按慣例，CAD軟件的升級周期大約是9~12個(gè)月，即每隔9~12個(gè)月，CAD軟件提供 商會(huì)發(fā)布一個(gè)大版本的軟件。新版本軟件除 了根據(jù)客戶需求和反饋，進(jìn)行功能模塊的升級、調(diào)整和增補(bǔ)之外，還會(huì)根據(jù)操作系統(tǒng)平 臺(tái)的遷移和硬件性能的提升等情況，大幅改 善軟件運(yùn)行效能，增加更多、更完美的可視 化三維效果，以便改善軟件的人機(jī)界面，提 高用戶操作的交互性。

　　2007年后，Easy to use(易 用)、Mo re 3 D (更多、更廣泛的3 D 特性)和Perf or ma n c e(運(yùn)行性能) 成為了幾乎所有二、三維軟件商的共 識(shí)。當(dāng)然，這也是用戶的期望所在。 以最流行的三維CAD軟件SolidWorks為 例，2006版本增加了Realview功能，實(shí)現(xiàn)了 復(fù)雜光源下真實(shí)感物理材質(zhì)的實(shí)時(shí)顯示， 這個(gè)功能在當(dāng)時(shí)的CAD軟件中是非常超前 的，需要配合專門的NVIDIA Quadro FX專業(yè) 顯卡才能完美實(shí)現(xiàn)。此后，Realview不斷 發(fā)展，成為2009版SolidWorks Instand3D技 術(shù)的重要組成部分，而三維模型的實(shí)時(shí)效果更勝以往。當(dāng)然，用戶要想流暢地實(shí)現(xiàn) Instand3D技術(shù)，仍然需要NVIDIA Quadro FX專業(yè)顯卡的支持。 與SolidWorks類似，CATIA、Inven-tor、SolidEdge等軟件都相繼改善了三維模型的實(shí)時(shí)顯示效果，甚至連一向運(yùn)行性能一 般的Pro/ENGINEER都隨后跟進(jìn)(主要是在中 低端性能的計(jì)算機(jī)上運(yùn)行不夠流暢)。這些軟件圖形運(yùn)行性能的改進(jìn)，與專業(yè)顯卡技術(shù)的發(fā)展息息相關(guān)，相輔相成。新軟件的新功能和運(yùn)行性能，往往需要安裝新的專業(yè)顯卡才能支持，或需要安裝新的專業(yè)顯卡才能流暢運(yùn)行。新版本軟件和新的專業(yè)顯卡硬件， 就像沙場英雄和寶馬良駒。英雄威武不凡，但若無寶馬良駒的輔弼，或僅有老驥以供驅(qū) 馳，也很難在疆場上一展雄姿。

　　2009年4-10月間，市場上的主流CAD 軟件全部完成了新版本的發(fā)布，一些迫不 及待的用戶已經(jīng)開始進(jìn)行設(shè)計(jì)軟件平臺(tái)的 升級。那么，新版軟件的哪些功能需要新 硬件的支持?什么樣的專業(yè)顯卡才適用于 新版軟件呢?

　　這正是本期“NVIDIA Quadro FX專業(yè)顯 卡”專欄將要回答的問題。下文中，我們將 逐個(gè)介紹新版軟件對圖形硬件平臺(tái)的需求情 況，并介紹與硬件支持相關(guān)的新功能。

　　9月發(fā)布：Solidworks 2010

　　Solidworks可謂是目前中國通用機(jī)械 行業(yè)最有用戶緣的三維CAD軟件，其特點(diǎn)是易用性高，上手快，對計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的要求偏低。不過，系統(tǒng)要求偏低是相對而言 的。從2008版本開始，Solidworks的大裝配 性能迅速增強(qiáng)，并在2009版軟件中為用戶 提供了SpeedPack技術(shù)，通過對大裝配模 型的特殊處理，幫助用戶使用Solidworks 進(jìn)行1000個(gè)以上、乃至10000個(gè)以上零件的 大裝配設(shè)計(jì)。這個(gè)時(shí)候，Solidworks對計(jì) 算機(jī)系統(tǒng)的性能要求同樣是驚人的。

