Kdo koga nateguje?

Objavljeno: 29.11.2011 | Avtor: David Osivnik | Kategorija: Dosje | Revija: November 2011

"Ko mož z revolverjem sreča moža s puško, je tisti z revolverjem mrtev mož." Bodite brez skrbi, nismo testirali strelnega orožja ali se ukvarjali z obračuni revolverašev z Divjega zahoda, temveč si bomo omenjeno frazo iz znanega Leonovega vesterna le izposodili in preverili, ali drži na nam dosti bližjem področju - grafičnih karticah za CAD.

O avtorju

David Osivnik je arhitekt, ki se z računalniškim načrtovanjem in še posebej Autocadom profesionalno ukvarja že X let. Zaposlen je v studiu Vuga...

Nekateri se morda še spomnite časov prvih PC računalnikov z začetka 90. let in kako s strojno močjo nikakor niso dohitevali potreb večine tedanjih aplikacij. Nakup pravilno konfiguriranega računalnika je bil takrat eno zahtevnejših opravil v podjetju, saj je razlika med 2 MB in 4 MB pomnilnika (ja, pravilno ste prebrali) predstavljala velikanski skok v nabavni ceni. Na srečo danes ni več tako. Današnji sistemi zlahka poganjajo večino poslovnih aplikacij in v (napol) šali lahko rečemo, da računalnik, ki ste ga v supermarketu položili v voziček ob mleko in kruh, ne bo zgrešena investicija. A vendarle so v poslovnem svetu tudi stroke, katerih uporabniki potrebujejo čim več računalniškega "soka", saj tega za njihovo programje teoretično nikoli ni dovolj. To so na primer video produkcija, industrijske kalkulacije in inženirski oz. arhitekturni biroji. V tem članku se bomo osredotočili na slednje in predvsem gonilno srce njihovih računalniških sistemov - grafične kartice.

Kaj potrebujem?

Scenarij je po navadi tak: arhitekt se odloča za nakup grafične delovne postaje. Seveda v tak sistem samoumevno sodi vrhunski i7 procesor, vsaj 8 GB pomnilnika, diskovje, povezano v hitro RAID polje (še bolje, če imamo namesto diskov pogone SSD), a pri grafičnih karticah se kaj kmalu zatakne. Začne se z raziskovanjem po spletnih forumih, nadaljuje s posvetovanjem pri kolegih, konča pa s klici v trgovine, na servise ali s čvekom s sosedovim mulcem. Svet grafičnih kartic namreč pozna dve skupini - igričarsko in profesionalno. Načeloma naj bi že samo poimenovanje skupin pomagalo pri izbiri, a nam pogled na cenik hitro zbriše nasmeh z obraza in zamori začetni zagon ob nakupu. Profesionalne grafične kartice, za CAD, so nesramno drage in lahko dosegajo 50 % in več celotne cene računalnika. Tu se seveda zastavi legitimno vprašanje, na katero bomo v tem članku poizkusili odgovoriti: so igričarske grafične kartice dovolj dobre za profesionalno delo?

Preizkusimo!

Za obračun med karticami smo na eno stran postavili tri kartice znamke Nvidia iz profesionalne serije Quadro, na drugo pa nekaj igričarskih kartic, ki smo jih trenutno imeli pri roki. Skupino Quadrov so sestavljali modeli 600 (170 EUR), 2000 (475 EUR) in 4000 (819 EUR), skupino igričarskih kartic pa ATI Radeon HD 6570 (64 EUR), ATI Radeon HD 6870 (173 EUR) in Nvidia Geforce GTX 580 (484 EUR). Kartice prihajajo iz najrazličnejših cenovnih rangov, a če pri Geforce GTX 580 govorimo o vrhu igričarske ponudbe, smo pri Quadru 4000 le nekje na polovici, saj njegov večji brat Quadro 6000 velja dobrih 4000 evrov. Žal (in logično) ga v Sloveniji nihče nima na zalogi, da bi si ga lahko izposodili ...

