Đặc điểm khác biệt giữa card Nvidia Quadro với các dòng khác, Có nên chọn Nvidia Quadro khi chơi game và dùng đồ họa?

[Mỗi khi nhắc đến card đồ họa của Nvidia thì luôn có một câu hỏi được đặt ra là: “Đâu là điểm khác biệt lớn nhất giữa dòng card Nvidia Geforce và Nvidia Quadro?” Trong bài viết này mình sẽ chỉ ra những tính năng, lợi ích của từng dòng card đồ họa cũng như cách Quadro làm việc ra sao với bộ phần mềm mà nó hướng đến là CAD (computer-aided design) và DCC (digital content creation), CGI (Computer-generated imagery).
 
Tại sao lại phải chọn WORKSTATION?
Thuật ngữ được nhiều người mô tả dòng workstation nhiều nhất là “professional”, ám chỉ workstation là dành cho những người chuyên nghiệp. Sự chuyên nghiệp ở đây biểu thị rất nhiều khía cạnh, tuy nhiên, chúng đều có chung một điểm chung đó là độ tin cậy và sự chính xác cao hơn.
Người dùng workstation có thể sử dụng cỗ máy của mình để thiết kế một bản vẽ mẫu xe hơi, tạo ra một cảnh mang tính đột phá trong bộ phim bom tấn,…
 

Những tính năng của WORKSTATION?

1. Khử răng cưa cho đường thẳng và điểm

Rất nhiều các phần mềm trong lĩnh vực cơ khí, kiến trúc – đặc biệt là bộ phần mềm CAD, được phát triển tính năng khử răng cửa cho đường thẳng và điểm ngay từ phần cứng. Khi tính năng này được bật lên, các góc cạnh của linh kiện mà anh em đang thiết kế sẽ trở nên mịn và chính xác hơn. Anh em xem hình ảnh ở dưới để thấy rõ sự khác biệt.
 
Hình ảnh trên thể hiện đường thẳng khi tính năng khử răng cửa được tắt và bật ở 2 phần mềm CAD phổ biến.
Chính vì Nvidia đã “nạp” vào card Quadro tính năng khử răng cưa ngay từ phần cứng nên hiệu năng của card Quadro tăng lên đáng kể so với dòng card GTX – áp dụng tính năng khử răng cưa thông qua qua phần mềm nên chậm hơn.
 

2. Thuật toán LOGIC OpenGL

Một trong những điểm khác biệt về dòng card Quadro so với GTX đó là nó hỗ trợ thuật toán LOGIC OpenGL. Các thuật toán logic này nằm ngay cuối cùng của cả giai đoạn xử lý, trước khi ghi vào bộ nhớ đệm Frame buffer, rồi sau đó hiển thị hình ảnh ra màn hình.

Các thuật toán này giúp cho việc xác định hình ảnh 3D chính xác hơn, quyết định vật nào không bị che lấp và cho nó hiển thị; vật nào bị che khuất và không hiển thị, tạo đường đứt nét thể hiện các bị trí bị khuất; làm sáng lên các vật thể được chọn bằng con trỏ chuột v.v… Chính việc hỗ trợ từ phần cứng thuật toán logic OpenGL tạo ra ưu thế của GPU Workstation so với card chơi game trong các phần mềm sử dụng engine OpenGL.
 

3. Clip Regions

Trong quá trình làm việc, các phần mềm workstation sẽ nổi lên màn hình rất nhiều cửa sổ chương trình, nhiều hộp thoại. Hậu quả của việc này là thông tin bị lưu quá nhiều vào bộ nhớ đệm (frame buffer), gây ảnh hưởng đến hiệu năng tổng thể và chất lượng hiển thị. Còn đối với các card chơi game, khi bạn chơi một game, game đó sẽ chiếm toàn bộ vùng hiển thị màn hình ở chế độ full screen, nên hệ thống sẽ không cần phải xử lý các cửa sổ chồng chéo lên nhau.
Card Quadro sẽ sử dụng Clip Regions để cân đối việc truyền dữ liệu giữa các cửa sổ trên màn hình và bộ nhớ đệm frame buffer.
Nếu cửa số chương trình nào không bị che bởi cửa sổ khác thì toàn bộ thông tin vùng hiển thị của nó từ bộ nhớ màu Color Buffer sẽ được gửi luôn tới bộ nhớ đệm khung hình Frame Buffer, chỉ cần một bước, một vùng vuông là xong. Còn nếu nó bị che bởi các cửa sổ khác, việc truyền dữ liệu từ color buffer tới frame buffer sẽ bị chia nhỏ ra thành các vùng vuông nhỏ hơn. Các vùng vuông nhỏ hơn này chính là “Clip Regions”. 

