PI Hardware/ Dalla 400 alla 4000: ecco le NVIDIA Quadro

Quattro schede grafiche professionali NVIDIA messe alla prova e confrontate con un modello consumer. Costi elevati, quasi sempre giustificati da performance e affidabilità
Quattro schede grafiche professionali NVIDIA messe alla prova e confrontate con un modello consumer. Costi elevati, quasi sempre giustificati da performance e affidabilità

Anche se nel nostro lavoro è facile concentrarsi su sistemi PC destinati all’utente finale, quelli dedicati al pubblico enterprise sono altrettanto interessanti e degni di attenzione. I professionisti della grafica, del CAD, dei settori medicali e delle applicazioni di analisi strutturale necessitano sempre più di piattaforme che siano in grado di elaborare un maggior numero di informazioni in tempi più rapidi.

L’evoluzione della tecnologia passa, come accade in qualunque altro settore tecnologico, per i miglioramenti software da una parte e hardware dall’altra. Il nostro compito resta comunque quello di analizzare i componenti dal punto di vista hardware pur non potendo prescindere dalla valutazione delle feature software. Nell’articolo di oggi vi parleremo di 4 schede grafiche professionali con GPU NVIDIA progettate e commercializzate da PNY , marchio legato strettamente all’azienda californiana con una forte esperienza proprio nel settore professionale.


Schede video NVIDIA Quadro 400, 600, 2000 e 4000

Le schede che abbiamo a disposizione per i nostri test rispondono ai nomi di NVIDIA Quadro 400, Quadro 600, Quadro 2000 e Quadro 4000 . Si tratta di proposte disponibili a prezzi abbordabili seppure il gap con i corrispondenti modelli consumer resti molto elevato:

  • NVIDIA Quadro 400: prezzo pari a circa 120 euro
  • NVIDIA Quadro 600: prezzo pari a circa 180 euro
  • NVIDIA Quadro 2000: prezzo pari a circa 400 euro
  • NVIDIA Quadro 4000: prezzo pari a circa 800 euro

Tutte queste schede grafiche hanno le loro rispettive rivali targate AMD serie FirePro. Al momento non abbiamo a disposizione soluzioni di questo genere delle quali speriamo di potervi raccontare qualcosa in un prossimo futuro. Quando si ha a che fare con strumenti per un utilizzo professionale, i parametri da prendere in considerazione vanno oltre quelli tipici per la valutazione di un prodotto consumer. Se per un dispositivo destinato all’utente finale si può soprassedere sulla sua affidabilità nel tempo o sul supporto offerto dal produttore, queste sono caratteristiche che non possono essere ignorate nell’acquisto di una soluzione professionale. Sarebbe decisamente più corretto rinunciare ad un pizzico di prestazioni in più per ottenere una maggiore stabilità ed affidabilità nel tempo.

Le schede NVIDIA Quadro rispondono ovviamente a questi requisiti e così accade (o dovrebbe accadere) anche per tutta la catena di fornitura che non può prescindere dal garantire tutto il supporto necessario all’utente professionale. Il prezzo di questi prodotti include, perciò, non solo il componente hardware ma tutti i servizi e le ottimizzazioni software richieste da questo genere di mercato.


Caratteristiche tecniche

Tutte le schede Quadro provate prevedono un design single slot abbinato ad un dissipatore con ventola a turbina. Le dimensioni in lunghezza variano, ovviamente in base al modello. Quadro 2000 e Quadro 4000 sono ad altezza piena mentre le più piccole Quadro 600 e Quadro 400 sono half PCI . Queste possono essere montate, perciò, sia su sistemi a basso profilo che su quelli più tradizionali, cambiando la staffa dalla quale fuoriescono le uscite video.

Guardando la sigla del chip si intuisce il legame fra le versioni pro e quelle consumer. La Quadro 400 è la versione Pro del modello GeForce GT 420 mentre la Quadro 600 è la versione Pro della GeForce GT 430. GeForce GTS 450 è la versione consumer della Quadro 2000. Per la Quadro 4000 abbiamo qualche problema maggiore nell’individuare il modello corrispondente.