Za začetek smo se podali v iskanje razlogov, čemu bi sploh kupili zelo drago profesionalno kartico, oziroma ali ta odtehta višji začetni vložek z bistveno boljšim ali hitrejšim delovanjem. Vprašanje postane še bolj zanimivo, ko ugotovimo, da izdelovalci kartic za obe skupini uporabljajo praktično enake grafične procesorje in kartice nato le optimizirajo za igre ali CAD programe. V reklamnih publikacijah za nVidia Quadro (in ATIjevo serijo Firepro) naletimo na trditve, da je poleg optimiziranega strojnega dela bistvena razlika tudi v gonilnikih, ki so pisani za vsako aplikacijo posebej. Ti naj bi prikazovanje predvsem 3D grafike bistveno pospešili, sliko pa polepšali s celozaslonskim glajenjem robov, neizotropnim filtriranjem, lepšim senčenjem in sencami; a to, roko na srce, znajo tudi igričarske kartice. Čeprav je strojni del praktično enak, žal uporaba teh profesionalnih gonilnikov na igričarskih karticah ni mogoča, saj nam BIOS na kartici tega ne dovoli.

Ker nejeverni Tomaž/Monitor nikoli ne verjame reklamnim publikacijam, smo zadevo seveda preverili. V vrhunsko opremljeni računalnik smo naložili Autodeskovo programje Autocad 2012, 3DS Max 2012 in Showcase 2012, vanje pa naložili različne 3D modele. V 3D pogledih smo jih nato premikali oziroma vrteli in v tabele zbirali namerjene sličice na sekundo (fps) različnih kartic. Opozoriti moramo seveda, da gre za prikazovanje modelov med modeliranjem v resničnem času (real time), in ne za končno upodabljanje (render).

Autocad 2012

Autodeskov Autocad je program, ki je v inženirskem svetu dosegel status industrijskega standarda. Pravzaprav definicija "program" zveni malce podcenjevalno, saj je Autocad že nekak grafični operacijski sistem, na katerem teče silno veliko dodatnih programov, namenjenih specifičnim strokam. Te se programira v Visual Basicu in Lispu, medtem ko jim sam Autocad postavlja osnovne funkcionalne temelje in grafični pogon. Ta načeloma temelji na standardu DirectX ali, natančneje, Direct3D, a ga dejansko ne uporablja vedno. Velika večina uporabnikov Autocada se z modeliranjem v tretji dimenziji morda nikoli ne sreča - risanje načrtov namreč vedno poteka v 2D svetu, ki od grafične kartice zahteva zelo malo, zato za delo zadošča že vsaka "kartica", ki je integrirana na cenejših matičnih ploščah.

Zadeva se spremeni, ko pogled prestavimo v tretjo dimenzijo. Tam se kartice poženejo v Direct3D načinu in prikazujejo modele, izrisane z uporabo strojnega dela 3D. Strojno pospešeni 3D način lahko na svojih zaslonih prepoznate tako, da pogledate na prikaz osi koordinatnega sistema. Ta se iz belih tankih črtic v 2D prikazu spremeni v debele barvaste v 3Dju. Sam prikaz 3D modelov lahko v Autocadu izvedemo na vrsto različnih načinov: žično, skrito, osenčeno, osenčeno z robovi in celo simulacija ročno narisane skice, ki različno vplivajo na hitrost prikazovanja.

Za hitrostni preizkus smo uporabili kar programček GsTest.arx, ki se skriva v namestitveni mapi Autocada in se z njim lahko poigrate tudi sami. Narišite nekaj 3D objektov in poženite GSTESTBENCHMARK. Mi smo v našega naložili zelo kompleksen model (700.000 poligonov), izklopili Autocadovo goljufanje v obliki prilagodljive degradacije (adaptive degradation) in dobili nepričakovane rezultate.

