Обзор различных видов видеокарт для 3Д-моделирования

Понятие рендеринга объемной (3D) модели подразумевает ее обсчет и визуализацию в виртуальном прострaнcтве. Такой обсчет связан с отображением теней и цветов объекта, текстуры его поверхности, соблюдение форм и габаритов. Для отображения модели на экране специальная программа должна совместить все введенные пользователем данные, учитывая угол камерного обзора, и сделать снимок. Совокупность этих процессов, называемых рендерингом, крайне требователен к компьютерной системе. Традиционно, все это выполнялось посредством центрального процессора, но сегодня специальные программы (графические редакторы) «перебрасывают» часть вычислений на видеокарту. Такой способ значительно разгружает систему в целом и является более быстрым.

Содержание

• 1 Видеокарты для рендеринга
• 2 Видеокарты для видеомонтажа
• 3 Разделение карт по типам
  • 3.1 Профессиональные модели
  • 3.2 Потребительские модели
• 4 CUDA-ядра от компании Nvidia
• 5 Профессиональные (QUADRO) и игровые (GeForce) технологии ускорения в картах Nvidia
• 6 Трассировка лучей на видеокартах (технология RTX от Nvidia)
• 7 Параметры  выбора
• 8 Рейтинг лучших видеокарт для 3d моделирования и графики на 2023 год
  • 8.1 Потребительские модели
    • 8.1.1 3-ье место: «Radeon RX 5700 1610MHz PCI-E 4.0 8192Mb 14000MHz 256 bit 3xDisplay»
    • 8.1.2 2-ое место: «Quadro P2000 PCI-E 3.0 5120Mb 160bit HDCP»
    • 8.1.3 1-ое место: «Quadro 5000 513Mhz PCI-E 2.0 2560Mb 3000Mhz 320 bit DVI»
  • 8.2 Профессиональные модели
    • 8.2.1 3-ье место: «FirePro S9150 PCI-E 3.0 16384Mb 512 bit»
    • 8.2.2 2-ое место: «Tesla K40 745Mhz PCI-E 3.0 12288Mb 6000Mhz 384 bit Silent»
    • 8.2.3 1-ое место: «RTX 6000 PCI-E 3.0 24576Mb 384 bit (VCQRTX6000-PB)»
• 9 Вместо эпилога

Видеокарты для рендеринга

На графическом процессоре видеокарты обсчет происходит значительно быстрее, ибо их основное предназначение в этом и состоит. К примеру, видеокарта за 400 долларов США быстрее обсчитает сцену, чем мощный центральный процессор с 22 ядрами стоимостью в 3500 долларов США.

У современных рендеринговых видеокарт имеются следующие преимущества:

1. Они способны с высокой скорость обработать заданную модель;
2. Для ускорения процесса возможно установить в систему несколько их штук сразу.

К недостаткам можно отнести:

1. Каждая видеокарта имеет ограничения по видеопамяти;
2. Текущие цены на хорошие карты непомерно высоки в связи с майнинговой истерией.

Если ОЗУ для системы в целом можно увеличивать до определенных размеров, то для графической карты этот способ не подходит. Сколько впаяли чипов на заводе, столько и будет видеопамяти у карточки всегда – эту память не уменьшить и не увеличить. Видеопамять, естественно, работает быстрее ОЗУ, т.к. не занята множеством сторонних процессов. Однако, только большим количеством памяти на карете обойтись невозможно, скорость обработки также будет зависеть от мощности графического процессора, установленного на ней.

Несколько видеокарт возможно использовать и без масштабируемого интерфейса (режим работы двух и более видеокарт над одной задачей). Отсутствие такого режима позволит использовать компьютер в штатном режиме через одну видеокарту, пока вторая (остальные) трудятся над обсчетом сцены.

ВАЖНО! Если материнская плата позволяет, то на нее возможно прицепить через переходники до 6-7 видеокарт.

Видеокарты для видеомонтажа

Естественно, видеомонтажный процесс несколько менее требователен к видеокарте, чем обсчет трехмерных моделей. Если требуется монтировать не сильно сложные ролики, то вполне хватит модели от Nvidia с поддержкой CUDA. Они прекрасно справятся с большинством задач в редакторе Premiere Pro. Стоит отметить, что обработка фото и видео не требует мощного видеоустройства, тем более с технологией QUADRO. Для этих целей вполне подойдет средний образец с режимом трассировки лучей. Однако, если работать с видео в режимах 4К/8К, то может понадобиться и более дорогая версия.