Le schede con supporto per la tecnologia Mosaic permettono all’utente di utilizzare configurazioni SLI per pilotare fino a 8 display (due display per scheda). La tecnologia Panoramic è esattamente la stessa cosa ma rinnovata, quantomeno nel nome. La tecnologian 3D Vision Pro, invece, è utile per la realizzazione di ambienti in 3D stereoscopico.


Le quattro schede NVIDIA Quadro in prova

Il modello più potente fra quelli analizzati, utilizza un dissipatore a tutta lunghezza con una piastra di sostegno posizionata sul retro.


Quadro 4000: il sistema di dissipazione

Questo è anche l’unico caso in cui NVIDIA sia stata costretta ad integrare un connettore di alimentazione aggiuntiva di tipo PCI Express a 6-pin. Il suo posizionamento posteriore non fa altro che aumentare l’occupazione di spazio in lunghezza.


Connettore di alimentazione aggiuntivo solo sulla Quadro 4000

Su tutti i modelli provati sono disponibili connettori di uscita video digitali di tipo Display Port e Dual Link DVI. I modelli 2000 e 4000 sono gli unici a fornire un doppio connettore Display Port (possono essere collegati assieme comunque solo due display).


Le connessioni di uscita (da sopra: Quadro 400, 600, 2000 e 4000)

Per garanire risultati coerenti e soprattutto in linea con quanto un utente professionale può aspettarsi, ci siamo rivolti ad una delle aziende italiane più esperte ed attive in questo settore. INTERSYSTEM Ingegneria Informatica ci ha gentilmente fornito uno dei loro assemblati concepiti proprio per un utilizzo in ambienti enterprise che abbina costi accessibili a funzioni legate alla gestione di software di tipo CAD, OpenGL, analisi medicali e DCC.


Sistema di prova

La piattaforma è racchiusa all’interno di un case dalle dimensioni molto contenute nel quale trovano posto tutti i principali componenti, un lettore ottico slim, l’alimentatore ed una grossa ventola di raffreddamento centrale.


Un sistema professionale racchiuso in un case di piccole dimensioni

L’assemblaggio dei componenti all’interno di un sistema così piccolo richiede una cura maniacale dei dettagli ed un corretto dimensionamento del sistema di raffreddamento. La piattaforma Intel Core di seconda generazione non comporta problemi insormontabili, ma le schede Quadro scaldano davvero molto quando lavorano. Considerando che le operazioni di rendering più complesse possono durare anche diversi giorni, è indispensabile che il sistema sia ben ventilato per evitare che si blocchi o peggio si bruci.


La scheda Quadro 4000 installata nel sistema

Abbiamo utilizzato le stesse condizioni di prova per tutte le schede ripetendo i test più di una volta per prendere il loro valor medio e scartare eventuali numeri con varianza troppo elevata. La configurazione di prova che abbiamo utilizzato è riassunta in tabella:

Di seguito i programmi utilizzati nei test:

  • 3DStudio Max 2012 : abbiamo realizzato un complesso progetto con 3DStudio per poi eseguirne il rendering in diverse modalità misurandone i tempi.
  • Julia Set : si tratta di una demo di NVIDIA che dimostra le funzioni procedurali di intersezione ray-fractal e ambient occlusion in real-time con deformazione costante. L’applicazione può essere scaricata da questo indirizzo .
  • Photoshop CS5.1 : software per il fotoritocco e la grafica con il quale abbiamo eseguito un benchmark basato sull’applicazione di alcuni filtri su un’immagine campione tratto da Speedtest di Club of One .
  • Premiere Pro CS5 : abbiamo utilizzato il benchmark PPBM5 per misurare le prestazioni ottenute con il software Adobe Premiere.
  • Redway3d CAD Turbine demo : Redway3d rende disponibile una versione demo del suo engine grafico unificato multi sistema operativo per la visualizzazione fotorealistica ed in real-time CAD Turbine. Questa versione demo contiene anche un benchmark che misura le prestazioni in modalità raster e ray tracing del sistema hardware.
  • SPECviewperf 11 : suite di benchmark professionali che include una serie di test standard per le piattaforme software LightWave, CATIA, EnSight, Maya, Pro/ENGINEER, SolidWorks, Siemens Teamcenter Visualization Mockup e Siemens NX.