　　Solidworks 2010在2009版本的基礎(chǔ)上 進(jìn)行了多達(dá)300項(xiàng)的改進(jìn)，并進(jìn)一步加強(qiáng) 了大裝配性能，而且其總裝配模型的實(shí)時(shí) 顯示更為真實(shí)、細(xì)膩，可以分別顯示每個(gè)零部件的材質(zhì)特點(diǎn)。同時(shí)增強(qiáng)的PhotoView360和新增加的3DVIA Composer，也促進(jìn)了設(shè)計(jì)協(xié)同和設(shè)計(jì)交互。由于Solidworks2010采用了最新的OpenGL 3.0 API，因此，這些新的功能均需要性能強(qiáng)大的最新專業(yè)顯卡的支持，才能完美實(shí)現(xiàn)。

　　讓我們看看Solidworks 2010官方硬件配置要求。上述表格轉(zhuǎn)載自Solidworks官方網(wǎng)站。實(shí)際上，官方網(wǎng)站的硬件推薦還是比較保守的，如果要在Solidworks 2010上流暢運(yùn)行中等規(guī)模的任務(wù)(500個(gè)零部件)，并實(shí)現(xiàn)最佳的可視化效果，最好選擇64位系統(tǒng)，4GB內(nèi)存，并安裝具備512MB以上顯存的最新NVIDIA Quadro FX專業(yè)顯卡，例如NVIDIA Quadro FX 580、NVIDIA Quadro FX 1800。較低的配置當(dāng)讓可以運(yùn)行，但需要更多的延遲和等待，工作效率難以提高。

　　在實(shí)現(xiàn)三維模型的可視化效果方面，NVIDIA Quadro FX專業(yè)顯卡是比不可少的。官方網(wǎng)站同樣公布了NVIDIA Quadro FX專業(yè)顯卡 在Solidworks 2010上的性能和功能認(rèn)證情況。

　　請注意官方網(wǎng)站上NVIDIA Quadro FX專業(yè)顯卡的硬件認(rèn)證信 息。顯卡分兩種，測試過的和通過全部認(rèn)證的。其中，全部8系列 NVIDIA Quadro FX專業(yè)顯卡屬于后者。

　　通過全部認(rèn)證是指，顯卡通過了Solidworks 2010所有的功能 測試，并完美支持Realview的所有特征，支持多管線加速功能，可 以流暢運(yùn)行在包括64位操作系統(tǒng)在內(nèi)的所有被支持操作系統(tǒng)上， 且具備針對Solidworks的性能優(yōu)化，達(dá)到了Solidworks 2010的運(yùn)行 要求。事實(shí)上，NVIDIA Quadro FX專業(yè)顯卡早從2007版本開始，對 Solidworks的各項(xiàng)專業(yè)圖形特性就已經(jīng)提供了完美的支持，并進(jìn)行 了專門的優(yōu)化。

　　經(jīng)過測試的其他顯卡往往是部分功能無法支持。如僅支持有 限的Realview功能，無法實(shí)時(shí)顯示模型高光類的材質(zhì)，或無法完美 支持Solidworks 2010新加入的Windows 7 64位操作系統(tǒng)版本，或存 在明顯的性能或功能BUG。

　　由于Solidworks 2010是最后一個(gè)支持Windows XP操作系統(tǒng)的版 本，官方推薦采用最新的64位操作系統(tǒng)，如VISTA 64bit甚至Windows764bit，以便提高系統(tǒng)大裝配性能表現(xiàn)，并實(shí)現(xiàn)最佳的可視化效 果。因此，專業(yè)顯卡必須支持VISTA 64bit和Windows 7 64bit系統(tǒng)。 在這方面，NVIDIA Quadro FX專業(yè)顯卡已經(jīng)提供了成熟的驅(qū)動(dòng)程序， 而且，在64bit系統(tǒng)下也能獲得更好的性能表現(xiàn)。

