Выбор CPU и GPU для 3D-моделирования и рендеринга

Рендеринг на процессоре CPU и видеокарте GPU, основные различия

CPU рендеринг использует процессор компьютера для обработки сцены и ее рендеринга. Это также более традиционный способ выполнения рендеринга. Однако с появлением графических процессоров (GPU ) рендеринг приобрел большую популярность.

В очень широком смысле рендеринг на GPU позволяет одновременно запускать большее количество параллельных процессов, что делает его быстрее, но ограничивает количество задач, которые он может выполнять, но он не так хорош при рендеринге больших детализированных сцен с множеством объектов. CPU рендеринг в свою очередь, не допускает параллельных процессов, но может выполнять более разнообразные задачи, таким образом, в результат рендер будет более детальный.

Что такое рендеринг?

Рендеринг — это в основном процесс создания двухмерных изображений (например , для экрана компьютера) из 3D-модели. Другими словами, рендеринг позволяет получить готовое изображение трехмерной модели в «плоском » варианте. Изображения генерируются на основе наборов данных, определяющих цвет, текстуру и материал определенного объекта на изображении.

Рендеринг осуществляется либо центральным процессором компьютера, либо графическим процессором видеокарты. Иногда в гибридной конфигурации, например, с таким программным обеспечением, как V-Ray, CPU и GPU работают вместе. Понимание этих типов рендеринга поможет оценить различия между ними.

Рендеринг на процессоре компьютера (CPU )

Сейчас CPU компьютера в основном состоит из несколько мощных ядер, что позволяет им выполнять операции с очень высокой скоростью. Кроме того, чем больше количество ядер, тем выше производительность рендеринга.

Современные процессоры имеют до 64 ядер, что обеспечивает отличную производительность для рендеринга. CPU рендеринг также выигрывает потому, что он имеет доступ к встроенной оперативной памяти (ОЗУ ). Это позволяет пользователю относительно легко визуализировать сцены с большим объемом данных. Рендер на центральном процессоре имеет высокое качеством. Например, Pixar использует рендеринг на процессорах, что обеспечивает исключительное визуальное качество его фильмов.

Хорошим примером того, где CPU рендеринг имеет преимущество, — это архитектурный дизайн. Если сцена создана со множеством сложных геометрических форм и мелких деталей, такой тип рендеринга обеспечат гораздо лучший и более точный результат.

Рендеринг на видеокартах (GPU )

Графический процессор имеет тысячи небольших ядер, работающих на относительно низкой тактовой частоте. В данном случае именно количество этих ядер позволяет графическому процессору обеспечивать достаточно высокую производительность рендеринга. Графические процессоры изначально предназначены для параллельного выполнения задач. Это дает им преимущество для выполнения специальных зада, перед центральными процессорами компьютера, поскольку рендеринг — это задача, которая обычно включает в себя множество этапов. В связи с этим, графические процессоры известны чрезвычайно быстрым временем рендеринга.

Быстрый рендеринг позволяет графическому процессору GPU обрабатывать графику в режиме реального времени, заметили, что современные видеоигры работают на графических процессорах намного плавней. Наряду с игровой индустрией графические процессоры произвели революцию в области майнинга криптовалют, анализа больших данных, искусственного интеллекта и машинного обучения.

Рендеринг на GPU постепенно становится распространенным и востребованным во многих областях и используется в качестве альтернативы традиционным системам рендеринга на CPU. Компания Autodesk Arnold представила свой движок для рендеринга на графическом процессоре , учитывая его высокий потенциал.

CPU и GPU рендеринг: различия работы на графическом и центральном процессоре

Архитектура GPU и CPU процессоров

Мощный процессор, такой как например Threadripper 3990x , имеет почти 64 ядра (тогда как средний ПК имеет от 4 до 8 ядер). Эти ядра по количеству могут быть меньше по сравнению с ядрами графического процессора, но их более высокая тактовая частота позволяет выполнять задачи намного быстрее, для рендеринга обычно лучше большее количество ядер.

Графический процессор, для сравнения, имеет тысячи ядер — 10 496 в случае Nvidia RTX 3090. Однако эти ядра работают на гораздо более низкой частоте, чем ядра центральных процессоров компьютера. Огромное количество ядер увеличивает скорость и в некоторых сценариях рендеринга позволяет графическим процессорам превзойти центральные.

