Новая линейка профессиональной графики NVIDIA Quadro — в центре визуальных вычислений

Максим Афанасьев

В середине августа этого года компания NVIDIA официально представила новое поколение графических процессоров Quadro, вооружая дизайнеров, художников и исследователей новыми инструментами и технологиями для визуальных вычислений. В общей сложности NVIDIA представила пять новых моделей, которые отличаются более высокой производительностью и увеличенным объемом памяти, позволяя работать с более сложными моделями в ультравысоких разрешениях. В этой статье мы рассмотрим четыре новые модели: Quadro K5200, K4200, K2200, K620, а также сравним их производительность с продуктами предыдущей линейки и топовой игровой видеокартой GeForce GTX Titan. Но перед тем как перейти непосредственно к профессиональным графическим процессорам, немного расскажем о новых технологиях, внедренных в эти решения.

Итак, новая линейка NVIDIA Quadro является платформой корпоративного уровня для визуальных вычислений, рендеринга сцен, а также работы в профессиональных приложениях. Согласно данным NVIDIA, модели серии Quadro последнего поколения обеспечивают производительность приложений и скорость обработки данных до двух раз выше по сравнению с предыдущими решениями. Новая линейка графических процессоров Quadro, включающая модели Quadro K5200, K4200, K2200, K620 и K420, позволит пользователям:

• работать с массивами данных и проектами вдвое большего размера, по сравнению с предыдущим поколением, за счет увеличения объема графической памяти и повышения ее пропускной способности;
• увеличить производительность до 40% в таких программных пакетах, как Adobe CC, Autodesk Design Suite и SOLIDWORKS 2014, по сравнению с предыдущим поколением Quadro;
• легко переключаться между локальным рендерингом на GPU и облачными сервисами на базе NVIDIA Iray VCA;
• удаленно работать с графикой на рабочей станции на базе Quadro с практически любого устройства, включая настольные ПК, компьютеры Mac и планшеты, посредством проброса GPU.

Напомним, что главным отличием профессиональных видеокарт от игровых является оптимизация их производительности для работы в профессиональных приложениях. На данный момент компанией NVIDIA разработано более сотни различных профилей, ускоряющих работу в наиболее ресурсоемких и популярных программных пакетах для инженеров, дизайнеров и аниматоров, таких как 3ds Max, Maya, AutoCAD, SolidWorks, Lightwave 3D и других, в том числе популярных российских САПР­приложениях КОМПАС­3D и T­FLEX CAD. При этом нельзя не отметить, что компания NVIDIA оптимизировала работу своих графических карт и в более массовых приложениях, а именно в пакете приложений Adobe CC. Поэтому если ранее графические адаптеры серии Quadro в большей степени воспринимались как отличное решение для профессиональных пользователей, то теперь ощутить прирост производительности смогут и простые пользователи, применяющие инструменты Adobe.

Так, согласно данным NVIDIA, в приложении Adobe Premiere Pro CC редактирование происходит в 23 раза быстрее, чем при использовании исключительно вычислительных ресурсов центрального процессора. В программном обес­печении After Effects CC, предназначенном для редактирования видео и создания динамических сцен, 3D­рейтрейсинг происходит в 39 раз быстрее. Для известного редактора изображений Photoshop CC новые решения Quadro обеспечивают большую скорость и плавность применения различных эффектов и фильтров. Программа для кодирования видеоизображений и звуковых файлов — Adobe Media Encoder CC — также получила прирост в производительности при перекодировании видео за счет ускорения на видеокартах Quadro. Одна из самых популярных программ для создания и работы с векторной графикой — Adobe Illustrator CC — теперь обрела возможность ускорения отрисовки сложных векторных изображений при использовании графических адаптеров NVIDIA и технологии NV Path Rendering.

Надо отметить, что новые решения появились в результате тесного сотрудничества NVIDIA с ведущими заказчиками в различных областях промышленности и стали ответом на увеличивающуюся детализацию изображений и сложность моделей, перенос ресурсов в облако и необходимость обеспечить удаленный доступ к данным, в том числе с мобильных устройств.