　　表2是Solidworks 2010在NVIDIA Quadro FX 580和NVIDIA Quadro FX 1800平臺(tái)上的性能測試結(jié)果如。測試采用Solidworks 2010 beta 和Solidworks 2010 SP0版本。數(shù)據(jù)以模型連續(xù)操作過程中，F(xiàn)rame probe檢測到幀數(shù)為準(zhǔn)。測試過程中均打開了Realview開關(guān)，并將 圖形性能參數(shù)調(diào)至最高。

　　PhotoView 360和3DVIA Composer是Solidworks 2010的特色功能，其中，PhotoView 360在2009版本中就已經(jīng)存在，而3DVIA Composer是2010版本新 加入的模塊。很多用戶在使用了PhotoView360之后，感覺效果很好，但運(yùn)行速度奇 慢。其中關(guān)鍵原因就是PhotoView 360的渲 染需要NVIDIA Quadro FX專業(yè)顯卡GPU的硬 件頂點(diǎn)渲染支持，而普通顯卡要完成同樣 的工作需要CPU的支持，因此，效率明顯降 低。2010版本中的PhotoView 360在并行渲 染效率方面有了明顯提高，據(jù)官方博客透 露，在Windows 7操作系統(tǒng)中，由于NVIDIA GPU的并行計(jì)算性能得以發(fā)揮，PhotoView360的應(yīng)用性能將近一步增強(qiáng)。

　　3DVIA Composer則是Solidworks母公 司dassault systemes公司完善3D FOR ALL 戰(zhàn)略的新產(chǎn)品，可以使工程人員(部門) 和非工程人員(部門)利用三維設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行協(xié)同工作，充分利用挖掘三維設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的優(yōu)勢。作為一款從CAD工具中衍生出 的三維瀏覽器產(chǎn)品，3DVIA Composer同樣 需要專業(yè)顯卡的支撐，不過，由于此軟件僅用于瀏覽、協(xié)同，因此，對性能的要求 不高，NVIDIA Quadro FX 380、580等入門 級的專業(yè)顯卡就可以應(yīng)付。

　　8月發(fā)布：Pro/ENGINEER野火5

　　在眾多CAD軟件中，Pro/ENGINEER的 功能無疑是非常強(qiáng)大的，但其繼承自UNIX 傳統(tǒng)的簡陋用戶界面也一直為用戶所詬 病。此外，Pro/ENGINEER還是對計(jì)算機(jī)硬 件性能要求最嚴(yán)格的CAD軟件之一。即使 僅僅用于設(shè)計(jì)零件， Pro/ENGINEER用戶 也最好配置一臺(tái)性能中上的計(jì)算機(jī)，特別是準(zhǔn)備一塊專業(yè)顯卡，才能流暢地運(yùn) 行設(shè)計(jì)任務(wù)。

　　2009年6月，Pro/ENGINEER野火5開始 顯露頭角，到8月正式登陸中國市場。Pro/ ENGINEER野火5在焊接、塑料模具設(shè)計(jì)、 分析仿真功能等方面均有增強(qiáng)，而用戶直觀的感受是Pro/ENGINEER野火5的界面漂亮了，模型的真實(shí)感更強(qiáng)了。這是因?yàn)镻ro/ENGINEER野火5引入了增強(qiáng)的實(shí)時(shí)、照 片級渲染功能，不僅可以渲染靜態(tài)的零部 件和裝配體，而且可以制作逼真的裝配動(dòng)畫。新的渲染功能對模型的陰影、反光和透視特效做了重大調(diào)整，使用戶的主管感受得到了極大地改善。