Cominciamo con l’analizzare i risultati ottenuti con questa suite di benchmark.


CATIA

Il software CATIA di Dassault Systèmes per la progettazione virtuale dei prodotti mostra interessanti miglioramenti passando da una scheda grafica consumer come una GeForce GTX 570 alle soluzioni professionali Quadro. In questo caso anche il modello Quadro 400 riesce a fare meglio. Notevoli incrementi si registrano nel passaggio dai modelli Quadro 400/600 al modello Quadro 2000. Rispetto a quest’ultima, la Quadro 4000 riesce a fornire un ulteriore boost del 20% circa.


Ensight

Sviluppato da CEI, Ensight è uno strumento software per la visualizzazione, l’analisi, l’animazione e la comunicazione di dati derivanti dall’analisi finita (FEA), dalla fluidodinamica (CFD) e dalla simulazione medica. In questo caso la scheda grafica NVIDIA GeForce GTX 570 risulta essere ben più veloce di tutti i modelli Quadro analizzati. I modelli entry level, Quadro 400 e Quadro 600 offrono prestazioni decisamente contenute mentre Quadro 2000 e Quadro 4000 sono ben superiori. Queste ultime due sono comunque divise da un gap molto importante che sfiora anche il 50%.


LightWave

LightWave è una piattaforma software per la modellazione, il rendering e l’animazione 3D usata principalmente in ambienti di produzione televisiva, creazione di effetti visivi per film e video game, grafica stampata e così via. Con questa soluzione, le schede NVIDIA Quadro offrono davvero molto di più di una tradizionale GeForce, già a partire dai modelli di base. Anzi, quel che notiamo è che l’utilizzo di un modello più prestante apporta benefici molto limitati.


Maya

Maya è un tool software per l’animazione 3D sviluppato da Autodesk. Anche in questo caso notiamo una buona riposta da parte delle schede grafiche della linea Quadro alle necessità di rendering del prodotto, tanto che la piccola Quadro 400 riesce a surclassare la GeForce GTX 570 utilizzata come riferimento. Buono anche l’incremento di prestazioni garantito dai modelli via via di fascia più alta.


Pro/ENGINEER

La situazione evidenziata con Pro/ENGINEER (modellatore CAD tridimensionale parametrico prodotto da PTC) mette in luce prestazioni davvero interessanti dovute al sistema professionale (rispetto alla configurazione con VGA consumer della famiglia GeForce), seppure non notiamo beneficio alcuno utilizzando l’una o l’altra scheda grafica Quadro.


SolidWorks

Con il tool di disegno e progettazione tridimensionale SolidWorks (Dassault Systèmes), le schede grafiche Quadro continuano a mostrare una solida accelerazione rispetto alla VGA GeForce. Fra i modelli provati individuiamo due blocchi, il primo composto da Quadro 400 e Quadro 600 ed il secondo dalle altre due (Quadro 2000 e 4000). La distanza fra questi due blocchi è pari al 40% circa.


TCVIS (TeamCenter Visualization Mockup)

Visualization Mockup di Siemens permette la visualizzazione di modelli 3D e immagini 2D per la creazione di simulazioni digitali utili nell’analisi spaziale su modelli multi-CAD. Netto il vantaggio, ancora una volta, garantito dalle VGA professionali che riescono a fornire numeri di almeno un ordine di grandezza superiore. Le schede Quadro, inoltre, scalano molto bene con questo applicativo specie se non si usa l’Antialiasing.


Siemens NX

L’ultimo tool al quale rivolgiamo la nostra attenzione è il Siemens NX , il quale offre un ambiente integrato CAD, CAE e CAM da utilizzare con i PLM dell’azienda stessa. Come accaduto anche in precedenza, le schede NVIDIA della serie professionale riescono ad esprimere un potenziale nettamente più alto rispetto a quello delle soluzioni consumer. Differenze nette esistono fra i modelli meno costosi e quelli di fascia più alta. Il noto software di casa Autodesk per l’animazione, la modellazione 3D ed il compositing beneficia molto dell’accelerazione offerta dalle GPU professionali nel momento in cui il rendering è affidato a plugin come iRay (fortemente ottimizzato per schede grafiche NVIDIA Quadro e Tesla). Esistono anche altre tipologie di plugin come quelli prodotti da Mental Image o quelli V-Ray di Chaos group che sfruttano allo stesso modo la sola potenza delle CPU multicore di ultima generazione.