Ob pogledu na rezultate se nam takoj porodi misel, da tu nekdo nekoga pošteno vleče za nos. Ker tudi sami rezultatom nismo mogli verjeti, smo test večkrat ponovili, a vedno z enakimi rezultati. Enake meritve na vseh karticah nam dajo vedeti, da Autocad grafičnih izračunov za prikaz očitno ne prepušča v celoti grafičnim karticam, temveč večji del opravi kar s samim procesorjem. Pogled na uporabo procesorja v upravitelju opravil med samimi testi nam to potrjuje, saj je bilo eno jedro (od osmih) neprestano 100 % zasedeno. Zanimivo je tudi to, da če pred testom zamrznemo nekaj plasti (layer freeze) in s tem skrijemo del modela, se hitrostni rezultati ne spremenijo bistveno, čeprav bi to pričakovali, saj kartica tedaj prikazuje manj poligonov. Test smo nato nadaljevali z vklopljenim glajenjem robov (3DCONFIG->Manual Tune->Smooth Display) in pričakovano dobili bistveno lepšo sliko, na račun hitrosti prikazovanja. Če smo pikolovski, se nam bodo rezultati zdeli še bolj neverjetni, saj je najhitrejša kartica hkrati tudi najcenejša na testu (borih 64 evrov!).

Celozaslonsko glajenje robov v Autocadu. Zgoraj brez glajenja, spodaj z glajenjem.

3DS Max 2012

Autodeskov Max se prikazovanja modelov od različice 2012 loteva na samosvoj način. Doslej je veljalo, da za izris skrbijo grafične kartice po že nekoliko zastarelem standardu Direct3D 9.0, a nas je letošnji izvod prijetno presenetil z novim grafičnim pogonom, imenovanim Nitrous, ki sicer še vedno temelji na Direct3D 9.0. Toda v Autodesku se zavedajo, da je največji potrošnik grafične moči prikazovanje slike s celozaslonskim glajenjem robov. Zadevo so modro rešili tako, da Max med premikanjem modelov mehčanje robov izključi, v trenutku, ko model ustavimo, pa jih hitro omehča, oziroma pogled v roku 1 sekunde bistveno polepša. Zahtevnejši uporabniki bodo rekli, da je to polovičarstvo, a tako lahko prijetno delamo tudi s kompleksnejšimi modeli. K temu so dodali sence in ambientalno zaporo (ambient occlusion) v realnem času, kar Nitrous naredi v resnično uporabno orodje.

Testa v Maxu smo se lotili s postavitvijo animacije 1000 sfer, ki so se vrtele po zaslonu. Sferam smo zviševali kompleksnost in tako prešli z začetnih 80.000 na končnih 39.600.000 poligonov. Za razliko od Autocada nas rezultati v Maxu niso presenetili, ker dejansko odsevajo dejansko moč kartic. Najcenejši ATI je tu pogorel. Po drugi strani pa je očitno, da se tu igričarske kartice še vedno bolje obnesejo kot profesionalni modeli Quadro. Slednji sicer pokaže zobe, a le na enostavnejših modelih, saj mu pri kompleksnejših hitro poide sapa. Tu so igričarske kartice, grajene na hitrejših procesorjih s hitrejšimi RAMi, v prednosti. Zanimivi so tudi rezultati obeh močnejših Quadrov, ki so si bolj ali manj podobni, kljub strojno bistveno različnima karticama.

Ker ni vse samo v številkah, smo poleg testa hitrosti opravili tudi test kakovosti prikaza. Naredili smo model, ki je imel na sebi vrsto učinkov, kot so prosojnost, refleksije in reliefna hrapavost. V Maxu smo nastavili 100 % strojno prikazovanje in ugotovili, da med karticami ni bilo niti najmanjše razlike, kljub obljubam v reklamnem gradivu, ki so hvalili profesionalne gonilnike za Quadro.

Showcase 2012

Showcase je novost v Autodeskovi paleti programov in je namenjen ustvarjanju predstavitev 3D projektov. Če ste oblikovalec ali arhitekt, boste tu svoje kreacije postavili v navidezno okolje, jim določili materiale, jih animirali oziroma ustvarili prizore ter tako prepričali naročnike v vaše ideje. Modeli so predstavljeni vrhunsko, z vsemi detajli, sencami, odsevi in materiali. Ker vse poteka v realnem času, boste lahko svojo kreacijo kadarkoli malce zavrteli in si jo približali, a ob tem obdržali vrhunsko sliko. Seveda tako početje temelji na zmogljivosti grafičnih kartic. Mimogrede, tudi Showcase ima vgrajeno glajenje robov le, ko slika miruje (kot 3DS Max).