Разделение карт по типам

Профессиональные модели

Их главное отличие от ширпотреба состоит в поддержке различного программного обеспечения (ПО). AMD-карты серии FirePro или Nvidia Quadro специально ориентированы на повышенную производительность при работе с особыми программами и обладают максимально гарантированной совместимостью с профильными редакторами от ведущих ПО-разработчиков. Помимо прочего, профессиональные модели старательно поддерживаются разработчиками ПО продолжительное время, что делает эту технику хорошей инвестицией. Стоит упомянуть, что образцы профессионального сегмента досконально тестируются в соответствующем ПО, а отдельные версии такого софта вообще не будут работать вовсе, если не обнаружат нужного им специально предназначенного «железа».

Одновременно, некоторые разработчики программ попросту откажут в решении проблем и поддержке, если узнают, что их ПО работало с непредназначенным для него «железом». Данная ситуация вполне может стать непреодолимой сложностью, если требуется выполнить большой объем работы за определенный срок, что будет означать явную потерю дохода, т.е. упущенную выгоду для бизнеса.

Потребительские модели

Такие варианты могут отлично проявлять себя при решении повседневных задач или в игровых приложениях. Они вполне способны выдавать неплохой результат при обработке фото или видеомонтаже, а некоторые модели (к примеру, RTX 2080Ti) и вовсе избыточно мощны для подобных работ. Эти же модели покажут хорошие результаты в игровом рендеринге, но в них отсутствуют те возможности, которые необходимы для занятий профессиональным трехмерным моделированием. Потребительские вариации, в принципе, подойдут для игр и обработки видео или фото на хорошей скорости, но они лишены нужного объема видеопамяти для работы в специализированных приложениях для 3D-моделинга.

CUDA-ядра от компании Nvidia

CUDA-ядра – это специальные ядра для вычислений, входящие в структуру линейки видеокарт от Nvidia. Эта технология является эксклюзивом и представлена только в продуктах данной компании. В принципе, она не является выделенным элементом лишь только для обработки графики, а скорее представляет собой некую универсальную мощность, которую видеочип может задействовать для обработки различных задач по необходимости. Большинство современного программного обеспечения, предназначенного для работы с обсчетом графики, уже адаптировано для максимально эффективного использования этих ядер, поэтому, чем больше их находится на видеочипсете, тем быстрее будет происходить обсчет моделей.

К примеру, наиболее популярные и современные алгоритмы обсчета, такие как Redshift и  GPU Octane, вообще полностью ориентированы на технологию CUDA, что означает, что работать они будут только с применением соответствующих карточек от Nvidia. Именно в этих программных алгоритмах можно наглядно проследить линейный рост скорости рендеринга в зависимости от количества CUDA-ядер на видеокарте.

ВАЖНО! Стоит отметить, что популярные редакторы Premier Pro и After Effects, поддерживают карты и AMD и Nvidia, но на последних обработка происходит быстрее.

Профессиональные (QUADRO) и игровые (GeForce) технологии ускорения в картах Nvidia

Посредством технологии GeForce  можно получить больше выгоды в соотношении цены и скорости работы, но только если предполагается использование карточки для игр, видеомонтажа или обработки простейшей графики. Отсюда ясно, что данная технология ориентирована на рынок гeймеров и поэтому данные видеокарты лишены многих специальных особенностей, которые требуются для профессиональной графической работы.

В свою очередь, QUADRO обладает более высоким уровнем, но она более ориентирована на поддержку корпоративных пользователей. Если сравнивать эту технологию с предыдущей, то замена каждой новой видеокарты обойдется в немалую сумму. QUADRO следует использовать, если имеется 100%-ная нужда в применении ЕСС-памяти (памяти с коррекцией ошибок). Стоит отметить, что данные карточки всегда будут иметь в своей структуре большее количество CUDA-ядер. В итоге, рассматриваемые карты подойдут:

• Для корпоративных клиентов, готовых нести очень большие затраты на профессиональное оборудование;
• Для тех, кто нуждается в большом объеме видеопамяти, кому нужна функция ЕСС-памяти, а также повышенная глубина цвета и высокая точность работы с Floating point (операций с плавающей точкой) ;
• Для тех, кто работает только с эксклюзивным и профессиональным программным обеспечением;
• Кто постоянно пользуется поддержкой разработчика ПО для разрешения рабочих задач;
• Тем, кто нуждается в гарантированной надежности серверных решений.