3DStudio Max 2012 con motore di rendering Mental Ray (CPU)

Il rendering effettuato mediante il motore di Mental Ray non comporta praticamente alcuna differenza al variare della scheda grafica utilizzata.


Occupazione risorse con motore di rendering Mental Ray (CPU)

Come si può notare dallo screenshot qui in alto, d’altro canto, l’utilizzo del motore prodotto da Mental Ray occupa principalmente le risorse di CPU lasciando la GPU praticamente scarica.


3DStudio Max 2012 con motore di rendering iRay (CPU+GPU)

Decisamente diverso è lo scenario di utilizzo del motore di rendering iRay, ove le risorse di GPU vengono sfruttate al massimo (abbiamo configurato il tool in modo che esso possa utilizzare sia la CPU che la GPU). I modelli della famiglia Quadro fanno la loro differenza per via di specifiche ottimizzazioni ma anche il setup con VGA GeForce offre un netto guadagno rispetto a quanto visto in precedenza (tempi almeno tre volte inferiori).

A farla da padrone, in questo caso, è la scheda Quadro 4000 che porta ad una riduzione dei tempi di un fattore 6. Seguono man mano le altre schede fino alla GTX 570 che mostra valori circa pari a quelli offerti da una Quadro 400.


Occupazione risorse con motore di rendering iRay (CPU+GPU)

Questa volta notiamo come il chip grafico risulta essere decisamente impegnato mentre la CPU rimane relativamente più libera. Tempi così ridotti rispetto all’utilizzo di un altro motore sono dunque giustificati dalla presenza di un elevato numero di processori (gli stream processor) disponibili mediante la tecnologia CUDA di NVIDIA.


Le schede NVIDIA Quadro 400 dispongono di poca memoria video

Per curiosità vi mostriamo l’errore in cui si incorre con 3DSMax 2012 quando si utilizza una VGA dotata di poca memoria video come la Quadro 400. Nonostante questo, però, siamo riusciti a portare a termine il lavoro anche se, interpellando alcuni professionisti della grafica abbiamo scoperto che il risultato finale del rendering potrebbe non essere del tutto corretto. Passiamo ora ad un benchmark OpenGL basato sul motore di Redway3d.


Redway3d CAD Turbine, punteggio complessivo

Le quattro schede grafiche NVIDIA Quadro scalano molto bene con punteggi crescenti passando dal modello meno costoso a quello più importante. La scheda grafica consumer, GeForce GTX 570 risulta essere, in questo caso, decisamente più veloce anche della Quadro 4000.


Redway3d CAD Turbine, punteggio dettagliato

Andando a spulciare i risultati del benchmark in dettaglio, possiamo notare come il test Hybrid Ray tracing sia l’unico a scalare poco: d’altro canto questo dipende fortemente anche dalle prestazioni della CPU, mentre gli altri sono molto più legati alla potenza della scheda grafica.


NVIDIA Julia

La demo NVIDIA Julia si dimostra strumento davvero molto pesante da gestire. D’altro canto le trasformazioni real-time effettuate sono tante e tali da mettere sotto torchio anche gli acceleratori più potenti. Purtroppo non è possibile far girare questa demo sulle schede GeForce.


Frame al secondo ottenuti con la demo NVIDIA Julia

Anche questo software scala molto bene passando dalle Quadro meno potenti a quelle di fascia superiore. Come si vede, però, nemmeno una Quadro 4000 riesce a garantire un framerate sufficiente e rendere le scene fluide. I software di casa Adobe sono ottime piattaforme di test per sistemi di questo genere. Photoshop e Premiere Pro permettono di fare fotoritocco, montaggio video e rendering a livelli professionali, pur non richiedendo sempre un grosso supporto dalla VGA.


Photoshop CS5 (tempi di elaborazione in secondi)

Le operazioni di applicazione di filtri in Photoshop CS5 non mostra alcun miglioramento (o peggioramento) al variare della scheda grafica installata nel sistema. Questo software beneficia dell’accelerazione OpenGL offerta dalle moderne GPU ma solo per gestire l’interfaccia, non le operazioni ritocco delle immagini.