Все профессиональные графические решения новой серии производятся по современному технологическому процессу и поддерживают все инновационные технологии, включая DirectX 11.2, OpenCL, OpenGL 4.5, Shader Model 5.0, DirectCompute, NVIDIA 3D Vision Pro, NVIDIA Mosaic Technology, NVIDIA nView Desktop и NVIDIA PhysX. В них также используется хорошо зарекомендовавшая себя архитектура параллельных вычислений NVIDIA CUDA, которая обеспечивает значительный прирост скорости вычислений при обработке массивно­параллельных данных. Все модели Quadro последнего поколения поддерживают вывод на четыре монитора, а также, что немаловажно,
и 4К­разрешение. Таким образом, пользователь может подключить четыре монитора с Full HD­разрешением или два 4K­монитора при частоте развертки 60 Гц.

Цена на видеокарты Quadro нового поколения осталась на уровне цен предыдущей серии, поэтому можно сказать, что пользователь получает лучшую производительность и доступ к новым технологиям за ту же цену. Как и всегда, графические адаптеры Quadro начального уровня доступны обычным пользователям, старшие же модели ориентированы на установку в мощных высокопроизводительных станциях, а их стоимость выше, чем у топовых игровых видеокарт. Это объясняется тем, что их производительность в сложных программных пакетах существенно выше (десятки раз), чем при использовании даже самой высокопроизводительной игровой видеокарты серии NVIDIA GeForce. В этом можно легко убедиться, изучив приведенные в данной публикации результаты тестирования не только для решений серии Quadro, но и одной из самых мощных игровых видеокарт последнего поколения — NVIDIA GeForce GTX Titan.

Методика тестирования

Для тестирования профессиональных графических процессоров NVIDIA Quadro нового поколения мы использовали специальный набор тестовых заданий SPEC Viewperf 11, созданный организацией SPEC (Standard Performance Evaluation Corporation) и основанный на профессиональных приложениях 3D­моделирования и трехмерной графики.

Особенность данного тестового пакета заключается в том, что он представляет собой сборник из восьми различных профессиональных тестовых приложений. Это программное обеспечение было специально разработано для вычисления производительности видеоподсистемы компьютера под управлением API OpenGL. Тестовый пакет SPEC Viewperf 11 включает восемь графических подтестов:

• CATIA (catia­03);
• EnSight (ensight­04);
• Lightwave 3D (lightwave­01);
• Maya (maya­03);
• Pro/ENGINEER (proe­05);
• SolidWorks (sw­02);
• Siemens Teamcenter Visualization Mockup (tcvis­02);
• Siemens NX (snx­01).

Все эти тесты состоят из множества подтестов, результат по каждому из которых измеряется в количестве воспроизведенных кадров в секунду (frames per second, fps). Для получения итогового результата каждому подтесту присваивается определенный весовой коэффициент. Итоговый результат определяется как среднегеометрическое с учетом весовых коэффициентов. Мы не будем подробно описывать каждый подтест, поскольку он хорошо знаком профессионалам и уже не раз приводился на страницах нашего журнала.

Тестирование

Для тестирования нового поколения графических процессоров NVIDIA Quadro мы использовали однопроцессорную рабочую станцию CADStation WS285 от известного российского сборщика ПК — компании ARBYTE. Данная рабочая станция может применяться для работы со средними и большими трехмерными проектами машиностроения и архитектуры. Благодаря использованию линейки профессиональных видеокарт NVIDIA Quadro последнего поколения, графическая станция WS285 легко справляется с большинством задач, решаемых пользователем. Отметим, что срок всероссийской гарантии на WS285 составляет пять лет с двухлетним обслуживанием на месте использования.

На момент тестирования внутри данной рабочей станции были установлены следующие компоненты:

• материнская плата — Gigabyte GA­B85M­D3H;
• процессор — Intel I5­4570, Max Turbo Frequency — 3,6 ГГц;
• оперативная память — 8 Гбайт DDR3, рабочая частота 1600 МГц;
• системный диск — HDD объемом 1 Тбайт, SATA 6 Гбит/с.