Технология GeForce окажется предпочтительнее в случаях:

• Применения видеокарты для повседневных задач (игры и простейшей графической работы) ;
• Отсутствует необходимость использования ЕСС-памяти;
• Требуется получить максимум производительности за относительный минимум денег;
• Не требуется поддержка рабочего ПО от поставщика;
• Работа видеочипсета ориентирована большей частью на игровую составляющую.

Трассировка лучей на видеокартах (технология RTX от Nvidia)

Nvidia представила линейку новых карточек с поддержкой трассировки лучей в момент появления архитектуры Turing. Эти карты, вкупе с CUDA-ядрами, имеют RТ-ядра и тензор ядра, которые как раз и осуществляют трассировку лучей. При трехмерном обсчете, карточка с поддержкой трассировки, может значительно повысить скорость операций, особенно в программах, которые поддерживают данную технологию. А вот простому видеомонтажу трассировка никак не поможет, ибо работа в этом случае происходит исключительно с двухмерным изображением.

Тензор ядра (в потребительских видеокартах) отвечает за различные эффекты, например, за создание сэмплинга (образцов) на базе глубокого обучения нейронных сетей, с помощью которого ИИ (искусственный интеллект) способен изменять/улучшать качество картинки.

Параметры  выбора

Во время приобретения видеокарты, следует обратить внимание на следующие технические моменты:

• Тип и объем видеопамяти – на сегодняшний день карточка с объемом менее 1 Гб попросту не будет котироваться. Тип памяти должен быть как минимум GDR5 – он будет актуальным еще ближайшие два-три года. Это что касается оборудования для повседневных задач. Если предполагается профессиональная деятельность, то выбор должен состоятся в пользу модели с большим объемом памяти и в которой применены новейшие технологии, способствующие ускорению обсчета трехмерной сцены;
• Количество CUDA-ядер – как правило, данный параметр будет важен для работы с любой трехмерной графикой. Хотя, пpaктика показывает, что показатель для данного параметра больше важен для профессиональной работы, нежели для игр. Действительно, данная технология может ускорить обсчет трехмерной модели в 10-50 раз (в зависимости от общей сложности сцены, параметров ее статичности, или если в сцене присутствует движение, то будет необходимо просчитывать физику объектов, что приведен к замедлению процесса визуализации) ;
• Тип подключения и потрeбляемая мощность — не все видеокарты могут подойти под имеющуюся материнскую плату. Перед покупкой обязательно необходимо проверить совместимость этих двух компонентов компьютерной системы. Стандартом сегодня является тип шины на материнской плате PCI-E х16 версии 3.0. Всегда стоит помнить, что множество моделей современных карт достаточно громоздки и в подавляющем большинстве случаев займут сразу два слота, что создаст дополнительные вопросы к системе охлаждения данных элементов. Соответственно, приобретаемая карта должна подходить не только по техническим параметрам, но и по своим габаритам. Кроме того, стоит учесть, что в будущем возможно понадобится увеличение графических мощностей, для чего придется устанавливать дополнительно вторую видеокарту. У фирмы Nvidia такая опция  называется SLI-режим (масштабируемый интерфейс). Отсюда ясно, что матплата должна опять же поддерживать не только техническую возможность работы сразу с двумя видеокартами, но иметь и соответствующее количество разъемов для подключения (хотя, возможно воспользоваться переходниками). Однако, для нескольких видеокарт вполне может не хватить мощности блока питания (да и разъемов подключения к нему) ;
• Необходимость расширения мощности энергопитания компьютера – в принципе, любой компьютер, на котором предполагается заниматься профессиональным трехмерным моделированием, должен быть надежно обеспечен энергопитанием. На данном обстоятельстве некоторые производители видеокарт особо акцентируют внимание. Так, блок питания на 550W уже является «прошлым веком» и для рассматриваемой работы будет вряд ли пригоден. Таким образом, на данном параметре экономить не стоит и лучше купить массивный системник с мощным блоком питания от 600W за приличную цену, чем пытаться найти что-то подешевле с подобными параметрами. Необходимо напомнить, что большинство китайских производителей, выпускающих системные блоки, зачастую комплектуют их слабыми модулями электропитания, при том что указывают в технической информации показатель в 550W и более. На деле же, подобные модели стоят довольно-таки дешево, а мощность их блоков питания вряд ли в действительности превысит 450W;
• Тип и количество интерфейсов для вывода – этот параметр означает сколько мониторов можно подключить к видеокарте и через какие разъемы. В наше время, карточки которые подключаются только по разъему SVGA и имеющие возможность подключения лишь одного устройства для отображения, уже канули в лету. Стандартом является подключение минимум двух мониторов, а эталоном для их соединения с картой является технология HDMI;
• Максимальное разрешение – любая современная карта должна поддерживать минимум разрешение 4К (3840х2160 пикселей). Однако, для профессиональной деятельности нужно будет разрешение 8К (7680х4320 пикселей). Хотя, для игр достаточно будет и Full HD – 2К (2048×1024 пикселей) ;
• Частотность и разрядность шины – данные параметры являются «заботой» лишь для профессионалов, хотя, необходимо заметить, что чем выше данные показатели, тем лучше будет производительность видеокарты (естественно, что одновременно повысит и ее стоимость).