Качество рендеринга на CPU и GPU

CPU имеют меньше ядер по сравнению с GPU, однако они гораздо более универсальны и предназначены для выполнения сложных наборов инструкций. Это позволяет центральным процессорам запускать практически любой алгоритм с минимальными усилиями и таким образом, обеспечивать более качественный результат.

С точки зрения качества графические процессоры просто не могут сравниться с центральными. Но обычно вы обнаружите, что рендеринг на GPU содержит больше шумов.

Но увы, если центральный процессор не имеет достаточной мощности, качество результат будет очень плохим.

Преимущества использования оперативной памяти CPU рендеринга

Рендеринг на CPU имеют доступ к оперативной памяти компьютера. Это позволяет использовать огромные объемы памяти, которые можно в любой момент нарастить. Threadripper 3990x может поддерживать 512 ГБ оперативной памяти DDR4. Центральному процессору в таком случае, отображает огромные объемы данных в сложной сцене с множеством объектов и деталей.

Графические процессоры ограничены встроенной видеопамятью (VRAM ). У новейшей Nvidia 3090 всего 24 ГБ видеопамяти, чего большинству пользователей более чем достаточно, но в сложных сценах с множеством элементов это станет узким местом.

Выполнение сложных сценариев

Процессоры по своей конструкции могут выполнять множество задач, другими словами они универсальны. Это полезно при рабочих нагрузках, когда тип сцен непостоянен или слишком большой объем для одновременной обработки.

Графические процессоры ограничены аппаратными возможностями. Они разработаны с одной целью и часто используются для многократного запуска одних и тех же задач. Кроме того, ограничения оперативной памяти в сочетании с более медленными ядрами ограничивают их способность эффективно отображать различные сценарии.

Стабильность рендеринга

Центральный процессоры встроены в систему компьютера и хорошо интегрированы, все приложения и программы спроектированы с учетом архитектуры CPU. Тем более CPU используются для рендеринга значительно дольше и соответственно большинство багов уже найдено и отлажено. Соответственно, общая стабильность рендеринга на CPU лучшие, по сравнению с GPU.

Графические процессоры GPU, более склонны к сбоям. Внезапные перепады напряжения, обновления драйверов и отсутствие совместимости с некоторыми системами могут привести к плохой и нестабильной работе графических процессоров.

Скорость рендеринга на CPU и GPU

Графические процессоры выполняют задачи параллельно, что приводит к увеличению скорости, поскольку различные элементы сцены могут обрабатываться одновременно. Графические процессоры также широко используются в областях, где требуется рендеринг в реальном времени (например , в видеоиграх).

Процессоры имеют меньше ядер и предназначены для последовательного выполнения задач. Они обычно медленнее, чем GPU процессоры. CPU также ограничен в доступности своих ресурсов. Поскольку ему приходится выполнять множество задач, CPU не может использовать все свое оборудование только для рендеринга. Это также способствует снижению скорости.

Производители оборудования для рендеринга

В сочетании друг с другом RTX 3090 могут обеспечить исключительную производительность рендеринга (Источник : Мэтт Бах Puget Systems )

По мере того, как мы приближаемся к пределам закона Мура , производительность каждого нового поколения процессоров растет значительно медленнее, нежели это было 10 лет назад. Со временем это приведет к плато производительности и неизбежному постоянному совершенствованию графических процессоров.

В последнее время мы наблюдаем значительный рост в области разработки графических процессоров, такие компании, как AMD и Nvidia жестко конкурируют в этом секторе. А поскольку модернизировать графический процессор намного проще, вы можете ожидать повышения производительности рендеринга с каждым новым поколением.

Стоимость оборудования для рендеринга на видеокартах и процессорах

Графические процессоры GPU значительно ниже по цене по сравнению с мощными центральными процессорами. Хороший графический процессор, такой как RTX 3090, может стоить около 1500 долларов, тогда как мощный процессор, такой как Threadripper 3990x , стоит уже 5000 долларов.

Графические процессоры также дают вам преимущество с точки зрения апскейлинга и масштабирования. Вы можете просто подключить еще один графический процессор к уже существующей системе и все готово. Если вы хотите увеличить масштаб и мощность с помощью CPU, помимо стоимости самого CPU вам придется инвестировать в модернизацию всего сопутствующего оборудования (материнские платы, блоки питания и т.д.).