Card chơi game chỉ cần quản lý một phần mềm đó là game đang chơi, vậy nên nó chỉ hỗ trợ một clip region. Trong khi card Workstation có thể lên đến 8 clip regions. Anh em đã dần thấy sự khác biệt chưa. 
Điều quan trọng ở đây là để mang lại hiệu năng đồ họa mạnh nhất, việc truyền dữ liệu sử dụng clip regions được hỗ trợ ngay từ phần cứng. Tất nhiên, nếu có nhiều cửa sổ chồng chéo lên nhau quá thì phần cứng sẽ không xử lý hết được, khi đó phần mềm mặc định sẽ được lôi ra. Nhưng việc động đến phần mềm sẽ làm tốc độ truyền dữ liệu giữa color buffer và frame buffer bị ảnh hưởng, làm giảm hiệu năng đồ họa tổng thể.
 

4. Hardware-Accelerated Clip Planes

Lại thêm một tính năng được hỗ trợ ngay từ phần cứng trên dòng card Quadro nữa. 
Trong nhiều trường hợp, việc nắm bắt được mối quan hệ giữa những kết cấu trong bối cảnh 3D phức tạp sẽ trở nên dễ dàng bằng cách sử dụng Clip planes.
Tính năng clip plane được sử dụng rất nhiều trong các chương trình CAD, nó cho phép người dùng định nghĩa một mặt cắt để cắt vật thể ra và nhìn vào bên trong cơ cấu của nó. Việc hỗ trợ từ phần cứng giúp tăng tốc đáng kể đối với card workstation trong các tính năng cụ thể này.
 

5. Card Quadro giúp tối ưu việc quản lý RAM

Card Workstation cho phép phân chia và chia sẻ bộ nhớ giữa cửa sổ đang làm việc với các ứng dụng khác một cách hiệu quả hơn. Trong khi card định hướng cho các game thường chỉ phải quản lý một phần mềm duy nhất, đó chính là game đang chơi ở chế độ full màn hình nên không cần phải tối ưu tính năng chia sẻ tài nguyên bộ nhớ.
Cấu trúc của Geforce sử dụng một loại bộ nhớ chia sẻ chung có tốc độ cao chuyên dụng gọi là Unified Memory Architecture (UMA). Cơ chế quản lý bộ nhớ UMA giúp sử dụng bộ nhớ hiệu quả hơn (khi một bộ đệm không sử dụng hết bộ nhớ, thì rõ ràng phần bộ nhớ còn thừa sẽ dùng cho bộ đệm khác chứ không để lãng phí và không dùng đến). Điều này giúp tránh hiện tượng sụt giảm nghiêm trọng hiệu năng sử dụng cũng như bị out chương trình do quá tải bộ nhớ đồ họa (có thể xảy đến với card consumer).
 

6. Two-Sided Lighting (Chiếu sáng 2 chiều)

Vật thể trong môi trường máy tính sẽ được đặc tả bởi một loạt các tam giác hoặc đa giác trên bề mặt và các vector pháp tuyến của các tam giác đó. Sau đó sẽ gán vào một hệ tọa độ ba chiều và chiếu lên một mặt phẳng hiển thị 2D đưa ra màn hình.
 
