Ultimativní CUDA computing, speciální stanice pro CINEMU 4D a IRay - Grafika.cz - vše o počítačové grafice

21. listopadu 2013, 20.55 | Byli jste na C4D days? Pak si možná uvědomujete, že hned za prostorem pro registraci byla umístěna letošní výjimečná technika. Výjimečná v každém směru. Vynikající stanice od HP, skvělé panely NEC, ale také trochu infiltrované profigrafiky FirePro a speciální stanice vytvořená pro SPŠ Na Třebešíně v Praze 10 s i7 4930K a 2×NVidia GeForce Titan.

Stanice určená pro vizualizaci konstrukčních prvků víceméně v reálném čase. Než jsem ji odevzdal, připravil jsem pro vás důkladné preview. Pojďme se na ni podívat. Stojí za to.

Jak se to tak stane?

Některé věci nelze kupovat jako housky, ale po důkladné a odborné přípravě. SPŠ na Třebešíně měla poptávku po výkonné stanici, která by byla vhodná pro unbias GPU renderer a ten aby byl příjemný na používání. Příjemný pro všechny, zejména pro studenty, protože ti jak známo mají jiné starosti než důkladně studovat a tak není času (na studium) nazbyt.

SPŠ Na Třebešíně již tradičně používá CINEMU 4D, tedy podstatné mimo jiné bylo, aby dané řešení bylo založené právě na této softwarové platformě. Do přípravy a výsledné realizace tak vstoupila poměrně horečná komunikace mezi společností Digital Media (finálním dodavatelem celého řešení), školou, mou osobou jako technologem návrhu a společností Asbis, která nakonec hardware připravila. Tohle by opravdu nešlo řešit centrálně :-).

Proč?

Proč? Protože se jedná o průmyslovou školu a studie strojního zařízení patří k průmyslové škole. V zásadě jsou k dispozici dvě možnosti. Renderovat vše ve standardních enginech, kdy jsou kladené vyšší nároky na znalosti uživatelů, nebo se obrátit jiným směrem a navrhnout takové řešení, které poskytně výborné výsledky při nižší „zátěži“ uživatele. Tedy v zásadě jsme plnili klasickou úlohu 3D grafiky, tedy eliminovali jsme „human hours“ a převedli je na „computing hours“ s tím, že i „computing hours“ jsme zvoleným hardware i software eliminovali... Tedy vzniklo takřka kouzelné řešení s jedním šrámem. A tímto šrámem je cena hardware části tohoto řešení.

Hardware

Stanici nám nakonec dodala společnost Asbis, jeden z klíčových páteřních dodavatelů hardware u nás a také ji vyloženě podle stanovené ceny postavila. A, zatím se z praxe testů provozu a exhibice v rámci C4D days zdá, postavila ji velmi dobře. V rámci ceny bylo nutné se spokojit jen s jedním kompromisem (case), kdy jsme byli odhodlaní co nejvíce dodržet vysoký výkon a technologickou úroveň a case byla asi první v pořadí, kde jsme mohli ustupovat. Pravdou ale je, že jsem doporučoval poněkud jinou koncepci sestavy s tím, že uspořené prostředky bych věnoval právě do oblasti case a případného „self service“, který by tak byl podstatně příjemnější...