V program smo naložili kar priloženo demonstracijsko datoteko modela futurističnega avtomobila in pognali animacijo, ob tem pa beležili sličice na sekundo. Rezultati so bili podobno kot v Autocadu tudi tu zelo nepričakovani. Med karticami so razlike v hitrostih zanemarljive, vsaj pri prikazu brez glajenja robov. Ko ga vklopimo, začno rezultati strmo upadati in tu se tudi pokažejo mišice treh najmočnejših kartic. Pa vendar šestdesetevrski ATIjev model skoraj nič ne zaostaja za srednjim modelom Quadro (453 EUR).

CUDA dela čuda

O tehnologiji CUDA smo v Monitorju že pisali (glej št. 10/2010). Če na kratko ponovimo, gre za uporabo grafičnega procesorja pri intenzivnejših matematičnih kalkulacijah, kar s pridom izkoriščajo video aplikacije in 3D modelirniki za zaključno uprizarjanje prizorov (render).

A vse le ni tako lepo, kot se sliši. CUDA je tehnologija, ki ni izkoriščena, če aplikacija ni pisana prav zanjo. Zadevo smo preizkusili v 3DS Maxu in ugotovili, da deluje le v upodobljevalniku iRay. MentalRay in VRay sta tokrat ostala na hladnem, zato pa nas je iRay toliko bolj presenetil.

Testna scena v 3DS Maxu, s katero smo preizkušali hitrost upodabljanja s CUDA.

Pripravili smo sceno, ki jo računalnik z uporabo procesorja upodablja natanko 4 minute, nato smo omogočili CUDA in ugotovili, da deluje neverjetno dobro. Čas upodabljanja se je ob uporabi Geforce GTX 580 spustil na le 31 sekund, ko smo v sistem vgradili še drugi GTX 580, pa na vsega 16 sekund!

Zanimivo je tudi to, da se čas upodabljanja linearno zmanjšuje z rastjo števila vgrajenih CUDA jeder v grafične procesorje. Žal nam v uredništvo ni uspelo dobiti najmočnejše Nvidiine kartice Geforce GTX 590, ki ima dvakrat več jeder kot GTX 580, a bi bil rezultat verjetno pričakovan. Tu gre tudi opomniti, da ATI ne podpira CUDE, zato so Nvidiine kartice edina izbira.

Če smo nekoč za namene 3D upodabljanja kupovali drage strežniške dvoprocesorske sisteme, ni več tako. Omislite si navaden i7 procesor na boljši matični plošči, nanjo vgradite 3 GTX kartice in dobili boste raketo.

Poraba

V duhu ekoozaveščanja in trajnostnega razvoja igra svojo, sicer majhno vlogo tudi izbor grafične kartice, kar znajo ceniti predvsem v večjih podjetjih. Današnje kartice so se namreč razvile v požrešne velikane. Naviti procesorji, pomnilniki ter tudi do trije vgrajeni ventilatorji zahtevajo svojo energijo. GTX 580 je bila na napajalnik priključena s kar dvema kabloma, saj se njena potreba po moči ob polni obremenitvi približuje 300 W. Omislite si več takih kartic v drobovju računalnika in seštevek nakazuje, da bomo za tak sistem potrebovali zelo močan napajalnik, ki bo na računu za elektriko prispeval kar zajeten del. Opozoriti moramo tudi na pregrevanje, zato za take sisteme svetujemo nabavo primernega ohišja z obilo ventilatorji. Tu so vsekakor zmagovalci hladnejši Quadri, ki so tudi videti kot posušene pomanjšave igričarskih kartic. Njihovi procesorji niso naviti, s čimer stavijo na zanesljivost delovanja, posledično pa ne potrebujejo velikanskih hladilnikov.

Zanimivosti

Med testiranjem smo spotoma ugotovili tudi nekaj zanimivosti. Začeli smo s preverjanjem delovanja SLI (CrossFire pri ATI), ki več kartic med seboj poveže v eno, in ugotovili, da v CAD programih povezava ne deluje. To je tudi pričakovano, saj mora biti podpora SLI vgrajena v samo programje in do danes to premorejo le nekatere boljše igre.

