一、评测背景
随着企业信息化应用的深入，三维CAD已经成为制造企业进行产品设计的主要手段。在三维CAD市场快速增长的同时，如何更有效率的进行三维CAD设计已成为设计人员关心的重点。
影响三维CAD设计效率的因素主要有三方面：硬件平台的性能、设计软件的功能以及设计人员的技能。在这三种因素中，提升硬件平台性能是最容易、效果最直接的。因此，如何选择最恰当的硬件平台就成为制造企业关注的重点。由于三维CAD设计中，专业图形显卡的性能极大的影响整机的硬件性能表现，由此认识和深入了解专业图形显卡的实际性能表现就显得非常重要。
在上期评测中， e-works评测小组对AMD公司的入门级专业图形显卡FirePro V3700进行了全面的性能测试。本期，e-works评测小组将对AMD公司的中端专业图形显卡FirePro V5700进行性能测试。作为一家定位于制造业信息化的中立专业媒体，e-works 将站在用户的视角，以独特的基础评测结合应用评测的方式对FirePro V5700专业图形显卡进行了评测。
二、评测目的
给企业提供包含应用软件评测在内的专业、清晰的评测报告，让用户能够根据评测结果有针对性的选择专业图形显卡。为使评测更贴近企业应用环境，e-works评测小组将不对硬件测试平台作任何特殊优化。同时，e-works将本着公正、公平的原则，客观地为用户提供如实、可靠的数据。
三、评测内容
本次评测主要由基准测试和应用评测两大部分组成。
(一)基准测试
该部分主要使用SPECviewperf10.0和3DMark06两款软件对专业显卡进行专业性能测试。其中，SPECviewperf10.0用来测试显卡的OpenGL性能；3DMark06用来测试显卡的3D 性能。
(二)应用评测
通过模拟在实际工业设计中Pro/E平台应用环境，来评估专业图形显卡在三维环境下的应用性能。e-works选择了一个汽车大型装配体模型，整个模型零组件数较多，结构复杂，必须要借助性能较好的专业显卡支持才可以完成设计工作，运行的平台是PTC公司出品的三维CAD产品Pro/ENGINEER Wildfire 4.0。
四、参评显卡及测试平台
本次测试e-works选用了惠普公司的Z800图形工作站作为硬件测试平台，平台信息如下：
图 1 惠普Z800工作站
表 1 参评显卡及测试平台
(一)参评显卡
图 2 FirePro V5700中端专业图形显卡
FirePro V5700定位于专业级中端图形解决方案，FirePro V5700采用了55nm工艺，核心包含320个流处理器，支持DX10.1、OpenGL 2.1及ShaderModel 4.1。FirePro V5700提供了一个DVI接口和两个Display Port高分辨率端口，核心频率与显存频率分别为775MHz和1800MHz，显存带宽为28.8GB/s，支持PCI Express 2.0 x16显卡接口。FirePro V5700详细参数如表2所示：
表 2 FirePro V5700详细参数
(二)测试平台
图 3 惠普Z800工作站
Z800工作站为惠普新一代顶级工作站，可搭配AMD公司所有类型的专业图卡，包括AMD的超高端专业显卡FirePro V8700。Z800工作站采用了两颗至强四核W5590处理器以及Intel 5520芯片组，对新一代QPI总线技术的支持，以及处理器内部集成内存控制器等技术，使该处理器可以不通过前段总线和北桥芯片而直接与内存进行数据交换，使工作站整体性能得到大幅提升。此外，该款工作站采用了新一代SAS硬盘，搭配12GB ECC DDR3高性能容错内存，大大提升了数据的存取速度。惠普Z系列图形工作站采用了全新的拉丝铝制外壳的艺术外观设计，机箱内部采用了模块化、无线缆设计，能够明显提高工作站运行稳定性和可靠性，以及用户升级、维护的便利性。Z800工作站配置见表3：
表 3 惠普Z800工作站配置
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(三)参评软件
1.3DMark06