Specifikace stanice Asbis Prestigio

CPU: i7 4930K 3,4GHz
MB: ASUS X79-DELUXE soc.2011 X79 DDR3 ATX 4×PCIe RAID 2×GL eSATA USB3.0 BT

Grafické karty: 2×GW GF TITAN 6144 MB GDDR5 876/6008 MHz HDMI+DualDVI

SSD: Kingston 240GB SSDNow KC300 SSD SATA 3 2.5

HDD: Seagate Desktop SSHD 1TB hybridní/7200rp m/SATA-6G/8GB/64MB

RAM: 2× KINGSTON 16GB 1600MHz DDR3

Case: COOLERMASTER K280, ATX, miditower, black, USB 3.0

Zdroj: COOLERMASTER Vanquard Gold series 1000W

DVD: ASUS DVD-RW DRW-24F1ST/BLK/B/AS 24

Komentář k vybranému hardware by mohl být asi následující: Z pohledu procesoru jsme volili pokud možno vysoký výkon jak v multithreadingu, tak ve výkonu na jedno jádro a to z těchto důvodů. Stanice bude sice použita primárně pro výpočet, přesto ale na ní bude uživatel i scénu kompletovat a nastavovat. Proto vysoký výkon na jedno jádro. A Iray je systém hybridní, tedy využívá se i výkon CPU. Proto je i tento výkon podstatný.

Potenciál RAM jsme volili na 16 GB Ram jako pracovní minimum, 32 jako optimum. Nepředpokládám vysokou paměťovou zátěž, ale co není, může být. Přesto byly paměti (z 32 na 16) druhým adeptem na případnou redukci v rámci stanoveného finančního stropu. Nakonec jsme ale mohli 32 GB ponechat.

Vybavení grafických karet jsem navrhoval následovně. Buďto 2×Nvidia GeForce Titan a nebo 3×NVidia 780. Toto řešení (tedy druhé) mi přišlo jako elegantnější a to z mnoha důvodů:

a) Dosáhli bychom nižší ceny, v době pořízení sestavy byla cena 3×780 cca 1600 USD celkem, zatímco 2× Titan cca 2000 USD.

b) Řešení by bylo výkonnější; 780 je proti Titanu slabší o jeden blok (2304 proti 2688), ale přeci jenom by byly osazeny karty tři, a ne dvě. Při anticipaci cca 80% škálování na kartu bychom mohli předpokládat v případě dvou titanů výkon okolo 4840 CUDA cores „jedné imaginární výpočetní jednotky“, v případě tří karet pak 5990 (pokud bychom anticipovali u obou pomocných karet ztrátu 20 %), v případě, že by byla ztráta třetí karty 0,8^2, pak je hypotetický výsledek počtu cuda cores 5622. Tedy stále více, než v případě dvou titanů.

c) Výhodou tří karet by byla příprava scény. Jedna karta by byla použita jako zobrazovací zařízení, dvě pro rendering náhledu. Výsledkem je živější odezva IRay preview.

d) Naopak nevýhodou je vyšší energetická náročnost řešení se třemi kartami

e) a výhodou titanů je vyšší potenciál RAM, což by se mohlo uplatnit. Upřímně to neočekávám, ale je to možné a z tohoto pohledu je možná klíčová ona „jistota“ rezervy.

Bod „e“ se nakonec ukázal jako klíčový. Klient poměrně korektně volil tento bod jako kritický, a proto jsme nakonec podle přání SPŠ Na Třebešíně volili titany.

Požadavek na zdroj stanice byl následující: při předpokládaném vyšším zatížení při výpočtech na GPU mít zdroj s vysokou účinností a vyšším výkonnostním potenciálem (a samozřejmě modulární). Ideálně tedy zdroj s certifikací GOLD, jak se také stalo (viz výše).

Slabší místo v sestavě má asi jen case, jak jsem se již zmínil. Požadoval jsem case s dobrou ventilací (referenční chladiče Titanů nejsou jak známo úplně ideální) a zároveň case s dobrou obsluhou. Když již je case děravá a díky proudění vzduchu se do ní práší, je nutné a by byla dobře udržovatelná. Coolermaster K280 není za dané peníze špatná case, ale je poměrně menší. Další kartu do toho nedáte (mimo dvou dvouslotových), protože se tam jednoduše nevejde. A ona by se hodila, jen slaboučká, pro editor...