При тестировании применялась операционная система Windows 7 Professional 64 bit с установленными последними обновлениями. Частота строчной развертки монитора устанавливалась равной 60 Гц, а глубина цвета составляла 32 бит. Монитор подключался к установленной видеокарте через цифровой вход DVI. Разрешение рабочего стола для этого монитора составляло 1920´1200 точек. Всего нами было протестировано четыре профессиональных графических адаптера нового поколения, предназначенных для различных сегментов рынка, — Quadro 620, Quadro 2200, Quadro 4200 и Quadro 5200. Для наглядности представления результатов были протестированы четыре профессиональные видеокарты предыдущего поколения: Quadro K600, Quadro K2000, Quadro K4000 и Quadro K5000, а также игровая видеокарта высшего ценового диапазона GeForce GTX Titan. Таким образом, мы получили довольно полную картину производительности видеокарт новой серии, а также возможность сравнить производительность профессиональных видеокарт и игровых видеокарт высшего ценового диапазона. При тестировании использовался последний на тот момент видеодрайвер для профессиональной серии видеокарт — NVIDIA Quadro 340.66,
а для видеокарты серии GeForce устанавливался драйвер NVIDIA GeForce 344.11. Сначала на тестовый стенд была установлена операционная система и необходимые драйверы для устройств, а затем — пакет SPECViewperf. После этого проводилось де­фрагментирование дисковой подсистемы и стенд перезагружался. Отметим, что при тестировании тест SPECviewperf 11 запускался с разрешением 1600´1200 без активирования функции FSAA.

Тестирование эффективности системы теплоотвода видеокарты заключалось в том, чтобы в стрессовом режиме загружать графический процессор и одновременно контролировать его температуру. Контроль температуры и загрузки графического процессора производился посредством программы FurMark. Нельзя не обратить внимание на тот факт, что поскольку FurMark является OpenGL­тестом, он должен загрузить на полную мощность даже профессиональный графический процессор. Следует отметить, что стенд для тестирования располагался на открытом пространстве (на столе); в реальных условиях, когда ПК монтируется в корпусе, температура графического процессора будет несколько выше, если, конечно, в корпусе не установлены дополнительные вентиляторы охлаждения.

Результаты тестирования приведены в виде сравнительных диаграмм для каждого из подтестов (рис. 1­8).

Рис. 1. Результаты сценария CATIA (catia-03)

Рис. 2. Результаты сценария EnSight (ensight-04)

Рис. 3. Результаты сценария Lightwave 3D (lightwave-01)

Рис. 4. Результаты сценария Maya (maya-03)

Рис. 5. Результаты сценария Pro/ENGINEER (proe-05)

Рис. 6. Результаты сценария SolidWorks (sw-02)

Рис. 7. Рeзультаты сценария Teamcenter Visualization Mockup (tcvis-02)

Рис. 8. Результаты сценария Siemens NX (snx-01)

Технические характеристики видеокарт

Участники тестирования

Видеокарта Quadro K620

Данная видеокарта относится к профессиональным графичес­ким картам начального уровня.
В линейке графических адаптеров Quadro менее производительной является только одна видеокарта, а именно Quadro K420. Отметим, что новая видеокарта Quadro K420 по своим техническим характеристикам ближе всего к Quadro K600 из предыдущей линейки. Производительная модель Quadro K620 теперь стала еще ближе к средним решениям Quadro. Новый процессор начального уровня Quadro K620 — это гибкое низкопрофильное решение, которое обеспечивает лучший в индустрии баланс производительности и потребления энергии и позволяет профессиональным дизайнерам взаимодействовать со вдвое более сложными и объемными моделями по сравнению с решениями предыдущего поколения. Эта видеокарта представляет собой решение на базе последних графических процессоров компании NVIDIA с архитектурой Maxwell. Поэтому новая модель по сравнению с предыдущим решением получила вдвое большее количество ядер CUDA и вдвое больший объем графической памяти. Ее краткие технические характеристики приведены в таблице. Ориентировочная цена данной модели составляет 230 долл.

Видеокарта NVIDIA Quadro K620

По сравнению с обычными игровыми видеокартами, эта модель обеспечивает более высокую производительность и экономичность за счет совместимости со всеми основными 3D­приложениями. Как видно из результатов тестирования, даже эта недорогая модель успешно обгоняет такого монстра линейки игровых карт GeForce, как GTX Titan. При этом производительность, выраженная среднегеометрическим от результатов, в некоторых тестах различается более чем в 10 раз. Поэтому стоит еще раз отметить, что все игровые видеокарты, независимо от их цены, не позволяют достичь приемлемой производительности в профессиональных приложениях 3D­моделирования.