3DMark是最普及的3D显卡性能基准测试软件，3DMark06主要测试显卡的DX9性能，包括两个HDR测试两个SM3.0图形测试，严酷考验系统的Shade Model 3.0、HDR渲染能力；e-works将分别进行1280×1024分辨率下的无抗锯齿（NO AA）、4倍抗锯齿(4×AA)、8倍抗锯齿测试（8×AA），每种设置下进行三次测试，取其平均值。此项测试得分越高越好。全屏抗锯齿（FSAA）是一种能够消除画面中图形边缘的锯齿，使画面看起来更为平滑的一种技术，抗锯齿(Anti-aliasing)技术通常被运用于3D或文字的画面。其主要的方法就是将在图形边缘会造成锯齿的这些像素与其周围的作一个平均的运算，来达到图形平滑的效果，但其缺点就是要消耗显卡很多资源，有时还可能会造成画面有一些的模糊。正因为全屏抗锯齿功能对于显卡要求很高，所以e-works在测试中加入了4倍及8倍抗锯齿的测试，以期能对显卡能力的极限有所了解。
图 4 3DMark06评测软件
2.SPECviewperf10.0
SPECviewperf是一款专业测试软件，可以对显卡在多个CAD/DCC应用程序中的OpenGL性能进行测试，包括3dsmax、CATIA、Ensight、Maya、Pro/E、Solidworks等。由于对OpenGL的全面支持是游戏显卡与专业显卡的主要区别。因此，SPECviewperf成为专业显卡评测的必备软件。e-works使用最新的SPECviewperf 10.0对专业显卡进行基准测试。考虑到企业用户对高显示分辨率的要求，e-works将在1600x1200分辨率下，对专业显卡进行NO AA、2×AA、4×AA和8×AA环境的性能评测。
图 5 SPECviewperf10.0评测软件
3.PRO/ENGINEER
Pro/ENGINEER是美国PTC公司推出的新一代CAD/CAE/CAM软件，它是一个集成化的软件，其功能非常强大，利用它可以进行零件设计、产品装配、数控加工、铂金件设计、模具设计、机构分析、有限元分析和产品数据库管理、应力分析、逆向造型优化设计等。从目前的市场来看，它所涉及的主要行业包括工业设计、机械、仿真、制造和数据管理、电路设计、汽车、航天、电器、玩具等，它在我国的CAD/CAM研究所和工厂中得到了广泛的应用，同时，国内的许多大学也纷纷选用该软件作为其研究开发的基础软件。
图 6 Pro/ENGINEER野火版4.0
五、基准评测
1.3DMark06
3DMark是最普及的3D显卡性能基准测试软件，3DMark06主要测试显卡的DX9性能，包括两个HDR测试和两个SM3.0测试，严酷的考验着系统的Shade Model 3.0、HDR渲染能力。3DMark得分用来衡量显卡的3D性能，分数越高，3D性能越好。
表 4 3DMark06评测详细信息
表4为FirePro V5700在3DMark06中的评测成绩，通过这张数据表，用户可以了解FirePro V5700在3D环境下的各种性能指标。3DMark06评测场景由4个场景和一个CPU运算组成。前两个场景主要测试显卡对SM2.0的支持，后两个场景主要测试显卡对SM3.0和HDR的支持。
1)Game Test1
Game Test 1的场景来自3DMark05，但是采用了升级后的引擎，包括艺术效果和阴影技术。场景讲述了一个空间海盗进攻运输船的故事，图形测试只采用了整个情节的一部分，全部故事可以在3DMark06的Demo中查看。
该测试仅仅需要SM2.0渲染，这是一个反映第一人称射击游戏性能的场景，而且很多战斗发生在室内。室内场景包括了狭窄的走廊，这是很多第一人称射击游戏或者第三人称动作游戏典型的设计，另外在室外场景包含了很大的区域，而且有很多人物的渲染。
太空船的表面大量采用了Blinn-Phong渲染（3D模型的着色方式）来表现金属材料的质感，飞船中的天花板上有多个光源，但是多数来自上方或者后部，只有一个方向性的光源照射CSM。此外有很多点光源作为照明，其中大部分产生了阴影。走廊采用了点光源投射阴影，采用1024x1024x6的立方硬件阴影贴图。场景总共使用26个光源，2个采用方向性，12个不重叠的阴影处理。从上表可知，Game Test1中FirePro V5700测试成绩为18.813帧/秒。
