплейные системы, когда множество дисплеев отображают информацию, а дополнительные графические процессоры выполняют вычисления в CUDA или OpenCL приложениях.
Несколько примеров реализации функций в САПР с GPU NVIDIA Quadro
В процессе исследования и написания данной статьи мною и моими коллегами было протестировано и изучено несколько известных и доступных пакетов САПР, использующих графическое ядро на основе библиотек Open GL, а так же их возможности, использующие технологии OpenCL и NVIDIA CUDA.
Основной упор мы делали на качестве изображения и производительности графического ядра при визуализации параметрической модели в виртуальном пространстве, использование ресурсов графических процессоров и выполнении вычислений общего назначения.
Производительность зависит не только от графики
Производительность такого программного обеспечения, как САПР, зависит от множества факторов. Результат выполняемых пользователем операций, вычисляется центральным процессором, а повторное вычисление всей модели может потребовать времени. Графические ускорители выполняют задачи связанные с визуализацией векторных данных параметрической модели, полученной в процессе вычислений с помощью центрального процессора и хранимой в оперативной памяти. С другой стороны, графический ускоритель может ускорить процесс вычислений в хорошо распараллеливаемых алгоритмах с помощью NVIDIA CUDA или OpenCL. Помимо этого, на протяжении нескольких лет компанией NVIDIA и её партнерами по консорциуму Khronos Group ведется разработка расширений для Open GL, позволяющих выполнять оптимизацию производительности приложений. Многие профессиональные графические приложения и их ядра начинают использовать возможности этих расширений для увеличения производительности.
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.
На рисунке 6-1 приведен пример профилирования сцены Autodesk Maya в процессе воспроизведения анимации. Каждый из голубых блоков — задачи, связанные с визуализацией силами Viewport 2.0, а каждый из блоков коричневого цвета — вычисление определенного элемента сцены с помощью CPU. В то время, когда выполняются вычисления в процессе трансформации и деформации объектов, графическое ядро программы выполняет визуализацию получаемых от CPU и данных. Из этого следует значительное повышение производительности в визуализации и вычислениях всей системы в целом. Когда мы снимаем с CPU лишние задачи по вычислениям, его возможности можно использовать для решения последовательных задач, но в то же время, хорошо распараллеливаемые и графические задачи выполняются на GPU. Таким образом, мы получаем прирост производительности графического ядра и приложения в целом.
КОМПАС-3D
Одним из удачных примеров реализации поддержки возможностей графических ускорителей и программного обеспечения NVIDIA Quadro является машиностроительная САПР — КОМПАС-3D. В отличие от конкурирующих решений, разработчики из компании АСКОН, совместно со специалистами компании NVIDIA, реализовали прямую поддержку функций драйвера NVIDIA Quadro.
Рис. 6-2. Пример отображения модели в виртуальном пространстве пакета КОМПАС-3D V16 на GPU NVIDIA GeForce и NVIDIA Quadro.
Рисунок 6-2 наглядно демонстрирует поддержку высокого уровня сглаживания, настраиваемого с помощью драйвера NVIDIA Quadro. При этом используемая плоскость отсечки также визуализируется с помощью графического ускорителя. В отличие от других решений, все параметры и контроль качества выполняется с помощью панели управления драйвером, а не через интерфейс приложения. В самом же приложении вы можете выбрать, будет ли использовано аппаратное ускорение или нет.
T-FLEX CAD
Еще один хороший пример использования технологий компании NVIDIA и возможностей профессиональной графики Quadro, является пакет T-FLEX CAD. Он также использует возможности спецификаций Open GL и драйвера NVIDIA Quadro, но обладает дополнительным функционалом — поддержкой визуализации трассировки лучей с использованием технологии NVIDIA OptiX.
В отличие от пакета КОМПАС-3D, пакет T-FLEX CAD обладает глобальными настройками графической подсистемы в самом приложении и предоставляет пользователю возможность управлять качеством сглаживания и выполнять базовую оптимизацию производительности.
Рис. 6-4. Пример визуализации с помощью NVIDIA OptiX в T-FLEX CAD.
Библиотека OptiX позволяет выполнять трассировку лучей в режиме реального времени и обеспечивает разработчиков необходимыми спецификациями для разработки шейдеров материалов и источников света, а также инструментами интеграции с API OpenGL и Direct3D.
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
Пакет SolidWorks предоставляет своим пользователям богатый функционал. Его графическое ядро также оптимизировано для работы с профессиональными графическими ускорителями. Одной из важнейших функций для создания высококачественных образов напрямую в SolidWorks является функционал, заложенный в RealView.
Рис. 6-5. С помощью SolidWorks RealView вы можете создавать высококачественные иллюстрации с помощью OpenGL и аппаратных шейдеров.
