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三维制作行业显卡就是工具--浅谈专业卡为什么专业

浏览次数:1398 更新时间:11/10/2014 6:18:43 PM 发布人:管理员
什么是专业卡?
    专业卡就是为了解决工作中实际遇到的图形渲染和计算问题而推出的显卡,它出现的时间比游戏卡更早,如果以商用化来算的话,SGI(Silicon Graphics Inc.,硅谷图形公司)在 80 年代推出的 Geometry Engines 就是早期专业三维图形系统中的代表者。当然这个东西并非现在显卡那样一块比巴掌大一些的电路板,而是一个"系统",是由一堆专用芯片做成的矩阵,毕竟那个时代的半导体制造工艺是还不可能把它们集成到一块芯片里。
    需要可视化的场合非常多,例如二维、三维、视频以及现在方兴未艾的通用计算,不过就发展轨迹而言,我们一般是以三维专业图形卡为代表来阐述,因为它本身就集成了可用于用于二维显示的帧缓存控制单元和扫描输出控制器,而 DX10 后的专业卡也都具备通用计算功能。
    和游戏卡不同的是,专业卡是为了让用户能够"赚钱"而设计的产品,所以它是一个工具,需要针对不同的专业应用提供稳定、可靠、高速的工作表现,因为"工具"就得用起来觉得顺手才行。
    专业应用的门类现在已经比较细化,例如图形工作站中的 CAD/CAM 类、多媒体内容创作、财经/商业多屏应用,此外还有现在方兴未艾的通用计算领域等。
    CAD/CAM 应用与专业卡     CAD/CAM 应用中的三维渲染和游戏渲染是不一样的,这使得显卡要在这类应用上使用的话必须提供必要的支持和认证。     在 90 年代后所有的 CAD/CAM 软件(尤其是 CAM)中,模型描述都采用了被称作实体造型的描述方式,实体造型内部都是有物理构造描述的,只有这样才能便于实现参数化,而如何进行实体造型的描述是 CAD/CAM 软件功能、精度和性能的关键所在。 显卡就是工具--浅谈专业卡为什么专业
实体造型
    相比之下,游戏中的模型大部分情况下都可以称之为一个"纸壳",内部是"虚空"的,这是出于速度的考虑。
    在 CAD/CAM 类应用中,可能需要经常对模型进行剖切,而游戏基本上不需要这样的动作,专业卡厂商都会在驱动中针对类似的特殊应用提供优化,使得专业卡可以在 CAD/CAM 软件中提供较游戏卡快得多的性能,藉此获得出来的效率就会转化为更多的利润和愉悦的心情。
    不过这些优化对游戏应用没有什么用,甚至可能有反效果,这是游戏卡和专业卡其中一个关键性能区别所在。
    多媒体内容创作与专业卡     多媒体内容创作涉及到三维设计、平面设计以及视频应用。
    例如 3ds Max、Softimage、Maya、Lightwave3D 等等,都属于是三维内容创作应用,这类应用对用户的灵感和经验要求较高,而灵感往往是一瞬间的事情,因此系统运行的速度、可靠性就有相当高的要求。
    速度体验包含两个方面,一个是互动操作的性能体验,一个是离线渲染的性能体验。
    在大多数三维创作软件中,专业卡都能提供交互操作方面的性能体验,例如模型或者场景的平移拖动、缩放、旋转等,专业卡厂商也会在驱动中提供特别的优化,在性能测试中游戏卡和专业卡的互动操作差别很容易体现出来。
显卡就是工具--浅谈专业卡为什么专业
V-Ray 3.0 渲染器使用 OpenCL + FirePro W9100 进行成品级渲染
    随着越来越多渲染器加入了 OpenCL 通用计算的支持,离线渲染的性能体验也在专业卡上得以体现,例如 V-Ray for Maya 就提供了 OpenCL 渲染加速的支持。
    平面相关的应用包括了平面设计、医疗、财经/商用、超高分辨率等领域。
    专业卡可以在这些领域提供高色深、多屏互动操作体验,例如 AMD 的 FirePro 透过驱动设置后就可以在较新版本的 Photoshop 中实现 10-bit 高精度色彩输出,这对于严谨且对灰度有较高要求的用户来说无疑是非常重要的利器。
显卡就是工具--浅谈专业卡为什么专业  
    在以往,平面设计领域的专业卡王者被认为是 Matrox 的 Parhela 系列(十几年前已经推出的产品),不过随着今年显示器技术的变化以及 AMD 在这方面的不断改善,已经获得越来越多人的认可,像 Matrox 也宣布了在其下一代产品中采用 AMD 的 GPU(很可能就是 FirePro W600,只是会搭配 Matrox 的软件),这就是一种认可。
    在工作站领域最理想的显示输出连接方案是 DisplayPort,因为它在连接距离比 HDMI 更成熟、支持的分辨率和刷新率更高、连接更可靠,而且同样具备了音频输出和版权保护机制,可以透过适配器兼容 DVI 和 HDMI,现在所有的工作站级别显示器都提供了 DisplayPort 输入。
    在 DisplayPort 方面起步比较早的公司就是 AMD,在 2008 年就获得了首个 PC 显卡的 DisplayPort 认证。
    DisplayPort 标准正在不断演进中,例如要达到 4K 分辨率 60Hz 显示的话,就需要支持 DisplayPort 1.2 的设备(显卡、显示器均需支持),AMD 在 2010 年的 Northern Islands 微架构中开始引入 DisplayPort 1.2 的支持,现在像 FirePro W600 这样的六头输出专业卡都提供了 DP 1.2 支持。