2)Game Test2
Game Test 2的场景同样来自3DMark05，但是采用了升级后的引擎，包括艺术效果和新的阴影技术。场景增加了第二只萤火虫，森林被满月照射但是光线微暗，萤火虫会用更强的光线照亮飞国的区域，图形测试只采用了整个情节的一部分，全部故事可以在3DMark06的Demo中查看。
场景的测试重点放在了植物以及被光照的变化情况，和场景一所采用的材质处理方式基本一样，但是增加了漫反射，岩石表面使用了镜面贴图，树木也采用了镜面贴图、漫反射贴图，但没有凹凸贴图，天空采用了一个程序的光照散射shader。月光是方向性的，萤火虫采用点光源阴影贴图，采用1024 x1024x6立方硬件处理的阴影贴图。Game Test2中FirePro V5700的测试成绩为25.330帧/秒。
3)Game Test3
Game Test 3的场景来自3DMark05，但是采用了升级后的引擎，包括HDR和SM3.0的使用。场景讲述了一个飞艇经过被海洋怪物保护的峡谷，在用重炮攻击无效后，飞行员点燃后燃器逃离峡谷。图形测试只采用了整个情节的一部分，全部故事可以在3DMark06的Demo中查看。
场景发生在室外，采用了HDR渲染，并且有平滑的阴影处理和复合SM3.0 shaders处理。HDR是场景处理的重点之一，水面大量采用了HDR反射和折射效果，而且有很深的雾效果。水的表面采用了2个卷曲的贴图和4个波浪效果的函数，雾气采用了复合光照散射运算法则，这是比3DMark05更强的地方。
飞艇和船员Strauss shading模式，峡谷采用3张彩色贴图，3张normal贴图和Lambertian diffuse shading。整个场景是一个阳光充足的地方，只有一个单一方向的光线来源——太阳，所以较大区域的峡谷墙壁对动态阴影的处理是一个挑战。Game Test3中FirePro V5700测试成绩为29.868帧/秒。
4)Game Test4
Game Test 4是一个全新的测试场景，介绍南极圈研究基地的情况，真正的故事非常精彩，图形测试只采用了整个情节的一部分，全部故事可以在3DMark06的Demo中查看。
整个测试在巨大的场景中展示了HDR效果，还包括一个动态阴影处理展示了从白天到黑夜各种物体的表现。雪采用了Blinn-Phong shading处理，包括2个normal map和1个color map，通过粒子的重力和不同种类雾的使用，场景很好的营造了暴风雪的气氛。
天空采用比较简单的大气光源散射效果，在日落的时候，两种立方贴图的混合达成，一种是散射、一种是镜面反射。HDR的处理值介于11.000左右，如果没有浮点渲染能力的显卡是无法运行的。Game Test 4中FirePro V5700测试成绩为34.583帧/秒。
5)小结
总体来说，除第一个场景测试成绩为18.813帧/秒之外，其它的三个场景测试均高于24帧/秒的人眼视觉残留频率。这也充分表明，FirePro V5700作为一款中端专业显卡能是完全满足大型游戏对3D 效果的要求。对于CPU的成绩，e-works评测小组人员唯有震撼。CPU1与CPU2的测试成绩分达到了创纪录的2.984FPS和3.862FPS。就目前处理器水平来说，在3DMark06中CPU测试成绩在1FPS以下是非常常见。超过1FPS性能就非常不错，能达到2FPS的就肯定是AMD六核皓龙或英特尔至强四核处理器，如果超过3FPS那就属顶级处理器。本次CPU测试成绩接近4FPS。可以想象搭配该型号处理器的惠普Z800图形工作站整体性能多么强劲！
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2.SPECviewperf10.0
SPECviewperf是一款专业测试软件，可以对显卡在多个CAD/DCC应用程序中的OpenGL性能进行测试，包括3dsmax、CATIA、Ensight、Maya、PRO/E、Solidworks等。
