2007年4月12日，當前，我國工業界的產品設計平臺正在從“以二維為主”轉向“以三維為主”，以三維CAD技術和軟件產品為基礎的三維設計技術正成為企業信息化應用的熱點和焦點。相應的，三維CAD軟件的應用對企業的計算機平臺提出了更高的要求，機械制造和建筑領域的三維設計成為了專業圖形卡（顯示卡）的最主要應用領域。本期將從航天工業特種設備行業的具體需求出發，以市場上的高端專業圖卡麗臺NVIDIA Quadro FX 3500為例，探討專業圖卡的選擇和應用。
麗臺NVIDIA Quadro FX3500
行業應用背景
測試人員以高端專業圖卡麗臺NVIDIA Quadro FX 3500為核心，搭建了一套圖形計算平臺，其配置如表1所示。這套系統由中國航天科技集團公司第一研究院航天發射技術及特種車事業部的技術人員進行測試和試用。
中國航天科技集團公司第一研究院航天發射技術及特種車事業部（簡稱CASV）是航天一院直屬的國有經營實體，以航天發射技術為依托，管理和運營特種車和地面設備相關資源，具備特種車研發設計、總裝總成、底盤和零配件生產能力。主要從事彈箭發射技術、發射方式以及發射車、發射平臺的研制，是航天科技集團發射技術及地、艦面設備專業組組長單位，為各型號運載火箭研制過一系列高水平、高質量、高可靠性的地面發射設備，并形成了配套的各種高性能分系統產品，主要產品有發射臺、加注供氣設備、吊裝設備、鐵路運輸設備、輔助的工作臺梯、低溫產品和定位定向產品等。
表1 配置表
項目 配置情況
處理器 Intel Core 2 DUO E 6400
圖卡 麗臺NVIDIA Quadro FX 3500
內存 1GB
硬盤 SATA 160GB
網卡 Broadcom NetXtreme Gigabit Ethernet
操作系統 WindowsXP Professionnal X32
航天發射技術及特種車事業部開展設計技術革新較早，已經能非常成熟地運用了三維CAD軟件完成產品開發。結構特征復雜、體積龐大是這一領域產品的基本特點，因此，其三維產品設計對計算機幾何圖形處理性能的要求非常高。因此，CASV的工程師會使用惠普等公司的圖形工作站產品，以提升軟件系統的運行性能表現和工作效率。而普通的高性能PC則由于缺乏專業圖卡和大內存的支持，不能應付較大規模的專業圖形處理任務。特別是在模型出工程圖和工程剖視圖時，系統運行表現急劇降低。試用平臺除采用雙核處理器外，內存容量與CASV現有系統差別不大，而圖卡則采用新近的高端專業產品麗臺NVIDIA Quadro FX 3500，通過試用我們希望衡量這塊專業圖卡對這類型的行業應用有多大的提升作用。
現在CASV 正在使用麗臺NVIDIA Quadro FX 3000專業圖卡，其專業圖形效能基本令人滿意。作為2006年新推出的Quadro FX 3500，其硬件參數相比Quadro FX 3000有哪些提高呢？
麗臺NVIDIA Quadro FX3500
麗臺NVIDIA Quadro FX 3500是2006年NVIDIA公司新發布的高端專業圖卡，其核心是0.09微米制程的G71GL芯片，擁有24條像素渲染管線和8個頂點引擎。較多的渲染管線和頂點引擎使麗臺FX 3500能在實時模型渲染和材質處理方面具有更好的性能表現，但是，對于普通的CAD軟件用戶來講，工作時的模型是不需要很復雜的材質的，其光感要求也不高，這部分的優勢在影視動畫等DCC領域能得到更淋漓盡致的表現。
較高的核心頻率和麗臺FX 3500配置的256MB GDDR3高速顯存才是CAD應用制勝的關鍵。麗臺FX 3500顯存頻率達到了675MHz，采用256bit控制器，顯存帶寬高達42.2GB/s顯存帶寬，這在同時發布的顯卡中是最高的。麗臺FX 3500每秒能夠填充94億texel或處理1億7400個三角形。這個優勢直接提高了CAD軟件運行大規模復雜模型的流暢度。
此外，麗臺FX 3500板載400MHzRAMDAC和雙Dual-link DVI輸出接口，可支持超高分辨率的顯示器。如果采用VGA接頭，其輸出分辨率能達到2048×1536×32bpp(85Hz)，在數字輸出模式下能達到3840×2400×32bpp分辨率。利用雙Dual-link DVI輸出接口和麗臺FX3500的POWER WALL功能，工業和虛擬現實用戶可以實現低成本的大屏幕預覽。