Các thành phần của ánh sáng
Màu sắc của một điểm hiển thị trên màn hình sẽ bị ảnh hưởng bởi các phép tính toán ánh sáng mô phỏng từ môi trường thực. Các phép toán về ánh sáng sử dụng 3 thành phần để mô phỏng vật thể trông như thế nào trong môi trường thực tế:

Ambient: có thể tạm hiểu là đặc tả hình dạng bao của vật thể, nó không bị ảnh hưởng bởi góc nhìn hay phương vị của nguồn sáng.
Diffuse: diễn tả các vùng trên vật thể sẽ được chiếu sáng hoặc không bị chiếu sáng tùy theo góc độ và khoảng cách đến nguồn sáng mà không phụ thuộc vào góc độ của người quan sát.
Specular: mô tả các vùng trên vật thể bị chiếu sáng nhưng bị ảnh hưởng cả bởi yếu tố phương vị so với nguồn sáng và phương vị so với người quan sát (hiểu nôm nà đây chính là các vệt phản chiếu, tùy vào tính chất bề mặt vật thể nó sẽ rõ hoặc mờ, rộng hoặc hẹp).
Ba yếu tố cơ bản trên kết hợp lại tạo ra hình ảnh của vật thể tương tự như trong môi trường thật.
Để tối đa hóa độ trung thực, sự phân phối giữa ba yếu tố trên sẽ được điều chỉnh. Chế độ mặc định của OpenGL phân phối 20 phần trăm cho Ambient, 100 phần trăm cho cả Diffuse và Specular. Do đó Diffuse và Specular luôn chiếm phần nhiều hơn so với Ambient. Tuy nhiên thật không may là tỉ lệ này và giả định trong các phép tính chiếu sáng có thể gây ra vài vấn đề về mặt hiển thị.
 
Các vấn đề hiển thị
Khi vật thể được xoay trong môi trường 3 chiều, các vector pháp tuyến của tam giác hoặc bề mặt đôi khi quay ngược lại so với chiều ánh sán, Phép tính chiếu sáng sử dụng tích vô hướng của vector ánh sáng và vector pháp tuyến bề mặt để tính ra thành phần Diffuse và Specular. Trong tình huống này, kết quả của hai yếu tố Diffuse và Specular sẽ bằng 0. Trong thế giới thực, điều này tương tự như dùng tờ báo che mặt trời. Khi bạn làm vậy, bạn không thể đọc được tờ báo.
Vì Diffuse và Specular thường lớn hơn thành phần Ambient cho nên khi chúng bằng 0, các bề mặt và tam giác trở nên mờ đi, hoặc là thậm chí không hiển thị ra nữa. Điều này làm cho khi bạn xoay một vật thể trong môi trường 3D, nó làm cho các phần của vật thể có thể hiển thị, không hiển thị hoặc rất đục khi xem ở các góc nhìn khác nhau. Rõ ràng điều này không diễn tả chính xác những gì diễn ra ở thế giới thực: thế giới thực ngược chiều ánh sáng thì chúng ta mới chỉ khó nhìn, còn trong môi trường máy tính là nó cho mờ tịt luôn.
 
Giải pháp cho vấn đề trên:
Sử dụng hai nguồn sáng (Two-Sided Lighting). Khi chức năng hai nguồn sáng được kích hoạt, phép tính chiếu sáng sẽ dùng độ lớn của tích vô hướng thay vì sử dụng tích vô hướng của vector pháp tuyến và vector ánh sáng để tính thành phần Specular và Diffuse. Cách tiếp cận này giúp tránh hiện tượng Specular và Diffuse bị rớt về 0 những lúc mà vector pháp tuyến bề mặt ngược chiều ánh sáng.
Kết quả là các mặt sau của bề mặt và tam giác vẫn có thể hiển thị thông qua mọi góc nhìn. Trong nhiều trường hợp, giống như trong các ứng dụng CAD, đối tượng được tạo ra dưới dạng Solids. Điều này có nghĩa là bề mặt sau của các đa giác ít khi được thấy hơn bởi vì nó nằm bên trong vật thể.
Tuy nhiên trong nhiều trường hợp, thử tưởng tượng, vật thể không được tạo ra như một khối solid và bề mặt sau có thể thấy được, thì tính năng two-side lighting được dùng để chống hiện tượng bề mặt không hiểu thị tại những góc nhìn nhất định (hiện tượng này bạn rất hay thấy khi chơi game với các card chơi game thông thường, khi bạn đưa camera vào bên trong một bề mặt, tại những chỗ nhất định trông như nó bị thủng ra do các đa giác tại đó không hiển thị).
 