Premiere Pro CS5.5 (tempi di elaborazione in secondi)

Ben diversi sono i risultati ottenuti con Premiere Pro con il quale abbiamo eseguito la codifica di un progetto video in più formati e registrato i tempi. Come al solito le performance scalano molto bene con un netto salto fra Quadro 600 e Quadro 2000. La GeForce GTX 570 posta come riferimento riesce comunque a fare meglio di tutti i modelli Quadro che fanno parte di questa comparativa.


Premiere Pro CS5.5 con MPE (tempi di elaborazione in secondi)

Il Mercury Playback Engine (MPE) integrato in Premiere Pro permette di accelerare notevolmente gli effetti di rendering e transizione sfruttando la potenza delle GPU. Come si vede dal confronto, le schede Quadro 2000 e Quadro 4000 permettono di effettuare le operazioni con un tempo ridotto di un ordine di grandezza: 6 secondi contro 90 secondi!

Le cose vanno discretamente bene anche per la Quadro 600 che passa da 90 secondi a 10 secondi: in questo caso, però, è bene precisare che abbiamo dovuto modificare il file utilizzato dal software di Adobe per il riconoscimento delle schede grafiche. Nulla è stato invece possibile con la Quadro 400, dotata di un quantitativo di memoria troppo esiguo per essere compatibile con l’MPE.

La scheda grafica della serie GeForce si comporta decisamente bene, riuscendo a posizionarsi sugli stessi valori della Quadro 4000. I consumi complessivi del sistema sono stati misurati utilizzando una strumentazione che include un voltmetro ed un amperometro digitali unitamente ad un wattmetro anch’esso digitale. In questo modo possiamo effettuare un controllo sui dati rilevati ed eventualmente apportare una correzione nel caso in cui dovessero verificarsi dei problemi.


Assorbimenti istantanei intero sistema (in Watt)

I consumi istantanei, tanto in IDLE quanto sotto forzo, aumentano linearmente passando dal sistema con Quadro 600 a quello con Quadro 2000 e dunque con Quadro 4000. Fa eccezione la configurazione con scheda Quadro 400 che in talune circostanze consuma quanto – o anche di più – di quella con Quadro 600. Il setup con scheda GeForce GTX 570 consuma decisamente di più di quelli con le soluzioni professionali provate mostrando valori che nel migliore dei casi sono pari a quelli del sistema con Quadro 4000.


Consumi registrati durante le operazioni di rendering (in Watt/h)

La valutazione dei consumi include non solo un grafico relativo ai valori istantanei ma anche una misurazione dei costi ove prendiamo in considerazione l’assorbimento medio del sistema ed il tempo necessario ad eseguire una determinata operazione.

L’utilizzo della tecnologia iRay apporta benefici indubbi: a fronte di consumi solo leggermente superiori, i tempi di rendering sono ridotti moltissimo e questo porta ad ottenere un’efficienza energetica eccezionalmente migliore. Fra le 4 schede Quadro provate la migliore in questo senso risponde al nome di Quadro 600 seguita a breve distanza dalla Quadro 4000, la quale però si dimostra essere la peggiore nel caso di rendering con il motore di Mental Ray. La soluzione consumer GeForce GTX 570 risulta essere la meno efficiente del gruppo, specie se la si considera in operazioni di rendering mediante iRay. Il mondo dei professionisti è sempre più alla ricerca di soluzioni che possano in qualche modo accelerare il proprio lavoro quotidiano. Con l’avvento delle architetture General Purpose GPU il quadro della situazione è migliorato notevolmente seppure le schede grafiche professionali hanno da sempre offerto un contributo importante ai lavori di rendering e di elaborazione delle immagini.

Grazie agli ultimi ritrovati hardware ed agli strumenti software sempre più potenti, oggi si cerca di spostare verso il mondo virtuale anche lavori che in precedenza si effettuavano nel “mondo reale”. Tanto per citare esempi pratici, nella realizzazione di cataloghi di prodotto si preferisce oggi rivolgersi verso il rendering 3D fotorealistico invece che allestire gli ambienti in grossi capannoni ed affidarsi alle mani di un fotografo. Lo stesso accade anche con la creazione di video o film, sia amatoriali che professionali.