Видеокарта Quadro K2200

Графическая карта NVIDIA Quadro K2200 предназначена для работы с более мощными программными комплексами. Компания NVIDIA позиционирует ее как оптимальное решение для работы с программами SolidWorks, Inventor и AutoCAD. Эта карта представляет собой решение нового поколения из самой востребованной серии среднего уровня и создана для ведущих производителей и проектирующих компаний. Данная модель отличается хорошим соотношением «цена/производительность». Графическая карта NVIDIA Quadro K2200 также построена на новейшей архитектуре Maxwell, имеет 640 ядер NVIDIA CUDA, 30­битную глубину цвета и автоматическую настройку параметров дисплея, что дает возможность эффективно работать с рекомендуемыми приложениями. Технические характеристики модели приведены в таблице. Отметим, что большой объем памяти этой видеокарты современного стандарта GDDR5 с высокой пропускной способностью позволяет визуализировать огромные модели и сложные сцены, а также производить вычисления с применением больших наборов данных. Ориентировочная стоимость профессиональной видеокарты Quadro K2200 составляет 560 долл.

Видеокарта NVIDIA Quadro K2200

По результатам тестирования можно отметить, что Quadro K2200 в разы превосходит игровые решения высшего ценового диапазона. Кроме того, ее производительность в ряде тестов стала даже выше, чем у карты более высокого класса — Quadro K4000. В некоторых подтестах производительность данной модели вдвое выше, чем у Quadro K620. Нельзя обойти вниманием, что система охлаждения данной модели выступает за рамки самой печатной платы, что несколько необычно. При активной работе эта модель практически бесшумна за счет продуманной системы охлаждения, основанной на алюминиевом радиаторе и управляемом 4­контактном вентиляторе.

Видеокарта Quadro K4200

Видеокарта Quadro K4200 — это первое профессиональное графическое решение в своем классе, объединяющее высокопроизводительные вычисления и улучшенную визуализацию, преобразуя современный рабочий процесс. Обеспечивая в пять раз более высокую производительность по сравнению с Quadro K600, профессиональное графическое решение Quadro K4200 позволяет достичь лучших результатов с широким спектром приложений для создания дизайна, анимации и работы с видеоконтентом. Эта модель ориентирована на профессионалов и относится к высокопроизводительным видеокартам. Несмотря на то что объем графической памяти у этой модели такой же, как и у Quadro K2200, за счет 256­битной шины пропускная способность памяти Quadro K4200 вдвое выше. Кроме того, общее количество ядер CUDA у этой модели составляет 1344, что позволяет достичь максимальной производительности в своем сегменте. Quadro K4200 несколько отличается от двух описанных выше участников нашего тестирования. Она поддерживает технологию SLI, что обеспечивает возможность установки сразу нескольких видеокарт на одном ПК. Это позволяет добиться еще большей производительности в 3D­расчетах. Профессионалы в области дизайна и видео смогут использовать все преимущества технологии NVIDIA SLI Multi OS, которая позволяет запускать несколько Windows­ или Linux­приложений на одной платформе и обойтись без применения двойных систем. Также это одна из немногих профессиональных видеокарт, поддерживающих технологию SDI (Serial Digital Interface). Линейка видеокарт SDI представляет собой серию интегрированных графических решений для захвата, обработки, смешивания, фильтрации и финальной выдачи всех SDI­форматов видео для профессионалов в сфере телевещания, видео­ и кинопроизводства. По сравнению с предыдущей моделью Quadro 4000, новая Quadro K4200 получила поддержку Quadro Sync, что позволяет создавать очень большие многомониторные конфигурации, используя несколько видеокарт, установленных в одной системе. Эта модель, по всей видимости, станет теперь более популярной, чем раньше, так как ее цена существенно ниже более дорогих моделей Quadro K5200 и Quadro K6000, а за счет того, что Quadro K4200 имеет однослотовый дизайн, в систему легче установить несколько таких карт.

Видеокарта NVIDIA Quadro K4200

Новая модель Quadro K4200 оснащена мощной системой охлаждения на базе большого радиатора с массивным основанием, которое плотно прилегает к графическому чипу, микросхемам памяти и блокам регулирования напряжения VRM. Поскольку данная модель обладает большей производительностью, она требует подключения дополнительного питания в виде стандартного 6­контактного разъема PCI­E. Выброс горячего воздуха производится за пределы корпуса рабочей станции через отверстия в передней панели, находящиеся рядом с интерфейсами подключения мониторов, и специальные продольные прорези в верхней части пластикового корпуса. При максимальной нагрузке температура графического ядра составляла не более 81 °C. Рекомендованная цена для России — 1200 долл.