Hình ảnh trên sử dụng Clipping Plane để cắt vật thể ra, cho chúng ta nhìn thấy các chi tiết bên trong. Phần bên trong của vật thể chỉ được chiếu sáng bằng ánh sáng Ambient, vậy nên khu vực này màu cực kỳ tối.
Hình ảnh bên trái là khi bật tính tính năng two-sided lighting; rõ ràng phần bề mặt phía sau đa giác thể hiện thêm được cả ánh sáng diffuse và specular nữa. (Anh em chú ý phần bên trong của ấm trà được sơn màu đỏ để phân biệt với phần bên ngoài rõ hơn)
Điểm bất lợi của two-sided lighting là nó ép GPU phải tính toán nhiều hơn, ảnh hướng đến hiệu năng GPU. 
 

7. Tính năng xử lý sự chồng lấp các mặt phẳng đồ họa (Overlay Plane Support)

Giao diện người dùng của đa phần các phần mềm đồ họa chuyên nghiệp đều yêu cầu các yếu tố có thể vẽ liên tục bên trên các mô hình 3D hoặc khung cảnh.
 
Vấn đề về con trỏ.
Ví dụ rõ ràng nhất là con trỏ, nó phải được vẽ ra ở lớp bên trên các vật thể 3D và cửa sổ chương trình. Con trỏ có phần cứng riêng cho phép nó di chuyển và tương tác với vật thể 3D và hoạt động độc lập với các thành phần khác trên màn hình.
Tuy nhiên đổi lại là kích thước của con trỏ bị giới hạn ở mức 32×32 pixel. Nếu kích cỡ lớn hơn nó sẽ gây sụt giảm hiệu năng.
 
Vấn đề về các trình cửa sổ hiện lên
Các menu trình đơn xổ ra ngay bên trên cửa sổ OpenGL nó có thể làm cho các nội dung mà nó che đi bị hỏng. Vì cửa sổ OpenGL chứa rất nhiều dữ liệu trên mỗi pixel – ngoài màu sắc ra còn có độ sâu màu, alpha và thông tin stencil.  Từ đó các cửa sổ hiện lên sẽ ảnh hưởng đến hiệu năng thấy rõ, bởi nội dung các trình đơn xổ ra này bị ghi đè lên một cách tạm thời vào vùng mà nó che đi (bạn thấy rõ điều này khi ngày trước đang chơi game 3D full màn hình với card consumer mà có ai đó buzz yahoo, cửa sổ chat của yahoo bung ra làm cho nội dung game dưới cửa sổ đó bị mất đi, chỉ còn lại vệt đen, hiệu năng game lúc đó cũng bị suy giảm nghiêm trọng, nhiều hàng game thậm chí tháo cả nút window trên bàn phím để tránh bấm nhầm vào khi đang chơi game).
Các thành phần giao diện cần phải tăng tốc độ tương tác khi nó vẽ bên trên các đối tượng 3D. Tuy nhiên các thành phần của giao diện người dùng thường không tận dụng phần cứng riêng của con trỏ (do kích cỡ lớn hơn), nên việc vẽ thêm các yếu tố khác vào cửa sổ mô hình 3D chính sẽ làm cho cấu trúc của chương trình trở nên phức tạp làm cho hiệu năng chung bị tụt giảm.
 