　　不過，這種改善也是要付出代價(jià) 的，那就是，如果打開菜單條上的實(shí)時(shí)渲 染功能，系統(tǒng)性能會(huì)收到明顯的影響。當(dāng)然，如果有一片好的專業(yè)顯卡支持，這個(gè)問題倒是不用太擔(dān)心。

　　PTC官方第一時(shí)間公布了Pro/ ENGINEER野火5的硬件配置，除了例行地將“最低配置”壓得很低之外，特別強(qiáng)調(diào)了需要用戶采用支持OpenGL顯卡。 在基本的配置建議之外，官方文檔中特別強(qiáng)調(diào)，“為了提供三維硬件加速， 建議用戶采用經(jīng)過PTC官方認(rèn)證的OpenGL 顯卡，并保證采用官方認(rèn)證的驅(qū)動(dòng)程序和官方建議的硬件配置。”看來，OpenGL顯 卡專業(yè)顯卡對于流暢運(yùn)行Pro/ENGINEER野火5非常重要。

　　PTC網(wǎng)站顯示，8系列的NVIDIA Quadro FX顯卡集成在惠普、DELL和聯(lián)想的工作站產(chǎn)品中，已經(jīng)通過了野火5的PTC官方認(rèn)證。

　　我們同樣對PTC Pro/ENGINEER野火5 進(jìn)行了測試，結(jié)果如表3所示。測試采用 了性能更為強(qiáng)大的NVIDIA Quadro FX 1800 和NVIDIA Quadro FX 3800，只有這兩片專 業(yè)顯卡，才能發(fā)揮野火5.0的威力。野火5.0的測試規(guī)模較大，未采用32位系統(tǒng)。 從測試來看，野火5.0是硬件殺手， 即使高端的NVIDIA Quadro FX 3800，在打 開實(shí)時(shí)渲染后也無法到20幀/s的水平，盡 管大部分操作還算流暢，但還是存在偶 爾的停滯現(xiàn)象。我們強(qiáng)力建議升級野火5.0的用戶，選擇NVIDIA Quadro FX 3800顯 卡，甚至采用SLI NVIDIA Quadro FX 3800。當(dāng)然，犧牲圖像效果，關(guān)閉動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí) 渲染、陰影和反光也是一個(gè)辦法，速度 會(huì)明顯加快。不過，模型觀感就和野火4沒什么區(qū)別了。

　　6月發(fā)布：Inventor 2010和AutoCAD 2010

　　Inventor 2010是三維設(shè)計(jì)軟件，而 AutoCAD 2010則是老牌的二維軟件，之所 以把它們放到一起，一方面是因?yàn)椋麄?均屬于Autodesk公司，一方面，二者功能 的融合和互助、互補(bǔ)趨勢非常明顯。

　　Autodesk公司希望正在使用AutoCAD 卻希望轉(zhuǎn)向三維設(shè)計(jì)平臺(tái)的用戶能平 滑地遷移到Inventor平臺(tái)，同時(shí)也希望 Inventor用戶能借助AutoCAD實(shí)現(xiàn)更好的工 程圖和草圖編輯功能。Autodesk公司努力 使兩者的數(shù)據(jù)兼容性達(dá)到最好，且操作習(xí)慣和界面也保持基本一致。

　　在硬件性能需求方面，兩者也開始靠攏——它們都需要很強(qiáng)大計(jì)算機(jī)性能。

　　盡管AutoCAD僅僅是二維平臺(tái)，但是，新增加的體驗(yàn)設(shè)計(jì)、虛擬設(shè)計(jì)等三維構(gòu)圖 功能對計(jì)算機(jī)資源的消耗不在Inventor之 下，而Inventor傳統(tǒng)上就是硬件殺手，絲 毫不弱于野火5.0一類的軟件。

