专业PK娱乐 Quadro与GeForce

在上期杂志中，我们请NVIDIA的Tyler Worden先生简单地讲述了一下专业显卡的特点，在本篇文章里，我们则要对专业显卡与游戏显卡在细节上进行更详细的区分。

事实上，专业显卡与游戏显卡虽然相互有关联，但彼此是泾渭分明的。关联者，两者都是计算机强大图形显示能力的有效保证，且就Quadro FX与GeForce而言，均由同一厂商NVIDIA提供，在芯片研发方面相互借鉴关联；分明者，两者针对不同用户，游戏显卡针对消费娱乐市场，而专业显卡则针对专业图形设计用户。用户定位不同，导致专业显卡和游戏显卡在品质精度、软件驱动和价格等方面有着较大的差别。

一、游戏的3D技术和专业的3D技术：不同的应用需要不同的图形解决方案

3D游戏的进步让人叹为观止。不论是在基本性能还是视觉效果方面，今天的游戏都处于前沿，它将硬件和软件的创新推上了新的水平。但是，3D游戏技术的巨大进步会促使一个既能满足游戏玩家又能满足CAD专业人士的通用硬件解决方案诞生吗？事情没有那么乐观。尽管高性能的3D技术对这两个领域都有贡献，但是面对今天多元化的应用，一劳永逸的3D技术是不存在的，而且可能永远也不会有。

游戏不是CAD，反之亦然。因此，CAD专业人士心目中的理想功能和佳性能之间的平衡与游戏玩家的需求是不同的。二者的技术发展相互融合，但是这些技术目前还没有统一。对于专业级3D硬件来说，它所关心的是调整AutoCAD的流水线和平衡工作负载，而不是流畅地运行新版本FarCry 2游戏。

二、专为平滑线条和Gooch着色功能设计的硬件

游戏软件不需要画很多复杂的线条。因此，在设计一个面向游戏做优化的显卡时，无需考虑线条画得有多快或多清晰。这么做的后果是，虽然大多数显卡能呈现普通线条，但是它们却不能生成AutoCAD要求的平滑及高质量的线条。由此产生两个选择：牺牲线条的质量来保证性能和速度，或者退回到依靠CPU和软件来呈现线条，但是同时不可避免地大幅度降低帧率。与之相反的是，像Quadro FX这样的专业级显卡集成了一个快速硬件引擎，专门用来呈现AutoCAD类型的平滑线条。其结果是既得到平滑优质的线条又不损失性能。

“平滑线条”功能关闭后，AutoCAD呈现出的图形

“专业级Quadro FX硬件呈现出的AutoCAD平滑线

游戏开发商的目标是让艺术家想象出来的3D世界具备清晰的外观和感觉，从而打动游戏玩家。但是这样的外观和感觉却不一定需要移植到CAD工作上，CAD软件所呈现的内容完全不同。3D着色器可以被设计成能完美呈现面部特征或昏暗的街巷，但它却未必适合表现汽车制动器的装配图或新市政厅的正视图中的细节。

CAD应用程序有着不同的视觉目标，它自然会选用与游戏不同的着色器。例如，AutoCAD的“概念风格”选用的是Gooch着色器，这是一种专门呈现技术图形的着色器。因此，显然游戏硬件没有理由去提供一个快速和高质量的Gooch着色器，但是专为运行AutoCAD的专业显卡却有这个必要。NVIDIA在其Quadro FX产品线的所有产品里都集成了一个经过验证的、为提高性能调整过的Gooch着色器。

三、OpenGL硬件逻辑操作

在Solidworks中拾取模型特定元素

CAD图形设计过程是人机交互的过程，设计人员经常需要对三维图形中特定的点、线、面进行拾取，以执行特定的操作。比较典型的操作过程是：选取操作对象，旋转、局部放大或平移，执行后续操作，这一过程完全是用户和计算机图形的精确交互。被拾取的部分图形必须准确地得到突出显示，如变成不同的颜色或变得具有透视效果，这种图形的交互式逻辑操作需要显卡的硬件支持，而这就是Quadro FX的OpenGL硬件逻辑操作功能。这一功能需要显卡硬件对OpenGL的完美支持。对于GeForce显卡的用户而言，游戏过程中并不需要精确的图形交互，因此这种矢量图形的硬件逻辑操作也是GeForce显卡所不提供的。没有硬件逻辑操作功能的GeForce显卡在使用CAD软件时，将这部分操作转交给了CPU和软件系统，从而增加了系统的负担。

四、双面光源处理

是否支持双面光源在三维软件里区别非常明显

在计算机中显示三维模型需要通过三角形或多边性的面片，这些面片组成了多姿多彩的三维世界。而为了得到真实感的三维模型，必须考虑光源问题，必须通过计算机模拟自然界光源的反射、散射等效果。Quadro FX支持双面光源处理，保证了当CAD用户旋转不封闭曲面，或剖切封闭的空间时，三维模型的另一面或内表面同样得到很好的光源处理，从而得到内外兼具真实感的完整三维模型。GeForce用户并不需要双面光源处理，因为在游戏场景中的三维物体仅仅需要处理对外显示的面，而物体的内侧不需要显示，因而不需要额外花费资源进行处理。这是三维CAD和三维游戏的需求明显不同，因此，Quadro FX和GeForce在处理这一问题时所采用的方式也明显不同。