Druhou případnou slabší stránkou jsou tloušťky plechů, šroubení a podobně. Naproti tomu je case opravdu hodně děravá a tak slouží zadání, navíc jsou některé průduchy doplněné externí drobnou mřížkou, kterou lze čistit samostatně. To je pozitivní (spodní perforace). Stejně tak lze odebírat jednotlivé čelní záslepky a ty také čistit samostatně. Slušné je vybavení pro uložení disků a podobně. Tedy kompromis, ale plně funkční.

Poslední poznámka k hlučnosti. Asbisu se díky chladičům které jinak patří spíše do serverové oblasti (SuperMicro) podařilo postavit stanici velmi tichou. Opravdu překvapivě tichou...

Jaký je výkon stanice? Hovořit budeme primárně o CPU, GPU si poměříme prakticky přímo v Iray.

Ve starém CINEBENCH R 11,5 je celkový vícejádrový výkon CPU 10,85, v novém CINEBENCH R15 964. krásné...

A co vláček a IRay? Jen pro připomenutí: Článek popisující NVidia Quadro K5000 určené primárně pro editor, tedy nikoli pro výpočet a rychlost výpočtu naší ukázky pro komparaci.

Dnes představovaná stanice dá výsledky poněkud v jiném čase. Render scény včetně Titanů trval při stejné kvalitě a stejné hodnotě subframů per pixel 30 vteřin! Při využití jen i7 4930 2 minuty a 47 vteřin. Tak jako tak je ve srovnání s uvedeným článkem patrné obrovská rychlost a výkonnostní síla, kterou systém nabízí.

Navíc má IRay pro CINEMU 4D tu výhodou, že umí být distribuován po síti – využivá Team Render. Tedy rychlost výpočtů se tak může ještě násobit...

Pojďme na videa, představení stanice a její výkon

Použití IRay 1,3 na stanici, nové technologie IRay pro CINEMU 4D a praktické užití

Poděkování:

SPŠ Na Třebešíně za spolupráci a možnost otestování

Digital Media za zorganizování

Společnosti Asbis za konstrukci a kompletaci stroje (a nasazení)

Společnosti AT2 za podporu a implementaci IRay pro CINEMU 4D

O SPŠ Na Třebešíně

Střední průmyslová škola v Praze 10 na Třebešíně si letos v říjnu v plné kondici připomíná 40. výročí svého vzniku. V současnosti tak škola zajišťuje svým studentům jednak špičkové technické zázemí, které je podmínkou kvalitní přípravy na jejich povolání a zároveň je i prostorem, v němž se daří zajímavým aktivitám a projektům. Studují zde budoucí strojaři a IT specialisté, pro univerzálněji zaměřené zájemce je pak určen obor technické lyceum.

Důležitou součástí dnešní moderní výuky na Třebešíně je intenzivní práce s výpočetní technikou, zaměřená mimo jiné na osvojení dovedností ve 3D grafických systémech (CGI a CAD) a ovládání CNC výrobních strojů. Přední umístění reprezentantů průmyslovky v několika prestižních odborných soutěžích v oboru 3D designu a konstrukce v poslední době (2011–2013), dokládá správnost této orientace. Vzájemné prolnutí informačních technologií s konstrukcí a provozem strojů totiž dnes hraje klíčovou roli při vývoji výrobků a řízení průmyslových procesů. Právě v oblasti vizualizace modelů (nejen strojních) – nám pomáhá 3D modelář Maxon Cinema 4D. Jeho výuka začala v roce 2009 a dnes je již pevně etablována do tematických plánů oborů informačních technologií i technického lycea (v rámci programu CAP – Cinema 4D Academy Program). Žáci oboru strojírenství se se Cinema 4D mohou setkat také a to v případě kroužků a soutěží, které jsou pro žáky realizovány nad rámec výuky.

Více informací o třebešínské průmyslovce a jejích aktivitách (soutěže, projekty, exkurze,...) najdete na webových portálech Trebesin.cz a TechnologyTour.cz nebo také na FB.

Pavel Zoch, Ph.D.