　　要流暢運(yùn)行AutoCAD 2010的二維功 能，官方建議 采用主頻最低1 . 6 H z 甚至3GHz以上的處理器，至少2GB內(nèi)存，如果Autodesk公司的制造業(yè)雙子星要運(yùn)行其最新的三維功能，還需要增加 內(nèi)存、提高處理器主頻，會(huì)采用最新的 多核處理器。Inventor最低的運(yùn)行要求與 AutoCAD 2010類似，對于復(fù)雜的大模型， 官方建議選擇更高主頻的多核處理器，加 裝6GB以上的內(nèi)存，并采用NVIDIA Quadro FX一類的專業(yè)顯卡。

　　從2010版本開始，Inventor 2010和 AutoCAD 2010均采用了微軟的DirectX 10API，而沒有繼續(xù)加強(qiáng)對OpenGL的支持。 因此，原則上支持DirectX 10 API的顯卡均 可支持Inventor 2010和AutoCAD 2010的全 部功能。用戶是不是可以采用支持DirectX10 API的游戲娛樂顯卡呢?不過，事情總不像外表看上去的那么簡單。

　　作為CAD設(shè)計(jì)軟件，Inventor 2010和AutoCAD 2010均需要較高的模型幾何精度(雙精度)，才能滿足工程用戶的需要。 采用三維游戲常用的DirectX 10 API并非 不可以，但由于高精度CAD模型的幾何數(shù) 據(jù)量比游戲三維模型要大許多，導(dǎo)致計(jì) 算機(jī)處理CAD幾何模型的壓力比游戲也要 大許多，普通顯卡很難應(yīng)付。最終，盡管 較為初級的設(shè)計(jì)任務(wù)可以在游戲娛樂卡上 運(yùn)行，但對于比較復(fù)雜的設(shè)計(jì)任務(wù)，同時(shí)支持DirectX 10 API和OpenGL API的NVIDIAQuadro FX顯卡還是成為了主流。 此外，NVIDIA Quadro FX系列顯卡對于AutoCAD系列軟件而言，還是一個(gè)非常特殊的存在。為什么這么說呢?AutoCAD 系列軟件從9版本開始直到現(xiàn)在，一直 采用一種叫做HEDI的圖形接口，這種接 口能顯著提高矢量圖形的計(jì)算機(jī)處理 性 能 。針對于此，NVIDIA為其Quadro FX系列顯卡專門開發(fā)了針對HEDI加速的Powerdraft專用加速程序。憑借Powerdraft，在Quadro FX系列顯卡上運(yùn)行AutoCAD2010，可以獲得至少4倍的 性能提升。NVIDIA甚至開發(fā) 了AutoCAD專用顯卡Quadro VX 200，可以獲得將近20倍的性能提升。

　　我們通過測試來證明這一驅(qū)動(dòng)的偉大之處。此處采 用的顯卡包括針對AutoCAD 2010的Quadro FX 580、Quadro FX 1800和針對Inventor2010的Quadro FX 1800、Quadro FX 3800。 針對AutoCAD的測試采用CADALYST Systems Benchmark 2008，按總分衡量。而針對 Inventor 2010則采用基準(zhǔn)腳本測試包，按 連續(xù)操作幀數(shù)衡量。由于Inventor 2010支 持DirectX 10 API，我們直接采用FRAPS軟件檢測幀數(shù)。兩者均采用VISTA 64bit操作系統(tǒng)結(jié)果如表4、5所示。

　　從測試成績看，無論是Quadro FX1800還是Quadro FX 3800，都能流暢地運(yùn) 行Inventor 2010。而針對AutoCAD 2010，Powerdraft驅(qū)動(dòng)提升性能的作用確實(shí)非 常明顯，達(dá)到20%左右。

　　要發(fā)揮Quadro FX顯卡的效能，需要正確安裝Inventor 2010和AutoCAD 2010 認(rèn)證的驅(qū)動(dòng)。在Inventor 2010中可以在工 具>選項(xiàng)>性能菜單項(xiàng)中找到相關(guān)設(shè)置，在 AutoCAD 2010中，可以直接在命令行輸入3d config命令，在彈出窗口中選擇手動(dòng)設(shè)置性能或下載新的認(rèn)證驅(qū)動(dòng)。