Движки для рендеринга

Механизмы рендеринга — еще один ключевой фактор при выборе между рендерингом CPU и GPU. Многие движки для рендеринга работают исключительно на CPU или GPU. Следовательно, механизмы рендеринга также определяют, какое программное обеспечение вы можете запускать в своей машине.

Движки рендеринга, такие как Arnold, Corona и 3Delight, работают на процессорах CPU и дают несколько более качественные результаты. Между тем, средства визуализации, такие как Blender Cycles, Octane и Redshift, оптимизированы для графических процессоров GPU.

Тест производительности и выбор оборудования для рендеринга

Двумя популярными способами оценки и теста производительности оборудования для рендеринга являются Cinebench для CPU и Octanebench для GPU. Они оба являются лучшими эталонными стандартами в отрасли. Согласно тестам CG Director , многоядерный процессор с более высокой тактовой частотой — лучший выбор для вашего рабочего процесса. Процессоры AMD 3-го поколения имеют серьезное преимущество в производительности и сравнительно дешевле, чем процессоры Intel. Однако, если вам нужно лучшее из лучшего для CPU рендеринга — это Threadripper 3990x.

В тесте Octanebench карты Nvidia RTX оказались лучшими и при использовании большего количества графических процессоров вы, вероятно, получите более высокую производительность, а также увеличите объем видеопамяти.

Итак, основные различия между рендерингом CPU и GPU в зависимости от ваших потребностей:

Выбор CPU и GPU для 3D-моделирования и рендеринга

В широком понимании рендеринг на GPU дает возможность одновременного запуска большого числа параллельных операций. Это повышает скорость выполнения, но рендеринг объемных детализированных сцен с большим числом составляющих в этом случае не очень хорош.

CPU не позволяет масштабировать уровень производительности линейно в параллелизации процесса, но осуществлять может гораздо больше разнотипных задач. Такое решение позволяет получить максимально детальный результат.

Рассмотрим подробнее параметры выбора CPU и GPU для рендеринга и 3D-моделирования в рамках сегодняшней статьи.

Что такое рендеринг и 3D-моделирование

Если речь о рендеринге, то это значит, что ввиду имеется процесс 3D-моделирования. То есть его заключительный и самый сложный этап при работе с графикой. Данная процедура создает двухмерные изображения из 3D-моделей (например, для монитора ПК). Иначе говоря, рендеринг позволяет получить трехмерной изображение в плоском виде. Картинка генерируется на базе определенных данных, устанавливающих цветовые оттенки, структуру и материал конкретного объекта на изображении.

Выполняется рендеринг CPU компьютера либо GPU видеокарты. На практике встречаются и гибридные конфигурации по типу приложения V-Ray, где центральный и графический процессор работает вместе.

Выбор CPU

Мощный центральный процессор имеет решающее значение и отвечает за плавность 3D-моделирования. Но перед его выбором необходимо определиться с платформой, на которой он будет функционировать.

И AMD и INTEL предлагают модели, которые обеспечивают высокую производительность в режиме одного потока с передовыми алгоритмами boost. Они способны автоматически разгонять CPU и несут внушительное число ядер. Такое решение является достаточно эффективным и сокращает время рендеринга. В этом случае оптимальный вариант — AMD Ryzen 5950X с 16 ядрами, 32 потоками, или i9-12900 так-же с 16 ядрами, но с 24 потоками.

В одноядерной производительности INTEL занимает лидирующее место с линейкой процессоров Alder Lake. Но сочетание мощных и энергоэффективных ядер на одной матрице CPU вызывает нехватку многопоточного режима. Основной моделью считается INTEL Core-i9 12900K, который имеет максимальную частоту при турбобусте 5,2 ГГц совместно с производительными и энергоэффективными 8-мью ядрами. Также обладает поддержкой оперативной памяти DDR5, которая обеспечивает большую емкость и скорость относительно DDR4.

Выбор GPU

В этом случае преимущество однозначно у Nvidia, так как имеется обширная поддержка в рендерах. В этом случае используются приоритетные ядра CUDA и RT. Если используется программное обеспечение OpenCL, то такое решение будет самым оптимальным.