Giải pháp cho vấn đề chồng lấp giữa các thành phần giao diện người dùng với nội dung đồ họa 3D
Có nhiều cách để giải quyết vấn đề này, như sử dụng các thuật toán logic XOR của OpenGL, hầu hết các ứng dụng chuyên nghiệp dùng overlay planes. Tính năng này cho phép các đối tượng được vẽ bên trên màn hình đồ họa chính mà không làm tổn hại các nội dung bị che lấp bên dưới. Tuy rằng số Bit màu để vẽ thường bị giới hạn hơn màn hình đồ họa chính, nhưng dù có vậy thì lợi thế về hiệu năng vượt xa sự giới hạn về số bit mầu bị giới hạn.
Cách thức hoạt động tiêu biểu của overlay đó là hỗ trợ cả bit trong suốt, khi được thiết lập nó cho phép các nội dung bên dưới có thể được nhìn xuyên qua vật che lấp. Tạo ra các menu popup trên mặt phẳng đồ họa overlay sẽ đảm bảo hiệu năng và tránh gây tổn hại nội dung 3D bên dưới. Như thế, việc  xóa một cửa sổ chồng lấp chẳng qua là chuyển nó thành các bit trong suốt và cho phép nhìn thấy vùng đồ họa bên dưới mà không phải vẽ lại vùng đồ họa bên dưới bị che lấp. Xóa và vẽ lại chỉ các cửa sổ chồng lấp rõ ràng nhanh hơn vẽ lại cả màn hình hiển thị. Đó là cách mà các đối tượng giao diện người dùng hiển thị bên trên các khung cảnh 3D.
Một ví dụ là các đường brush outline trong ứng dụng Maya. Hình bên dưới anh em có thể thấy brush outline màu đỏ được vẽ trên overly planes.

Card workstation hỗ trợ overlay trong khi card chơi game không suport overlay
 

8. Hỗ trợ Quad-Buffered Stereo

Card quadro hỗ trợ quad-bufered stereo, trong khi các card chơi game không hỗ trợ.
Một số phần mềm hỗ trợ tạo ảnh nổi để người xem quan sát thông qua loại kính đặc biệt (màn trập). Việc tạo ảnh nổi này đòi hỏi phải tạo ra hình ảnh của vật thể từ hai góc nhìn khác nhau. Một trong những cách hay được sử dụng để tạo ảnh nổi là thông qua tính năng quad-buffered stereo GpenGL. Nó tạo bộ đệm cho các góc phía trước-bên trái, phía trước-bên phải, phía sau-bên trái, phía sau-bên phải. Khi phần mềm tạo hình ảnh nổi, nó kiểm tra xem thiết bị phần cứng có hỗ trợ quad-buffered stereo hay không đồng thời chọn bộ đệm thích hợp. Việc support từ phần cứng  giúp tăng tốc đáng kể quá trình xử lý và giữ tỉ lệ làm tươi khung hình ở mức cao nhất, nếu tỉ lệ làm tươi khung hình bị suy giảm xuống dưới mức  thời gian lưu ảnh trên võng mạc mắt người cho phép thì sẽ mất hiệu ứng độ sâu ba chiều.
 

9. Tối ưu hóa với bộ xử lý Intel

Quadro tối ưu hóa để hỗ trợ tập lệnh SSE2 và kiến trúc Netburst của vi xử lý Intel
Các bộ xử lý intel đời mới hỗ trợ tập lệnh SSE2 giúp các nhà phát triển ứng dụng tăng tính mềm dẻo và tăng khả năng để cải thiện hiệu năng của phần mềm. Đặc biệt điều này rất hữu dụng cho các ứng dụng đồ họa 3D cần truy xuất song song và liên tục bộ nhớ. Điều này cũng đúng cho các phần mềm chuyên nghiệp.
 
Vi kiến trúc Netburst của intel giúp các tiến trình thực thi ở tần số cao và tăng khả năng cải thiện hiệu năng cho tần số cao hơn trong tương lai.
Driver của NVIDA tối ưu hóa để CPU tham gia thực thi một phần nhỏ trong quá trình truyền dữ liệu cho danh sách hiển thị và xắp xếp các đỉnh. Vậy nên, bất kì cải thiện nào trong cấu trúc CPU cũng có một chút ảnh hưởng đến hiệu năng chung. Mặc dù CPU mạnh có thể hỗ trợ cả GPU chơi game và GPU quadro, ứng dụng chuyên nghiệp sử dụng chế độ đồ họa trực tiếp và cải thiện hiệu năng làm việc của người dùng chuyên nghiệp.
 