　　5月發(fā)布：CUDA 助力 MATLAB

　　CUDA(ComputeUnifiedDevice Architecture)是NVIDIA基于其GPU技術(shù)推出 的一種并行計(jì)算構(gòu)架。

　　隨著顯卡的發(fā)展，顯卡的核心——GPU 越來越強(qiáng)大。而且，GPU在處理圖形、圖 像任務(wù)時(shí)早于CPU采用了優(yōu)化的并行管線技術(shù)，換句話說，顯卡的GPU早已經(jīng)實(shí)現(xiàn) 了群集核心。例如，常見的Quadro FX1800 就擁有64條CUDA并行管線。如此強(qiáng)大的并 行計(jì)算能力僅用于圖形計(jì)算未免太浪費(fèi) 了，于是，NVIDIA推出了CUDA技術(shù)，促使 GPU向GPGPU方向發(fā)展，輔助CPU承擔(dān)更多計(jì) 算任務(wù)。

　　CUDA包含了指令集架構(gòu)(ISA)以及 GPU內(nèi)部的并行計(jì)算引擎。使用通用的編程 語言，如C語言，程序員可以直接調(diào)用GPU的 并行計(jì)算資源，從而支持油氣、地球物理、 醫(yī)療、工程等領(lǐng)域高性能計(jì)算。

　　NVIDIA公司目前利用CUDA和許多商業(yè) 軟件提供商合作，提供大量的開發(fā)資源， 幫助這些軟件商充分挖掘CUDA和NVIDIA GPU 的計(jì)算潛力，提高軟件的運(yùn)行效能。前 不久，一家名為AccelerEyes的公司提供了 基于CUDA技術(shù)和NVIDIA GPU，且面向工程 計(jì)算和數(shù)值分析軟件MATLAB的加速解決方 案——AccelerEyes Jacket。

　　軟件如其名，AccelerEyes Jacket是MATLAB的馬甲，MATLAB用戶只要采用支持CUDA技術(shù)的NVIDIA GPU平臺(tái)，并安裝AccelerEyes Jacket軟件，就可以將標(biāo)準(zhǔn)的MATLAB代碼轉(zhuǎn)換為GPU能執(zhí)行的并行代碼，利用GPU 進(jìn)行并行計(jì)算，從而顯著提升計(jì)算效率。

　　支持CUDA技術(shù)的NVIDIA GPU目前已經(jīng)遍布Quadro FX、GeForce 等眾多型號(hào)的產(chǎn)品，采用其中任何一種顯卡，均可以享受CUDA技 術(shù)結(jié)合AccelerEyes Jacket所帶來的益處。當(dāng)然，Quadro FX系列的 高端產(chǎn)品Quadro FX 4800和Quadro FX 5800由于擁有192條和240條 CUDA管線，因此具有同系列產(chǎn)品中最高的并行計(jì)算加速性能。 AccelerEyes Jacket的發(fā)布為工程計(jì)算用戶利用CUDA技術(shù) 和NVIDIA GPU敞開了一扇大門，汽車制造、巖體力學(xué)等領(lǐng)域的 MATLAB用戶終于可以不經(jīng)過二次開發(fā)，就直接利用計(jì)算機(jī)中的 GPU了。我們采用AccelerEyes Jacket 1.1.1版本軟件(試用版，15 天試用期，可以在官方網(wǎng)站下載)，硬件平臺(tái)采用Quadro FX4800，安裝CUDA 2.2版本的函數(shù)庫。AccelerEyes Jacket 1.1.1版 本支持各種32位、64位的操作系統(tǒng)，我們在測試過程中選擇了 官方推薦的WindowsXP 64bit。

　　例程采用了在天線分析、雷達(dá)截面計(jì)算、電磁兼容分析等 領(lǐng)域常用的時(shí)域有限差分(FDTD)算法(官方網(wǎng)站有部分例程提 供%A