При выполнении обычной работы с предварительным просмотром видеокарта сильно не нагружается, вполне подойдут средние модели по типу RTX 2060, RTX 3060 и пр. Но для более эффективного финального этапа рендеринга следует применять мощные возможности распараллеливания, в зависти от типа эксплуатируемого графического процессора.

Отдельные элементы рендеринга осуществляются процессором, поэтому наличие мощного GPU с достаточным количеством ядер необходимо практически всегда. В свою очередь процессору требуется большое число VRAM для обработки всех требующихся активов. В этом случае отличным вариантом будет Nvidia RTX 3080, RTX 3080Ti и RTX 3090. GPU профессионального назначения по типу Nvidia Quadro и AMD Pro также неплохо справляются со своей работой в этом направлении, так как имеют оптимальную программную и драйверную поддержку для обеспечения плавных и комфортных условий.

Материнская плата

Что касается материнской платы, то она должна быть оснащена всеми необходимыми портами для хранения и подключения различных цифровых устройств. Также материнка должна иметь достаточное количество слотов PCle X16 для того числа GPU, которое будет задействовано на рабочей станции.

Отметим, что платы чипсетов INTEL Z690 и AMD X570 обеспечивают возможность установки до 2-ух видеокарт. Если требуется больше, то тогда подойдут платформы INTEL С422 и AMD TRX40.

Следует обратить внимание, что хоть материнка и поддерживает два и более графических процессоров, имеющийся блок питания может не справляться с дополнительной нагрузкой, требующихся разъемов может не хватать.

Подводя итог

При рендеринге и 3D-моделировании CPU и GPU работают на максимальном уровне в течение всего процесса. Поэтому выбирать необходимо надежные устройства, отвечающие всем техническим требованиям.

Процессором (CPU) или видеокартой (GPU): чем рендерить?

Рендеринг трехмерных сцен — это основополагающая современных визуальных эффектов (VFX), графического дизайна, промышленного дизайна и анимации. Когда вы работаете в одной из этих отраслей, самым важным инструментом в вашем арсенале является ваша рабочая станция. Центральный процессор (CPU) является сердцем вашей рабочей станции и выполняет множество задач, таких как работа в приложениях, загрузка драйверов и т. д. Графические процессоры (GPU), представляющие собой специализированные типы микропроцессоров, которые работают параллельно с CPU, в последнее время переживают значительный рост использования, поскольку начинают расти объемы вычислений необходимые для одной задачи. Эти задачи, интенсивно использующие процессор, могут включать:

• Игры
• 3D визуализация
• Визуальные эффекты
• Обработка изображения
• Обработка данных
• Рендеринг

Чтобы не усложнять эту статью или ее цель, мы будем ссылаться исключительно на сравнение возможностей CPU и GPU, используемых для обработки изображений или, в данном случае, рендеринга изображений. Надеюсь, прочитав это, вы получите лучшее и более полное представление о том, какие варианты для рендеринга могут предложить вам и вашей студии эти технологии. Поможет вам принять более обоснованное решение о том, что лучше всего подходит для ваших проектов.

CPU vs GPU — Скорость

Первый и наиболее очевидный фактор, который необходимо рассмотреть — это скорость. В то время как CPU имеет ограниченное количество процессорных ядер (в среднем около 24), которые делают его эффективным при последовательных вычислениях и выполнении процессов в порядке очереди, GPU состоят из меньших ядер в большем количестве, чем у среднего компьютерного процессора, это позволяет им выполнять несколько задач одновременно.

Современные графические процессоры уже расширили свои возможности вывода с момента их первого появления. В то время как центральные процессоры обычно могут последовательно обрабатывать отдельные конкретные задачи, графические процессоры предлагают превосходную пропускную способность памяти, вычислительную мощность и скорость до 100 раз быстрее для решения нескольких задач, требующих нескольких параллельных вычислений и больших кешей данных.

Часы рендеринга могут превратится в минуты и упростят процесс создания изображений при использовании GPU. Если скорость является основным приоритетом в вашем рабочем процессе, предпочтительным решением будет рендеринг на основе графического процессора (GPU).

Время рендеринга CPU — 18,4 минуты

Время рендеринга GPU — 6.5 минут

CPU vs GPU — Качество и точность графики

Рендеринг — это трудоемкий процесс, но с качеством нельзя торопиться. Хотя для завершения рендеринга изображения могут потребоваться часы (возможно, даже дни), традиционный рендеринг на базе процессора с большей вероятностью обеспечит более высокое качество изображения и более четкое, меньше шума.