Рейтинг лучших видеокарт для 3d моделирования и графики на 2023 год

Потребительские модели

3-ье место: «Radeon RX 5700 1610MHz PCI-E 4.0 8192Mb 14000MHz 256 bit 3xDisplay»

Этот продукт тайваньского производства отличается своей габаритностью (занимает три слота) и массивностью. Оснащена сразу же двумя вентиляторами, ибо требует интенсивного охлаждения. Также, потребуется дополнительное питание, которое будет получать от шины PCI-E 16x 4.0. Первоначально модель была ориентирована на профессиональные обсчеты, но неплохо показала себя и в игровой сфере. Благодаря своей достаточной вычислительной составляющей, завоевала определенную долю популярности и у майнеров криптовалют. Математический блок хаpaктеризуется 2304 универсальными процессорами, 144 текстурными блоками, 64 блоками растеризации. Поддерживаются DirectX 12 и OpenGL 4.6. Работает на частоте 1610 МГц. Устройство поддерживает одновременное подключение до 4 мониторов. Может обеспечить максимальное разрешение 7680×4320 благодаря объёму видеопамяти в 8ГБ – тип GDDR6, частота 1.4ГГц при 256-разрядной шине. Процессор — AMD Radeon RX 5700. Поддерживается SLI/CrossFire. Действующие интерфейсы подключения – три DisplayPort 1.4, один HDMI 2.0b, поддерживается HDCP. Рекомендованная стоимость – 53 000 рублей.

Radeon RX 5700 1610MHz PCI-E 4.0 8192Mb 14000MHz 256 bit 3xDisplay Достоинства:

• Быстрая память;
• Высокая производительность;
• Отличное сочетание игровой и вычислительной составляющей.

Недостатки:

• Чрезвычайно габаритные размеры;
• Трудно найти в продаже.

2-ое место: «Quadro P2000 PCI-E 3.0 5120Mb 160bit HDCP»

Данная модель произведена в Северной Америке и считается объективно лучшей из потребительских. Производитель не указывает ее общих габаритов, но занимает она всего один слот. Вентилятор у нее хоть и один, но активный, что говорит о небольшом показателе по нагреву в процессе работы. Хаpaктеризуется хорошей оптимизацией всех функциональных процессов. Устройство поддерживает одновременное подключение до 4-х мониторов. Штатные интерфейсы – четыре DisplayPort 1.4. Есть поддержка HDCP. В комплекте имеются переходники на другие типы интерфейсов, но профессионалы их уверенно критикуют и рекомендуют заменить на более актуальные. Максимальное поддерживаемое разрешение монитора — 5120×2880. Карта построена на базе графического чипа GP106GL, созданного по техпроцессу 16нм. Подключается к материнской плате через гнездо PCI-E 16x 3.0 и не требует дополнительного питания. Объём установленной видеопамяти – 5Гб типа GDDR5 на 160-битной шине.  Поддерживает технологии DirectX 12, OpenGL 4.5, OpenCL 1.2, CUDA 6.1, Vulkan. Потребители отмечают повышенную производительность в некотором ПО (например, SolidWorks). Может пригодиться в проектировочной деятельности, ибо прекрасно отображает картинку пререндеринга (объекты без текстур), хорошо работает с двухмерной графикой в разрешении 4К. Рекомендованная стоимость – 63 000 рублей.