3dsmax是一款3D建模和动画制作软件，3dsmax软件特点是不但需要显卡能对OpenGL有良好的支持，同时还需要显卡能支持Direct3D。
Maya是一款3D动画制作软件，主要应用于游戏和影视的后期制作,需要显卡能够良好的支持OpenGL，部分支持OpenGL的消费类显卡将无法满足制作需求。
Pro/E是一款常用的CAD类软件，大量应用在机械制造自动化、模具设计等行业，对于在Pro/E中进行中等或高复杂度的工业设计，必须使用一款经过PTC认证的专业显卡。
NX是一款大型的CAD软件，除设计功能之外，它还包括了强大的分析功能。该软件对硬件的性能要求较高，特别是对于显卡性能的考验尤为严格。
Solidworks是一款目前比较流行的CAD设计软件，对于硬件性能要求与所处理模型的负责度有关。Solidworks同样需要经过各种专业认证的专业显卡方能胜任。
Catia是达索飞机公司开发的高档CAD/CAM软件，能满足复杂的航天工业产品设计、电子电器设计、造船以及机械设计等领域，适用于大、中、小型企业的数字化设计需求。
Ensight是一款用于高端科学和工程数据分析软件，它能分析和沟通高端科学和工程数据集。该软件考验着专业显卡的并行处理和渲染能力。
图 7 FirePro V5700综合性能测试
图7是FirePro V5700在64位Windows XP系统下的综合性能测试成绩。从评测结果观察，即使是在对显卡性能要求最为苛刻的Tcvis 测试中，FirePro V5700在8倍抗锯齿场景中的测试成绩也达到了23.79帧。由此可见，对于不高于8倍抗锯齿环境的所有三维软件平台，FirePro V5700显卡都能很好的支持。
表 5 显卡综合性能对比
为了让用户对FirePro V5700 显卡的性能有个参考性的定位，e-works评测小组特别增加了对Quadro FX 1800专业显卡的测试。在Z800工作站上使用Quadro FX 1800显卡进行SPECviewperf性能评测，评测结果参见表5。评测在无抗锯齿环境中进行。通过观察，可知两张卡在Maya和Solidworks两项测试中有非常大的性能差距，FirePro V5700在这两项上的得分是Quadro FX 1800的两倍以上。在NX单项中FirePro V5700性能表现也差不多是Quadro FX 1800的一倍。通过综合八个单项的评测成绩，不难发现FirePro V5700占据完全性能优势。
1)3dsmax-04
3dsmax-04的评测场景是由3dsmax3.1软件生成的图形工作负载轨迹所创建，包含了对线框建模、着色、纹理、光照、混合、反转运动、对象创建和操作、编辑、场景创建、点追踪、动画和渲染的应用效果测试。每个模型分别采用了2 种不同的光照模式进行测量。中等复杂度的光照模式使用了2个固定位置的光源，高复杂度的模式使用了5-7个固定位置的光源并反映了一个高端用户会怎样使用3dsmax进行工作。本项FirePro V5700测试成绩为55.33。图8为FirePro V5700在3dsmax-04单项测试中效果截图、十三个场景中的测试数据以及曲线图。
图 8 3dsmax-04场景截图
表 6 3dsmax场景评测数据
在FirePro V3700评测报告中， e-works评测小组对图元的概念作了解释，即场景中模型所包含的最小图形单位。在3dsmax场景测试中，图元作为组成模型的最基本单位，能多能少。一个图元可能包含几十万个顶点数，也可能只在百数量级。图元数和图元顶点数的不确定性，使得评测需要在不同场景下进行才能全面的了解显卡性能。在3dsmax评测中，十三个场景基本覆盖了应用环境下的各种情况，包括图元少而图元顶点多，图元多而图元顶点少等情况。观察评测结果，可知对于3dsmax环境下的应用，FirePro V5700是不存在任何性能瓶颈。在上一期的FirePro V3700报告中，e-works评测小组还提到了判断界面流畅的标准，即每秒24帧，高于这个临界值即为流畅。在3dsmax平台上用户完全不需要为FirePro V5700性能而担心。