У графического процессора (GPU) намного больше ядер, чем у CPU, но в целом каждое ядро работает медленнее, чем ядро процессора. Когда несколько процессоров CPU связаны между собой и используются например, в среде рендеринга, как на ферме. Они потенциально могут дать более изысканный конечный результат, чем рендеринг на основе графического процессора. В фильмах это обычный стандарт для создания высококачественных кадров и изображений, поскольку для рендеринга нет жестких ограничений во времени.

С другой стороны, с ростом доступной виртуальной реальности игры также становятся все более захватывающими, а при максимальных настройках приходит высококачественный рендеринг изображений и обработка в реальном времени, которые могут проверить вашу рабочую станцию на прочность. Проще говоря, современные игры и VFX теперь могут быть слишком нагружающими базовый CPU.

Если вы готовы не торопиться и не ограничены сроками для получения максимально лучшего изображения, тогда рендеринг на базе CPU может быть тем, что вы ищете.

CPU vs GPU — Стоимость

По мере того, как оборудование становится более эффективным, его цена также становится важным фактором.

В дополнение к скорости, мощность одного графического процессора может быть эквивалентна как минимум пятидесяти процессорам. Это означает, что мощность одной рабочей станции может выполнять задачи нескольких рабочих станций на базе CPU вместе взятых, что дает 3d визуализаторам и студиям свободу создавать, проектировать и разрабатывать изображения с высоким разрешением. Кроме того, GPU предлагают значительное снижение затрат на оборудование и устраняют необходимость в нескольких ПК или серверах для выполнения работы профессионального качества. Теперь можно выполнять все за минуты, имея одну небольшую станцию с видеокартами.

Без необходимости в дорогостоящих фермах рендеринга CPU, 3d художники могут позволить себе и полагаться на свои собственные компактные рабочие станции с графическими процессорами и получить работу студийного качества за невысокую цену.

CPU vs GPU — Визуализация в реальном времени

При определенных рабочих процессах, в частности, VFX, графическом дизайне и анимации, требуется много времени для настройки сцены и управления освещением, что обычно происходит в окне (вьюпорте) просмотра программного обеспечения. GPU может управлять производительностью вьюпорта в программном обеспечении вашей студии, позволяя в реальном времени просматривать и манипулировать вашими 3d моделями, источниками света и проекциями в трех измерениях. Некоторое программное обеспечение для рендеринга, предназначенное только для графического процессора, может даже позволить вам полностью работать в окне просмотра с включенным Real Time рендерингом, увеличивая результат и минимизируя возможные ошибки, которые могут возникнуть при рендеринге в другой программе.

Совершенно очевидно, что преимущества работы и рендеринга на машинах с GPU по сравнению с традиционными рабочими станциями на базе CPU могут замедлить производство или ограничить бюджет проекта из-за потенциально необходимых обновлений.

Делаем выбор между рендерингом на CPU и GPU

Имейте в виду, что графические процессоры не предназначены для полной замены рабочих станций с процессорами и рабочего процесса. Может показаться, что преимущества рендеринга на основе CPU бледнеют по сравнению с преимуществами рендеринга на основе GPU, но в конечном итоге это зависит от того, что нужно вам или вашей студии. Эти процессоры живут и работают в синергетической гармонии. Графический процессор предназначен не для замены, а для ускорения и оптимизации существующих практик и рабочих процессов, максимального увеличения производительности и компенсации ресурсоёмких вычислений в приложениях, которые без них могли бы вывести из строя систему.

Даже с самыми быстрыми и мощными графическими процессорами в вашем распоряжении процессор по-прежнему тянет свою долю веса. Неопытному пользователю просто покажется, что ваши приложения работают намного быстрее и плавнее. Использование этих инструментов в тандеме сделает гораздо больше для вашей работы и презентаций, а также значительно увеличит способность вашей машины быстро воплощать ваши творения в жизнь. Удачного рендеринга!

Источник https://spb.3dradar.ru/post/55019/

Источник https://andpro.ru/blog/cpu/vybor-cpu-i-gpu-dlya-3d-modelirovaniya-i-renderinga/

Источник https://cgaward.com.ua/ru/publikacii/zhelezo/cpu-or-gpu-rendering.html