Quadro P2000 PCI-E 3.0 5120Mb 160bit HDCP Достоинства:

• Компактные габариты;
• Умеренное энергопотрeбление;
• Повышенная стабильность и производительность.

Недостатки:

• Мелкие сбои в управляющем ПО (драйверы) ;
• Трудной найти переходники для мониторов.

1-ое место: «Quadro 5000 513Mhz PCI-E 2.0 2560Mb 3000Mhz 320 bit DVI»

Видеокарта поддерживает до двух мониторов. Штатные интерфейсы – два DisplayPort, один DVI-I и даже VESA Stereo. Максимально возможное разрешение монитора — 2560×1600. Видеопамяти в карте установлено 2ГБ. Тип памяти — GDDR5, работает на частоте 3ГГц. Шина памяти 320-битная. Частота RAMDAC — 400 МГц. Встроена полноценная поддержка SLI/CrossFire.

В этой модели имеется 352 арифметическо-логических устройства, пятая версию шейдеров, 16-кратная анизотропная фильтрация. Предельная степень FSAA – 64 крат. Как и все современные видеокарты, PNY Quadro 5000 имеет встроенную поддержку OpenGL 4.0 и DirectX 11. На фоне вышеописанных моделей хаpaктеристики PNY Quadro 5000 могут выглядеть «плоховато», но, опять же, в сочетании с дискретным ускорителем эта модель способна на очень многое, как в плане создания сложнейшей полигональной 3D графики, так и для исключительно сложных вычислений.
Она построена на базе одноимённого графического процессора от nVidia под кодовым названием GF100 (тактовая частота — 513 МГц). Произведёна по техпроцессу 40нм. Подключается к слоту материнской платы PCI-E 16x 2.0. Хотя техпроцесс здесь на поколение старше, по сравнению с некоторыми соседними моделями, нагревается чип умеренно – на уровне 152 Вт. Карте нужно дополнительное питание, для этого предусмотрен разъём 6pin. Рекомендованная стоимость – 120 000 рублей.

Quadro 5000 513Mhz PCI-E 2.0 2560Mb 3000Mhz 320 bit DVI Достоинства:

• Возможность работы совместно с дискретными видеокартами;
• Особая надежность и восприимчивость в отношении иных комплектующих системы;
• Не самое высокое энергопотрeбление.

Недостатки:

• Сравнительно высокая стоимость;
• Не очень большое разрешение.

Профессиональные модели

3-ье место: «FirePro S9150 PCI-E 3.0 16384Mb 512 bit»

Это устройство хоть и хаpaктеризуется сравнительно умеренным энергопотрeблением, но для работы ему всё-таки недостаточно того питания, которое оно получает из слота. Поэтому, для подключения дополнительного электричества на ней предусмотрены два гнезда 8 пин и 6 пин. Установленный объём оперативной памяти — 16384 МБ, тип памяти — GDDR5 на 512-битной шине. Память «быстрая» — работает на частоте 5 ГГц. Пропускная способность – 320 Гб/сек. В основе этого графического ускорителя лежит мощный одноимённый процессор FirePro S9150 производства AMD под кодовым названием Hawaii XT. Создан по техпроцессу 28нм. Способен генерировать до 5.07 терафлоп вычислительной мощности. В пересчёте на один ватт потрeбляемой мощности, видеокарта выдаёт 21.6 гигафлоп, а это рекордное значение в этом классе. Математический модуль видеокарты хаpaктеризуется 2816 универсальными процессорами, 176 текстурными блоками, 64 блоками растеризации, пятой версией шейдеров. Поддерживаются OpenGL 4.4 и DirectX 12. Рекомендованная стоимость – 118 000 рублей.