Графическое ядро SolidWorks позволяет формировать высококачественные образы с высокой детализацией и такими эффектами, как штриховка и контурные линии. Для увеличения реализма модели, вы можете активизировать вычисление эффекта Ambient Occlusion. Данный эффект отлично визуализируется современными профессиональными графическими ускорителями и может быть применен на сложных сборках с большим количеством деталей.
При использовании профессиональных ускорителей NVIDIA Quadro пользователям SolidWorks доступны все основные возможности графического ядра и высококачественного затенения.[2]
SOLIDWORKS Visualize
Для высококачественной визуализации изображений и анимации в пакет программ SolidWorks входят два продукта SolidWorks Visualize Standard и SolidWorks Visualize Professional. Эти продукты используют возможности ядра NVIDIA iRay для фотореалистичной визуализации создаваемых моделей.
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.
Благодаря поддержке возможностей распределения нагрузки в задачах между различными GPU высокую производительность в SolidWorks Visualize помогают обеспечивать multi-gpu конфигурации с NVIDIA Quadro и NVIDIA Tesla. Вы можете выполнять отображение сцены в OpenGL на графическом ускорителе NVIDIA Quadro, а визуализацию сцены с высоким качеством и реалистичными освещением и материалами можете выполнять силами специализированных вычислителей NVIDIA Tesla. Это помогает распределить нагрузку и добиться высокой производительности в интерактивной навигации. Все управление графическими ускорителями может быть осуществлено с помощью драйвера для NVIDIA Quadro и NVIDIA Tesla.
CATIA LiveRendering
Система интерактивной и фотореалистичной визуализации CATIA LiveRendering также основана на технологии NVIDIA iRay. С ее помощью вы можете выполнять визуализацию изображений и моделей, создаваемых с помощью системы CATIA и предоставлять полученные образы клиентам.
Рис. 6-7. Система визуализации CATIA LiveRendering на основе NVIDIA iRay.
Как и весь комплекс CATIA, решение LiveRendering является отдельным элементом, но интенсивно связанным со всей системой в целом. Для обеспечения высокой производительности и комфорта в работе с множеством приложений и решений комплекса, необходимо обратиться к профессиональным решениям, позволяющим выполнять визуализацию виртуального пространства и вычисления на GPU без перерасхода ресурсов.
Решение LiveRendering может быть использовано совместно с NVIDIA Quadro и программно-аппаратной платформой NVIDIA Quadro VCA, позволяя увеличивать производительность в работе над комплексными и сложными моделями.
Autodesk 3ds Max
Пакет Autodesk 3ds Max является одним из лидирующих инструментов для создания компьютерной графики и анимации, а так же для высококачественной визуализации. Приложение использует множество технологий для достижения оптимальной производительности как при визуализации сцен в видовых окнах проекций, так и в вычислениях общего назначения. Разработчики компании Autodesk, совместно с NVIDIA реализовали поддержку ключевых возможностей DirectX и поддержку современных графических процессоров, интеграцию NVIDIA PhysX и его компонентов, а также поддержку вычислений общего назначения для тесселяции геометрии с помощью OpenSubdiv.
Рис. 6-8. Autodesk 3ds Max 2016 с выбранным в качестве текущей системы визуализации NVIDIA Iray.
Компания NVIDIA ведет разработку комплексных решений для фотореалистичной визуализации и технологий, позволяющих использовать обширные возможности GPU для ускорения вычислений. Системы визуализации NVIDIA iRay, NVIDIA mental ray и язык описания материалов NVIDIA MDL, интегрированные в Autodesk 3ds Max, благодаря применению совместно с графическими ускорителями NVIDIA Quadro и NVIDIA Tesla, представляют комплексную платформу для визуализации в режиме Active Shade и окончательной высококачественной визуализации.
Пользователи V-Ray и Octane Renderer также по достоинству оценят возможности ускорения вычислений в процессе визуализации. В каждом из представленных ядер визуализации реализована поддержка Multi-GPU конфигураций систем. Программное обеспечение рабочих станций с несколькими GPU NVIDIA Quadro или NVIDIA Tesla может быть сконфигурировано для использования, одного, нескольких или всех графических процессоров, доступных в системе. А благодаря драйверу и программному обеспечению NVIDIA Quadro, пользователю предоставляется возможность оптимально использовать память графического процессора для хранения данных и вычислений.
Autodesk Maya
Система 3D моделирования и анимации Autodesk Maya по праву считается одним из лидирующих в индустрии M&E решений для создания высококачественной фотореалистичной анимации и визуальных эффектов. С помощью открытых форматов данных и мощнейшей системе макропрограммирования на основе Maya Embedded Language и Python, пакет получил признание среди многих профессиональных художников и технических директоров студий. Графическое ядро Maya может использовать одно из двух графических API – Open GL или DirectX, что позволяет использовать её как на платформе Windows, так и на платформах macOS и Linux.