相比上一代的同級別產品，麗臺FX 3500擁有高出2倍的幾何與填充率、高出5倍的硬件像素讀回能力和超過1.55倍的內存頻寬。由于采用G71GL核心，麗臺FX3500擁有GF7的全部特效，包括CineFX 4.0視覺處理引擎，優化還原畫質效果的Intellisample4.0全屏幕反鋸齒技術，針對大量光影運算需求的UltraShadowI I 特效等。A P I方面， 麗臺F X3500支持DierctX 9.0C、OpenGL2.0與Shader Model 3.0。
應用測試
測試人員在CASV研發設計中心發射裝置組工作，負責CASV的發射裝備的設計等工作。設計部門常用的設計軟件主要包括：二維AutoCAD，三維軟件SolidEdge、SolidWorks、ProE和UG。其他分析計算類軟件則采用Ansys和流體計算Fluent軟件。在這些軟件中，最常使用的軟件還是SolidWorks2005，測試人員使用SolidWorks構建、處理復雜的模型，觀察模型處理過程的流暢度及顯示效果，同時嘗試復雜模型的打開、出工程圖和制作剖視圖等操作，觀察系統的流暢程度。由于Pro/E和UG的圖形核心與SolidWorks相類似，在SolidWorks中的圖形性能表現基本能反映出Pro/E和UG的運行效果。而Ansys和流體計算Fluent軟件對三維圖形的要求不高，專業圖卡的作用并不明顯。
SolidWorks 2005的復雜裝配體造型測試采用了本部門的產品實例10m×2.5m自卸車車廂，如圖所示。裝配體的總數為671，所有零件均未優化，標準件均為實體特征模型。這一模型的特點是特征復雜、尺寸巨大，是典型的大型航天輔助設備部件。同時，這一部件的渲染材質和圖像品質并不需要很高。這種模型對圖卡核心頻率和顯存頻率的要求更高，而對顯存容量、渲染管線等參數的要求不高。
測試內容為打開總裝配體、三維模型剖視、出二維工程圖、二維工程圖剖視等操作，并記錄操作時間和觀察操作流暢度。
結果見表1、表2所示。
10m×2.5m自卸車車廂
測試內容為打開總裝配體、三維模型剖視、出二維工程圖、二維工程圖剖視等操作，并記錄操作時間和觀察操作流暢度。
結果見表1、表2所示。
表1 SoidWorks2005測試（還原方式）
項目 測試樣機（s） 現用計算機（mm：ss）
打開裝配體 9.41 1:08.54
三維剖視 6.16 00:09.21
出工程圖 3.71 00:7.40
二維剖視 2.49 00:6.54
表2 SoidWorks2005測試（輕化方式）
項目 測試樣機（s） 現用計算機（mm：ss）
打開裝配體 2.84 00:4.63
三維剖視 4.18 00:9.90
出工程圖 2.74 00:7.15
二維剖視 1.68 00:5.40
在這個測試中，基于麗臺FX 3500的性能優勢，測試系統在三維造型和工程圖操作方面，模型縮放、旋轉和編輯草圖均十分流暢，毫無停滯現象。而現在使用的計算機在模型縮放、旋轉和編輯草圖方面操作感明顯處于劣勢。
從運行數據上看， 麗臺FX 3500取得了絕對性的勝利，在還原模式下，麗臺FX 3500的速度均成倍提高，在打開裝配體方面，甚至僅僅是原有時間的1/7，給人的印象非常深刻。
麗臺FX 3500支持SoidWorks2005的REALVIEW功能，將軟件的硬件性能級別調到最高，并打開REALVIEW開關，模型的顯示效果得到了進一步提升，而操作流程度仍然沒有降低。這說明，麗臺FX 3500還有性能空間。
行業應用建議
航天工業需要什么樣的圖卡
航天工業產品的模型大多尺寸巨大、特征繁多、結構復雜，這種模型對圖卡的幾何處理性能絕對是一種挑戰，測試選用的麗臺FX 3500屬于高端專業圖卡，因此能很好的適應航天工業產品的設計特點，滿足三維模型規模和復雜度方面的需求。我們建議航空工業的用戶可以盡量選用麗臺FX 3500類似的高端專業圖卡，以提升工作效率。
機械設計CAD對專業圖卡基本要求
機械設計CAD不同于影視動畫等DCC領域，它強調模型的精度、復雜度和操作的流暢度，因此，選擇圖卡應首先注重核心頻率、顯存頻率和帶寬表現，其次是幾何浮點處理性能和精度，再次是顯存容量，最后才是渲染管線。按照這一標準，麗臺FX 3500是非常符合要求的，甚至比更高端的FX4500更適合。有道是直選對的、不選貴的。
合理搭配消除系統瓶頸
好鞍需配好馬。麗臺FX 3500的幾何圖形處理能力需要搭配同樣強勁的系統，基于新的內存構架的INTEL雙核處理器和1066Hz的前端總線應該是比較適合的選擇，而內存在VISTA操作系統發布后則要提升到2GB為好。這樣整套系統才能均衡均衡發揮有性能優勢。總之，通過此次試用測試證明，麗臺NVIDIA Quadro FX 3500是可以滿足航空工業大型裝配體的造型和出圖需求的，從運行表現看，麗臺FX 3500還有余力處理更大的模型。
（新聞稿 2007－04－13）