Le schede grafiche NVIDIA della serie Quadro nascono proprio per svolgere questi compiti e cercano di fornire un adeguato supporto ad un ampio ventaglio di professionisti. I costi spaziano da poche centinaia di euro fino ad arrivare a migliaia di euro: i modelli da noi recensiti vanno dai 100 euro o poco più del modello Quadro 400 agli 800 euro circa del modello Quadro 4000.

Si tratta di costi giustificati? Se si dovesse guardare alle sole prestazioni, la risposta sarebbe “dipende”. Una scheda grafica consumer come la GeForce GTX 570 che costa poco meno di 300 euro non sempre fa una bella figura in mezzo al bouqet di prodotti professionali messi sul nostro banco di prova. Ci sono casi in cui non otteniamo miglioramenti dalle schede professionali ma nella maggior parte dei test le performance delle schede Quadro si sono dimostrate ben superiori grazie anche alle varie ottimizzazioni introdotte a livello drivers e software: questo lo abbiamo rilevato sia con i benchmark inclusi nella suite SPECView Perf che con benchmark effettuati sul campo, come quelli con 3DStudio Max 2012.

Ma come detto più volte nel corso dell’articolo, non di sole prestazioni vive il professionista . Quando si ha a che fare con strumenti di lavoro, il supporto e l’affidabilità sono parametri importanti almeno quanto le prestazioni. Perdere una giornata di tempo perché un sistema si è bruciato significa non guadagnare soldi e questa non è una situazione accettabile per nessun professionista. Pensate se i tempi di intervento e sostituzione di un componente hardware si allungassero ulteriormente.

Quando la scelta cade sulle schede della famiglia Quadro, occorre considerare quanto segue:

Quadro 400 : si tratta di una scelta adeguata solo per situazioni di base ove il quantitativo di memoria non sia una limitazione. Questa scheda non può essere usata per accelerare il rendering con Premiere Pro, ad esempio, così come non può essere presa in considerazione in tutti i casi di rendering con 3DStudio Max (è facile uscire al di fuori dalla memoria video anche con lavori non troppo complessi). Le prestazioni, nei casi in cui siano presenti ottimizzazioni specifiche, risultano essere comunque interessanti. Il prezzo è molto basso ma va considerato proprio nell’ottica delle limitazioni suddette.

Quadro 600 : se proprio si è decisi a voler spendere poco, allora sarebbe corretto mettere in conto qualche euro in più rispetto al modello Quadro 400 per acquistare una Quadro 600. Il vantaggio principale è sicuramente nella maggiore dotazione di memoria video grazie alla quale cadono molte limitazioni: per esempio, l’utilizzo del Mercury Playback Engine per accelerare il rendering con Premiere Pro è bloccato solo artificialmente (può essere facilmente attivata agendo su un banale file di testo). Al contempo questa scheda offre supporto per le tecnologie di ultima generazione (DX11 ed OpenGL 4.,1) e garantisce almeno un 15% di performance in più che si traducono, ovviamente, in tempi inferiori e quindi in una maggiore efficienza energetica (i consumi sono solo leggermente superiori, mentre la riduzione sui tempi è più significativa).

Quadro 2000 : lo step successivo alla Quadro 600 implica un esborso più che doppio giustificato da prestazioni maggiori e da qualche feature in più come la disponibilità di tre connessioni di uscita digitale. L’efficienza energetica risulta essere inferiore in quanto è vero che diminuiscono i tempi ma i consumi salgono ben di più. Probabilmente non è la scelta ideale ma occorre anche considerare che le altre Quadro sono ben lontane (sia in alto che in basso) dalla sua fascia di prezzo.

Quadro 4000 : si tratta del modello più potente analizzato in questo articolo ed il costo di 800 euro circa è giustificato non solo da prestazioni superiori ma anche da una dotazione di memoria di 2GB e da diverse feature accessorie come il supporto per il 3D Stereo Pro (con sincronizzazione tramite connettore mini DIN). Questa scheda si pone come soluzione molto interessante in termini di efficienza energetica, certamente superiore a quella mostrata dal modello Quadro 2000 e vicina a quella della Quadro 600.

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17 06 2011
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