10. Kiến trúc driver thống nhất (Unified Driver Architecture – UDA)

Kiến trúc driver thống nhất cho phép một driver của NVIDA sử dụng được với một dải rộng các thiết bị phần cứng của NVIDIA. Điều này nghe có vẻ khó chấp nhận, vì như thế nó có nghĩa là card quadro và card chơi game của NVIDIA không có gì khác nhau cả. Tuy nhiên điều này không đúng.
 

Giao diện làm việc giữa driver và thiết bị phần cứng của NVIDIA chia làm hai lớp
lớp các hàm API: Unified Driver Software API
lớp trích xuất của phần cứng: Hardware abstraction layer (HAL)
(theo cách hiểu của người dịch là phần mềm trình điều khiển không làm việc trực tiếp với phần cứng mà nó phải qua một thông dịch viên chính là lớp HAL)
Cách tiếp cận này tạo ra lợi thế:
– Driver có thể giả định một giao diện làm việc đồng nhất với tất cả các loại phần cứng GPU.
– UDA cho phép khả năng mở rộng các tính năng mới. chẳng hạn support GPU đa nhân.
Cấu trúc UDA có lợi thế chiến lược là có thể dùng một ảnh cài đặt hệ thống duy nhất cho một loạt toàn bộ dải sản phẩm GPU của NVIDIA (Nôm na là dùng một driver cho các loại card VGA khác nhau). Điều này rất hữu dụng trong các studio kỹ thuật số và văn phòng thiết kế, nó giúp tiêu giảm thời gian quản lý và việc thay thế, nâng cấp không nhất thiết phải tiến hành đồng thời.
 

11. Hỗ trợ và tối ưu hóa cho phần mềm.

Card quadro được thiết kế và kiểm tra hàng ngàn giờ làm việc với các phần mềm đồ họa chuyên nghiệp để tối ưu hóa, ngoài ra còn cung cấp thêm các công cụ phụ trợ hữu ích cho công việc chuyên nghiệp.
Các ứng dụng phụ trợ như POWER draft, MAXtreme, NVIDIA QuadroView có thể download miễn phí tại website của NVIDIA.
Danh sách các phần mềm được nghiên cứu để tối ưu hóa cũng như test làm việc cùng quadro.

TỔNG KẾT
Các mẫu máy Workstation cũng như card đồ họa Quadro được Nvidia hỗ trợ những tính năng đặc biệt cho các ứng dụng cụ thể trong môi trường làm đồ họa chuyên nghiệp.
Mặc dù những lợi ích của các tính năng hỗ trợ từ phần cứng – khử răng cưa, thuật toán logic, clip regions, clip planes, ánh sáng 2 chiều và overlays – sẽ khó có thể nhận ra trong quá trình làm việc, bài viết này đã chỉ ra cách chúng hỗ trợ như thế nào trong các tình huống rất cụ thể. Ngoài ra, người dùng Workstation cũng được hưởng từ phần mềm tối ưu cho các ứng dụng đồ họa – POWERraft, MAXtreme, và QuadroView. 
Việc cải thiện hiệu năng của card quadro nhằm vào tối ưu sử dụng tài nguyên phần cứng đắt đỏ, sử dụng tài nguyên thông minh hơn. GTX hoàn toàn có thể chạy được các phần mềm kể trên, bởi Geforce vốn được thiết kế không thiên về bên nào, cứ nhanh là được, thế nên phần mềm nào cũng chạy được tuốt. Nhưng nếu các bạn đã muốn nghiêm túc trong công việc thì sự lựa chọn sẽ là Quadro. Đối với rất nhiều phần mềm kể trên thì card GTX không được hỗ trợ tối đa, không thể tận dụng được hết các tính năng của phần mềm đó. Bởi Quadro được Nvidia phát triển và tối ưu driver riêng, và ngược lại ngay từ khi các nhà sản xuất phần các bộ phần mềm như CAD, CGI, DCC đã tối ưu sẵn cho card Quadro rồi. Thế nên sự ổn định, độ chính xác khi làm việc của Quadro là hơn hẳn so với GTX.



nguồn: thinkview]]>