    通用计算卡的选择     通用计算卡和专业卡、游戏卡的主芯片都是一样的微架构,但是它们在板卡级的差别并不少,软件部分也是有一定的差异。 显卡就是工具--浅谈专业卡为什么专业  
    在 AMD 的产品线中,通用计算卡主要是指千亿国际娱乐编号 7000 系列以上的产品线,例如专业卡中的 W9100、服务器版的 S10000 等,它们都属于 FirPro 旗下的旗舰级产品。
    在更早之前,AMD 曾经有专门针对通用计算的 FireStream 产品线,不过在 2012 年后,FireStream 被合并到 FirePro 里了,相当于 FirePro 中的 S 系服务器版。
    游戏画面的计算结果只需要扔到显示器上显示即可,即使出现错误也问题不大,因为不存在复用的问题(当然,也有例外,例如 SDI 输出画面合成,但是这部分一般也是专业卡的活)。
    而通用计算则不然,它们的计算结果都是需要复用的,是需要用到后续的生产、科研中的,这就要求计算结果(当然还有计算过程、数据传输和存储)必须确保无误。
    通用计算卡为此提供了特殊的内存数据完整性保障体系,在传输的过程中采用了 ECC 机制,划拨了额外的带宽,让数据的传输、存取可以避免由于宇宙背景射线等"软"故障导致的错误。
    由于现在通用计算卡的计算能力极强,动辄 TFLOPS 级别,如果数据需要经常在计算卡和主内存中间交换的话,就会导致性能的大幅度衰减。有经验的开发人员可以在一定程度上避免或者缓解这样问题的发生,但是如果是受制于物理内存容量限制而且数据是相依的话,软件开发人员也是难以下手的。
    所以适合通用计算的专业卡都提供了相当大的板载内存,例如 AMD FirePro W9100 就提供了高达 16 GiB 的 GDDR5 内存。
    GPU 和 CPU 相比除了计算密度极高外的优势外,另一个特点是内存带宽做得比较高,毕竟在 CPU 上拉出 FirePro W9100 的 384-bit 内存总线难度和成本是非常高的。FirePro W9100 的内存带宽高达 320GiB/s,在很多情况下 GPU 跑通用计算和 CPU 的性能差距恰好就是这个内存带宽的差别,例如 Intel E7 v2 是 85GB/s,FirePro W9100 跑出 4 倍 E7 v2 的性能是常见的结果,如果是计算密集型的应用,这个倍数就会更大。
    通用计算卡虽然挂着"通用"二字,不过它们其实都是专用 ISA 的实现,这就涉及到程序开发上的选择。
    AMD、NVIDIA、Intel 目前都提供了各自的通用计算方案,其中 AMD 和 Intel 都是主打 OpenCL 的,而 NVIDIA 虽然也有 OpenCL 支持,但是主打的是 CUDA C,OpenCL 在 NVIDIA 眼里是一个不受重视的角色,不过我们相信,随着 OpenCL 2.0 应用的推广(例如 V-Ray),NVIDIA 也会对此重视起来。
    如果你打算在通用计算上发展,那么现成的软件开发除了上面的 OpenCL 和 CUDA C 外,还有 OpenACC、C++AMP 等方案,不过最主流的还是 OpenCL 和 CUDA C,后者只能在 NVIDIA 的产品上使用,而 OpenCL 这是基本通用的。
    云显卡     远程显卡其实就是把显卡的显示内容透过实时压缩技术由网络传输到远端的用户设备上,这其中涉及到压缩技术和安全管理问题。
    像 AMD 就提供了两种远程显卡或者说云显卡方案。
    首先是 FirePro R5000,集成了一枚 Teradici Tera2240,显卡的显示内容透过卡上的 RJ-45 网卡接头传输到瘦客户机或者安装了相应服务器和客户端的网络系统主机上。
    比较相似的还包括 S7000、S9000、S10000 这三款产品,都有针对 VDI 和虚拟工作站的功能。
至于第二种远程显卡就是真正的云显卡,产品系列名称为 Sky,有点终结者中天网的感觉,不过它们在硬件部分其实还是 S10000 这几款 FirePro。
    和 R5000 作用有些类似,但是这个产品线是采用 GPU 内的 VCE 视频引擎实时压缩为 H.264 视频流,然后透过网络传输到用户设备,这里的用户设备主要是类似于台式机、安卓手机/平板或者其他终端,对应到 NVIDIA 这边的产品线就是 GRID 系列。
    总结     上面写的内容只是对专业卡做了简明扼要的介绍,其实具体到不同的应用,对显卡的要求也会变得非常特别,例如有时候需要采用 GenLock 和 FrameLock 技术改善画面正确输出,像 AMD 就在中高端专业卡产品线中提供了专门的模块(FirePro S400 子卡)接口。 显卡就是工具--浅谈专业卡为什么专业
 
 
    和游戏卡基本上单纯靠性能划分产品不同的是,专业卡的划分是完全按照用途划分的,对功能的差别极为强调。因此你会看到一些游戏性能看上去一般的专业卡产品,但是因为在设计上就是针对某类应用而特别设计的,其价格定位往往高于同级别的游戏显卡。
    当然,这其中的差别并不仅仅是功能,产品的售前售后支持都是非常重要的,以 AMD FirePro 为例,就提供了三年的 AMD 原厂售后支持以及大量专业软件的认证,产品的品质和可靠性能达到了最大程度的保证。
    一般来说,专业卡厂商和经销商都能提供非常专业的产品意见,用户如果对自己的需求也不是很了解(这并不奇怪)的话,最好能找相应的产品顾问咨询一下,这些意见可能会对自己的生产效率带来极大的改善。