五、重叠图形处理

CAD图形交互过程中，用户需要不断与软件系统对话，将设计参数、功能参数等数据提供给计算机，计算机也要将处理结果反馈给用户，因此，在三维图形界面下必须不断弹出交互窗口，这些窗口往往与三维模型的场景重叠。你是否想过：重叠部分的三维模型不用显示，这部分数据如何处理?当用户移走上层窗口，被遮挡部分的模型能否及时地复现在显示屏上?新近被遮挡的模型能否及时地被移过来的窗口所覆盖?这些问题是计算机交互式图形处理系统所必须考虑到的，而Quadro FX通过硬件帧缓存的形式智能地执行这些操作，被遮挡的像素数据将进入硬件缓存，当窗口移走，再从缓存中回读像素数据，复现在屏幕上。

六、动态显存管理和UMA

针对专业图形的Quadro FX显卡具备更为科学的显存管理机制，当进行大型CAD图形设计时，显卡会智能地分配管理显存，首先保证CAD软件需要，首先保证当前模型、当前视图的需要，以保证正在进行的工作流畅运行。而GeForce用户基本不涉及这个问题，因此也不提供类似的显存管理功能。其结果是，使用GeForce运行大型三维图形设计时，512MB显存的实际效果与同样Quadro FX 512MB显存的效果相差巨大，且同时运行多个模型时GeForce的运行效率大幅度降低。而且，Quadro FX支持UMA(统一显存构架)技术，将帧、材质和矢量数据统一存放在显存中，并根据应用需要动态调整资源，提高了数据传输和显存利用的效率，对进行复杂外观、场景设计的CAD和DCC用户而言，UMA所带来的效果非常明显。

七、硬件加速的图形剖切

在Solidworks环境下的剖切操作有了Quadro FX的支持流畅自如

三维设计软件的好处之一就是直观和产品结构的可见性好，对于结构复杂的三维实体我们经常需要进行剖切操作，以“窥视”产品的内部结构或部件之间的连接关系，而且剖面也是工程图形语言中必不可少的表述方式之一。Quadro FX的硬件架构能对剖切操作进行加速，提高操作效率，改善应用体验。越是复杂的模型这种硬件加速就越能体现其优势，让操作者体会“庖丁解牛”的快感。而三维游戏基本是用不上剖切操作的，用户在三维游戏中看到栩栩如生的“魔兽”，只会感到紧张和刺激，却绝不会关心“魔兽”的内部结构，因此，面向消费娱乐群体的GeForce就没必要去支持硬件级别的图形剖切加速。

八、不光硬件重要;针对专业应用驱动调整也非常重要

AutoCAD正在检查显卡是否经过认证

在评价图形产品时，驱动先进硬件的底层软件常常被忽视。在每一代图形处理器里加入更多的计算资源至关重要，但是如果没有一个有效率的驱动程序，硬件自身的处理能力再强大也发挥不出来。为AutoCAD设计的佳驱动程序本质上与典型的3D游戏的佳驱动程序完全不同。Quadro FX驱动程序经过调整，针对AutoCAD的常见运算提供更快的运算路径。代码更少、跳转更少和每次API调用处理更大量的数据意味着更少的计算次数，更少的次数意味着更高的性能，在有些情况下效果非常显著。

快速运行的代码与专为AutoCAD所注重的某些功能而设计的硬件完美结合，带给专业级显卡的性能是消费级显卡所不能匹敌的。测试结果显示，NVIDIA的Quadro FX解决方案可以将AutoCAD的“概念视觉风格”的呈现性能提升5倍，“3D隐藏风格”性能大提升10倍。这一切对用户设计使用时的效率意味着什么呢？它意味着在操作图案丰富的模型时得到快速实时的响应。它还意味着更少遭遇到AutoCAD的“自适应降级”——在性能不足的平台上退回到更简化的模型视图，牺牲细节来换取适当的帧率。而使用专业级显卡，工作人员可以看更复杂的模型，更平滑地浏览，所有细节完好无损。

九、可靠性不打折扣

游戏玩家只追求一件事：尽可能高的帧率。为他们设计的显卡也不遗余力地满足他们的要求。为了每秒再多一帧而把时钟频率升到极限！而游戏显卡厂商在设计时也毫不犹豫地进行这样的选择，即使这样可能会牺牲可靠性。但是使用CAD的专业人员考虑的是在期限内完成任务，但这不能牺牲无故障运行时间，否则可能带来的损失将无法估量。与消费级显卡相反，专业级硬件操作参数的调整一方面要考虑到性能，但是同时也追求坚如磐石的可靠性。要性能，但超频绝对不可以。

以NVIDIA Quadro FX显卡为例，为了提供快和可靠的图形硬件，NVIDIA不惜花费时间来验证Quadro FX在苛刻以及广泛使用的专业应用软件上的运行状况，其中就包括AutoCAD。NVIDIA的质保工程师每年花费2000工时与Autodesk公司进行合作来确保产品的兼容性、加速性能关键路径和在AutoCAD上彻底验证Quadro FX解决方案。那么终结果是……？确保有信心Quadro FX显卡不会出现故障——不管是硬件还是软件——即使是有，至少在用户可以承受的范围里。

结语

我们对Quadro与GeForce进行的详细区别就先讲到这里，相信大家对专业显卡的强大性能已经有了很深的印象，那很多人就会问我们究竟在什么具体应用中可以感受到专业显卡的魅力，那就请大家继续关注我们下一期呈上的Quadro显卡实战案例。