Рис. 6-9. Графическое ядро Viewport 2.0 позволяет работать как со сложными моделями, так и текстурами с большим разрешением, а также предоставляет возможность использовать базовые методы затенения и визуализации.
Ядро Viewport 2.0 является многопоточным графическим ядром, использующим возможности систем с многоядерными процессорами и несколькими GPU (Multi-GPU). Графические ускорители NVIDIA Quadro и NVIDIA Tesla могут быть использованы для визуализации и работы с комплексными сценами, содержащими большое количество геометрии и текстуры в большом разрешении, а также обеспечивают высокое качество сглаживания и эффектов Bump Mapping, Tessellation и Ambient Occlusion.
Графические ускорители в Maya играют важную роль, они могут быть использованы не только для отображения виртуального пространства сцены, но и для ускорения работы ядра программы, обрабатывающего как геометрию и ее тесселяцию, так и деформеры, используемые для ускорения процессов вычислений трансформации геометрии в сцене.
На приведенном выше видео представлен пример использования GPU для ускорения обработки сцены в процессе воспроизведения анимации. Прирост скорости воспроизведения анимации обеспечивается оптимизацией деформеров и ядра программы для многопоточных вычислений. В процессе просмотра обратите внимание на изменяющееся значение Frame Rate, в зависимости от того, какой режим выбран DG, Serial, Serial + GPU Override, Parallel и Parallel + GPU Override.
Как и в случае с 3ds Max, пользователи могут использовать все возможности графических ускорителей для увеличения производительности в процессе визуализации с помощью таких движков визуализации, как NVIDIA mental ray, V-Ray, NVIDIA iRay for Maya, V-Ray RT, Octane Renderer и других.
Приложения Adobe Creative Cloud
Практически все ключевые приложения, входящие в пакет Adobe Creative Cloud предоставляют поддержку современных технологий, реализованных в графических ускорителях, линейки Quadro. Известный пакет Adobe Photoshop СС использует возможности графических ускорителей для того что-бы обеспечивать высокую производительность в визуализации холста и работу таких инструментов, как Hand tool, Rotate canvas tool, Zoom tool и обеспечивает визуализацию трехмерного пространства в процессе работы с 3D моделями.
Рис. 6-10. Графический ускоритель используется для увеличения производительности инструмента Rotate canvas в Adobe Photoshop CC.
Пользователи, использующие профессиональные дисплеи с поддержкой отображения цветов 10-bit канал (30-bit display), при использовании графических ускорителей NVIDIA Quadro могут использовать возможности данных GPU для отображения 30-bit цветов, что существенно увеличивает качество визуализации изображений, содержащих большое количество градиентов и требующих высокую точность цветопередачи. Это актуально, в процессе работы с научными и медицинскими изображениями, получаемыми с помощью компьютерной томографии и других высокоточных приборов.
Рис. 6-11. C NVIDIA Quadro, вы можете использовать все возможности графического ядра Adobe Photoshop CC.
Многие из фильтров в Adobe Photoshop поддерживают возможности вычислений с помощью GPU с применением Open CL. Такой подход позволяет значительно увеличить производительность в обработке изображений с большим разрешением и содержащими множество слоев.
Редактор векторной графики Adobe Illustrator CC включает в своем арсенале возможности для ускорения обработки и вычислений векторных форм, с помощью набора расширений NVIDIA Path Rendering доступных для OpenGL. Данный подход позволяет увеличить производительность обработки сложных векторных иллюстраций ядром Adobe Illustrator в несколько раз и обеспечивает высокое качество отображения векторных форм.
Индустрия кинематографа и современного телевидения уже давно перешагнула за рамки формата Full HD, современные фильмы снимаются с помощью камер, поддерживающих разрешения кадра 4K и 5K. Это накладывает определенные требования к рабочим станциям и возможностям графической подсистемы для обработки материала с таким разрешением и примененными к нему эффектами. Пакет нелинейного монтажа Adobe Premiere Pro CC использует возможности графических ускорителей для увеличения производительности воспроизведения видео, обработки эффектов и переходов.
Ядро Adobe Mercury Playback Engine предоставляет возможность использовать возможности GPU для ускорения вычислений. Пользователи могут использовать возможности данного ядра, не ограничиваясь только одним пакетом Premiere Pro, они доступны и в Adobe Photoshop CC и Adobe Media Encoder CC, когда вы выполняете сборку и экспорт видео.
При использовании GPU с большими объемами памяти, достигается значительное увеличение производительности в воспроизведении видео высокого разрешения с эффектами и масками в режиме реального времени.
Пакет Adobe After Effects CC также использует возможности GPU для ускорения вычислений. Помимо того, что в данном пакете используется OpenGL для отображения пространства композиции, так и для визуализации трехмерных композиций, освещения, 3D объектов и материалов, используются возможности библиотеки NVIDIA OptiX.