2)Catia-02
Catia-02场景是由达索公司的CATIA V5R12应用软件生成的图形工作负载轨迹所创建，测试模型包括一个汽车模型(200万顶点数据)、一个潜水艇模型(180 万顶点数据)和一个发动机模型(120万顶点数据)。场景测试包括对矩阵、材质、光源和电线的改变。由于该测试场景中顶点数据较多，渲染过程较为复杂，对显存尤为依赖。在本项测试中FirePro V5700评测成绩为51.7。图9为FirePro V5700在Catia-02单项测试中效果截图、十一个场景中的测试数据以及曲线图。
图 9 Catia-02场景截图
表 7 Catia场景评测数据
Catia中模型特点是图元多，图元顶点少，这意味着所选取的模型较之3dsmax更为复杂。通过观察评测结果，e-works评测小组未能找出一个能影响显卡性能的关键性因素。但综合场景和数据分析，可以发现场景3、场景5和场景9均处于线框渲染模式之下，涉及到对大量顶点数据的处理，以及线条的抗锯齿。因此，可以判断Catia环境中影响显卡性能的并非每帧数据量的大小，而是所选取的场景是否处于线框模式。线框渲染场景对显存和带宽极为依赖，显存太小或带宽太低都会严重的影响渲染效果。需要强调的是，FirePro V5700拥有512M显存以及28.8GB/s的显存带宽，即使再大的三维模型也不在话下，此外，对于Catia用户还需要重点考虑底层硬件是否具备支持处理大型三维模型的能力。本次评测选用了惠普新一代Z800图形工作站，底层硬件对显卡性能的制约并未出现。较之上一代图形显卡，FirePro V5700还有一个非常重要的优势，即对VBO技术的支持。VBO是OpenGL API的一个扩展函数，用于提升软件中的3D图形速度，充分发挥专业显卡的OpenGL硬件加速能力。VBO技术能够将多边形和纹理数据放置在显存中，这样CPU与GPU之间的质量、数据传输就不再受到系统内存的带宽限制。
总体来说，FirePro V5700在Catia场景中的性能评测并未出现性能不济的情况，从而得出结论，即在绝大部分的Catia应用，FirePro V5700足以胜任。正所谓好马配好鞍，择取一款适合的专业图卡对于三维设计人员尤为重要。
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3)Ensight-03
Ensight-03场景是由CEI提供的Ensight应用程序轨迹所创建的工程和科学可视化负载，该场景测试中仅包含一个模型，包括了模型渲染、矩阵运算、材质和光源等。由于Ensight场景中线框较为复杂，考验着显卡的抗锯齿能力。每帧320万的顶点数据也需要强大底层硬件的支持。本项测试中FirePro V5700评测成绩为46.61。图10为FirePro V5700在Ensight-02单项测试中效果截图、九个场景中的测试数据以及趋势图。
图 10 Ensight-03场景截图
表 8 Ensight数据评测信息
Ensight-03场景只包含一个模型，所有场景都基于同一模型不同状态进行旋转操作。在所有场景中图元顶点数没有变化，图元数随渲染场景的不同而增加或减少，每帧顶点数则根据图元数的多少而变化。
对比前三个场景，e-works评测小组发现在纯线框场景中所得到的每秒帧数值最低。仅因为这两个场景处于纯线框模式下。该模型的顶点数据在320万，即意味着每一秒显卡要处理非常庞大的顶点数据。由于FirePro V5700对VBO技术的支持，使得 FirePro V5700面对庞大的顶点数据非常占优。在FirePro V3700评测中，由于FirePro V3700未能很好的满足场景1和场景2 的性能要求，因此e-works不推荐Ensight平台用户使用FirePro V3700显卡。而本次通过对FirePro V5700的评测，可知FirePro V5700是能很好的胜任Ensight平台对显卡的性能需求。
4)Maya-02