Nadaljevali smo s priključitvijo več monitorjev na eno kartico. Poskušali smo ugotoviti, ali to kaj vpliva na rezultate, vendar med boljšimi karticami ni večjih razlik, saj te zlahka poganjajo tudi tri monitorje hkrati. Zatikalo se je le najcenejšima primerkoma, ki sta bila v Autocadu zaradi pomanjkanja pomnilnika ob kompleksnejših modelih primorana izklopiti celozaslonsko mehčanje robov.

Kot posebnost omenimo še kartico Quadro 600. Testirana je imela pritrdilno ploščico krajšo, kot je standard za ATX ohišja. Predvidevamo, da je namenjena nadgradnji specifične delovne postaje v nestandardnem ohišju.

Nategujejo ali ne?

Vsekakor. V dvoboju "CAD" kartic so predstavnice igričarske skupine veliki zmagovalec, vsaj na področju razmerja med ceno in zmogljivostjo. V Autocadu so se izkazale za popolnoma enakovredne, še več, za vsakdanje nezahtevno delo bodo zadoščale tudi tiste iz (naj)nižjega cenovnega razreda.

Uporabniki 3DS Maxa naj ne gledajo drugam kot na zmogljivejše modele Geforce, pa ne zaradi samega dela v realnem času, temveč zaradi končnega upodabljanja. Verjemite, CUDA vam bo narisala nasmešek na obraz.

In kaj ostaja Quadrom? Zanesljivost (nenaviti procesorji) in majhna poraba. Med Quadri je definitivni zmagovalec model 2000, saj 4000 ponudi premalo za skoraj dvojno ceno. Mimogrede, še vrhunski "igričarski" Geforce GTX 590 je cenejši.

Na koncu lahko zapišemo, da tako kot v filmu fraza z začetka članka ne drži. Clint je z revolverjem enostavno opravil z Ramonom in mirno odjezdil v sončni zahod.

nVidia Quadro 600

Procesor: GF108GL, frekvenca 640 MHz.

RAM: 1 GB GDDR3, frekvenca 800 MHz, 128 bit, pretok 25,6 GB/s.

CUDA: 96 jeder.

Prodaja: www.eventus.si

Cena: 170 EUR

nVidia Quadro 2000

Procesor: GF106GL, frekvenca 625 MHz.

RAM: 1 GB GDDR5, frekvenca 1300 MHz, arhitektura 128 bit, pretok 41,6 GB/s.

CUDA: 192 jeder.

Prodaja: www.eventus.si

Cena: 475 EUR

nVidia Quadro 4000

Procesor: GF100, frekvenca 475 MHz (Fermi).

RAM: 2 GB GDDR5 Frekvenca: 700 MHz, arhitektura 256 bit, pretok 89,6 GB/s.

CUDA: 256 jeder.

Prodaja: www.eventus.si

Cena: 819 EUR

ATI Radeon HD 6570

Procesor: Turks, frekvenca 650 MHz.

RAM: 1 GB GDDR3, frekvenca 900 MHz, arhitektura 128 bit, pretok 64 GB/s.

CUDA: /.

Prodaja: www.avtera.si

Cena: 64 EUR.

ATI Radeon HD 6870

Procesor: Barts XT, frekvenca 900 MHz.

RAM: 1 GB GDDR5, frekvenca 1050 MHz, arhitektura 256 bit, pretok 134,4 GB/s.

CUDA: /.

Prodaja: www.avtera.si

Cena: 173 EUR.

nVidia Geforce GTX 580

Procesor: GF110, frekvenca 816 MHz.

RAM: 1,5 GB GDDR5, frekvenca 4008 MHz, arhitektura 384 bit, pretok 192,4 GB/s.

CUDA: 512 jeder.

Prodaja: www.avtera.si

Cena: 484 EUR.

Naroči se na redna tedenska ali mesečna obvestila o novih prispevkih na naši spletni strani!
Prijava

ph

Komentirajo lahko le prijavljeni uporabniki