FirePro S9150 PCI-E 3.0 16384Mb 512 bit Достоинства:

• Большая вычислительная мощность;
• Надежность и долговечность;
• Сравнительно невысокая цена для своего класса.

Недостатки:

• Сильный нагрев ввиду пассивной системы охлаждения.

2-ое место: «Tesla K40 745Mhz PCI-E 3.0 12288Mb 6000Mhz 384 bit Silent»

Данную карту вполне можно назвать центром математических вычислений. Такое устройство нужно спаривать в работе с видеокартой (лучше всего Tesla работает с профессиональными видеокартами семейства Quadro), и тогда графический поток пойдёт через видеокарту со всем ожидаемым потрясающим эффектом в плане производительности, скорости, стабильности. Так можно получить «чудовищную», в лучшем смысле, вычислительную мощность в 3-3.5 терафлоп в домашних условиях.

Основой видеокарты выступает одноимённый графический процессор Tesla K40 под кодовым названием GK110B производства nVidia. Изготовлен по техпроцессу 28 нм. Работает на частоте 745 МГц. В архитектуре процессора содержатся 2880 арифметическо-логических модуля. Графический ускоритель поддерживает технологию DirectX 11.2. В нём установлено 12ГБ оперативной видеопамяти типа GDDR5. Память «быстрая» — работает на частоте 6ГГц, шина – 384-битная. Реализована поддержка SLI/CrossFire. Конечно же, такие решения просто кощунственно использовать для компьютерных игр. Удел PNY Tesla K40 – это обработка высококачественного видеоматериала в разрешении 4К или даже выше, но в большей степени – сложнейшие вычисления в рамках deep learning. Для рендера сложной трёхмерной графики в Maya, 3ds Max и тому подобных задач лучше присмотреть другую модель. Рекомендованная стоимость – 200 000 рублей.

Tesla K40 745Mhz PCI-E 3.0 12288Mb 6000Mhz 384 bit Silent Достоинства:

• Исключительная производительность для профессиональной сферы;
• Стабильность и надежность;
• Отличная мощность.

Недостатки:

• Совершенно не предназначена для игр.

1-ое место: «RTX 6000 PCI-E 3.0 24576Mb 384 bit (VCQRTX6000-PB)»

Процессор построен по архитектуре Turing, его кодовое название — TU102. Создан по супертонкому техпроцессу 12 нм. Работает на штатной тактовой частоте 1.44 ГГц. Поддерживается режим штатного ускорения процессора в рамках технологии Boost до 1.77 ГГц. Оперативной памяти в ней установлено целых 24 ГБ. Тип памяти самый прогрессивный на сегодняшний день — GDDR6. Шина памяти 384-битная. Память работает на беспрецедентной скорости в 14 ГГц и обеспечивает пропускную способность в 672 ГБ в секунду.  Такая непомерная мощь, конечно же, требует дополнительного питания. Для этого на самой карте предусмотрено два гнезда – 6-пиновое и 8-пиновое. Для подключения мониторов на карте предусмотрены 4 интерфейса DisplayPort, а в дополнение имеется порт USB Type-C. Переводя все эти параметры в более прикладной язык, можно сказать, что видеокарта в сочетании со всем остальным, адекватным по мощности «железом» в компьютере, способна обеспечить скорость текстурирования до 509.8 гигатекселей в секунду. Физически видеокарта имеет 267 мм в длину и подключается к слоту материнской платы PCI-Е 3.0 x16. Рекомендованная стоимость – 400 000 рублей.

RTX 6000 PCI-E 3.0 24576Mb 384 bit (VCQRTX6000-PB Достоинства:

• Большой объем видеопамяти;
• Высокое качество сборки;
• Отличная эффективность для любой сферы.

Недостатки:

• Крайне высокая цена.

Вместо эпилога

Проведенным анализом рынка рассматриваемых устройств установлено, что его огромнейшей проблемой является чрезвычайно высокие цены на оборудование. Данная ситуация сложилась на фоне истерии в сфере майнинга криптовалют, ввиду чего даже не всегда удается приобрести и очень дорогие модели. Как ни прискорбно, пока данная ситуация имеет тенденцию сохраняться.

х