Видеокарта Quadro K5200

По сравнению с предыдущим поколением, профессиональные графические решения NVIDIA Quadro K5200 обеспечивают хороший прирост производительности при работе с широким спектром приложений для создания дизайна, анимации и работы с видео. Эта модель получила большой объем графической памяти — целых
8 Гбайт, что позволит более эффективно обрабатывать данные, не затрагивая дисковую подсистему рабочей станции. Quadro K5200 базируется на графическом процессоре с архитектурой Kepler последней редакции, что позволяет получить энергоэффективную и в то же время весьма производительную графическую систему. По сравнению с предыдущим решением, в модели K5200 количество ядер CUDA (2304) и производительность в TFLOPs для вычислений одинарной точности выросла приблизительно в полтора раза. Нельзя не отметить тот факт, что от использования памяти с функцией коррекции ошибок ECC в моделях K5200 и K4200 было решено отказаться, что позволило получить максимальный прирост в производительности, по сравнению с пре­дыдущими решениями в операциях одинарной точности. Больший реализм и большее разрешение текстур моделей персонажей и сцен с возможностью рендеринга более сложных сцен еще быстрее, чем раньше, — все это стало возможно благодаря большому объему видеопамяти и ее более высокой пропускной способности.

Видеокарта NVIDIA Quadro K5200

Видеокарта Quadro K5200 является не просто графическим процессором — она может стать основой для целой супервычислительной платформы, объединяя аппаратное и программное обеспечение, предлагающее продвинутые возможности, такие как стереоскопическое 3D, масштабируемая визуализация и широковещание 3D­контента в формате HD. Профессиональные программные технологии NVIDIA — от CUDA до механизмов ускорения приложений — в сочетании с Quadro ускоряют приложения от таких компаний, как Adobe, Autodesk, RTT, Dassault Systemes, Bunkspeed, и многих других.

Новая модель имеет двухслотовое исполнение и мощную систему охлаждения, которая основана на массивном алюминиевом радиаторе. По внешнему виду система охлаждения похожа на те, что применяются в референсных игровых видеокартах высшего ценового диапазона. При активной работе система не издает сильного шума, но при этом максимальная температура графического ядра не поднимается выше 80 °С. Радиатор на лицевой стороне охлаждает все активно греющиеся компоненты: видеопамять, блоки VRM и графический процессор. Рекомендованная цена для России —
2400 долл.

Выводы

Профессиональные графические видеокарты серии Quadro нового поколения сделали заметный рывок в производительности. По результатам тестирования можно сказать, что различие в профессиональных видеокартах предыдущего и нынешнего поколений весьма существенно: производительность Quadro K2200 в некоторых тестах аналогична модели Quadro K4000, в то время как Quadro K4200 оставляет предыдущее поколение далеко позади. Использование новой архитектуры Maxwell в наиболее популярных моделях (Quadro K620 и K2200), увеличение количества ядер CUDA, которые обеспечивают несомненный прирост производительности, в сочетании с применением новейших технологий и увеличением объема графической памяти, свидетельствует о том, что новые решения наверняка будут замечены профессионалами. Теперь работа с большими сценами и более детальными моделями будет проходить значительно быстрее. При этом увеличение производительности отражается во всех подтестах тестового пакета SPECviewperf 11. И если различия между видеокартами нижнего ценового диапазона Quadro K600 и Quadro K620 не столь заметны, то у видеокарт Quadro K2200 и Quadro K4200 прирост производительности весьма ощутим. Все профессиональные решения Quadro спроектированы, собраны и обеспечены поддержкой компании NVIDIA в соответствии с самыми высокими стандартами качества, что гарантирует ведущую в отрасли производительность, большие возможности и надежность. Гарантия на профессиональные видеокарты NVIDIA Quadro от компании PNY Technologies составляет три года, что позволяет использовать их продолжительное время без всяких проблем. Наше тестирование также подтвердило, что ни одна современная игровая видеокарта не позволяет получить в современных приложениях 3D­моделирования и САПР производительность, сопоставимую с производительностью даже бюджетной видеокарты серии Quadro. 

Редакция благодарит представительства компаний NVIDIA в России и компанию Arbyte за предоставленные для тестирования графические процессоры серии NVIDIA Quadro, игровую видеокарту GeForce GTX Titan и графическую станцию ARBYTE CADStation.

САПР и графика 10`2014