Maya-02的场景由来自Alias的Maya6.5应用程序生成的图形工作负载轨迹所创建，较之SPECviewperf8.1中所提供的Maya-01评测场景，Maya-02场景包含了更多的顶点，模型渲染更为复杂。Maya-02单项中分别测试了线框、高洛得着色、纹理、带有线框网的高亮度纹理和带有线框网和控制点的纹理五个部分。从点、线、面以及色彩的渲染来考验显卡在Maya环境中的应用效果。本项测试中FirePro V5700评测成绩为199.06。图11为FirePro V5700在Maya-02单项测试中效果截图、八个场景中的测试数据以及曲线图。
图 11 Maya场景截图
表 9 Maya场景评测信息
Maya对专业显卡的性能要求没有那么高， Maya最常见的应用是用来做三维动画设计，这点与CAD软件的定位有所不同，Maya对显卡的抗锯齿能力的要求也没有机械模型的要求高，而且渲染过程主要涉及对3D效果的处理。因此对于Maya平台用户其实大可不必考虑FirePro V5700专业显卡，所谓杀鸡焉用牛刀，FirePro V3700或FirePro V3750足以胜任Maya的显示性能需求。
5)Pro/E-04
Pro/E-04场景由来自PTC的Pro/ENGINEER应用程序生成的图形工作负载轨迹创建，该场景包括两种模型和三种渲染模式。第一个模型PTC World Car，是由390-590万个顶点组成的大型模型，该模型测量着色、隐含线去除和线框模式，该场景每一帧包含了超过100MB的数据信息。第二个模型是一个副本，是一个大约48.5-160万个顶点组成的中等大小的模型。对顶点信息的处理是该测试中的一个重要环节，并行处理能力以及流处理器的数量将会影响渲染效果。本项测试中FirePro V5700评测成绩为54.14。图12为FirePro V5700在Pro/E-04单项测试中效果截图、七个场景中的测试数据以及曲线图。
图 12 Pro/E场景截图
表 10 Pro/E场景评测数据
Pro/ENGINEER是一款大型三维设计软件，适用于CAD/CAM/CAE等领域，能设计出非常复杂的产品模型。因此对平台的性能要求很高。Pro/E测试场景选用了一个汽车模型，其特点是图元数多、顶点多，严酷的考验着显卡以及底层硬件的性能。场景1~场景5是汽车模型，场景6和场景7是一个相对较小的副本模型，场景3与场景7为隐含线去除模式。整个评测过程始终未能出现性能瓶颈。由于FirePro V5700包含有320个流处理器，使得它非常适合对大量数据的并行处理，配合512M显存及Z800工作站的优异性能，使得本项测试比较理想。
6)SW-01
SW-01场景由达索公司的Solidworks2004应用程序生成的图形工作负载轨迹所创建，场景包括一个发动机模型和一个赛车模型，发动机模型包含313万个顶点，该单项测量着色、隐含线去除和线框模式。本项测试中FirePro V5700评测成绩为114.47。图13为FirePro V5700在SW-01单项测试中效果截图、八个场景中的测试数据以及趋势图。
图 13 SW场景截图
表 11 SW场景评测数据
Solidworks是一款非常流行的三维机械设计软件，其特点是易学易用，优势是能保持三维的全相关性前提下，以二维工程图迅速生成三维零件和装配体。这种技术上的优势降低了Solidworks平台对硬件平台的性能需求。在前面FirePro V5700与Quadro FX 1800对比测试中，SW-01单项测试ATI显卡明显占据优势的。而且在上一期对FirePro V3700的评测中，FirePro V3700在SW-01中的评测成绩也达到了54.73，这一成绩与Quadro FX1800在Z800工作站上59.9的评测成绩相当，需要强调的是，FirePro V3700使用的是Z600工作站平台。考虑到价格因素，对于入门级的Solidworks用户，e-works建议用户优先考虑入门级的FirePro V3700专业图卡。目前，FirePro V3700专用图形显卡报价在850元左右。
