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用於 3D 建模、模擬 simulation 或 GPU 算圖為主的電腦,其電腦硬體需求是非常不同的,這篇來自暉凱老師分享是想讓大家了解自己到底適合怎麼樣的裝備,也從組裝過程中了解電腦運作原理樂趣之處!

 


CPU Rendering 算圖

CPU 算圖時使用 100% CPU 的所有核心,所以就必須找越多核心越好,在對於算圖、動畫、轉換影片格式...等等最佳化。即使多核心的 clock 時脈頻率速度較低,但因為CPU算圖是讓每個核心去分配算圖範圍"Bucket",每個核心算完範圍後會就會馬上繼續下一個,因此多核心是最佳選擇。


3D Modeling 建模

與算圖相反的,建模是一個需要非常靈活的操作流程,當你在操作時的所有不同需求,軟體也對硬體有不同的需求與運算方式。舉個例子:為汽車建模的過程, 該汽車由多邊形組成,這些多邊形將應用修改器和變形器,例如鏡像、複製、彎曲對像..等等。(圖片 hierarhcyOrderOfExecution)

您的電腦必須是經過一系列嚴密的運算才能處理所有這些流程,但這裡的關鍵是這些運算主要僅在單個 CPU 核心上完成。原因是因為場景 Scene是按照一定的層次結構構建的,CPU 必須逐步通過這個層次結構,它不能跳過某些步驟或將某些步驟卸載到其他核心,因為大多數步驟相互影響!

這是什麼意思?簡單說,這意味著擁有大量 CPU 核心對加速建模不是很有幫助,並且通常也不會讓你預覽更快。也就是說,對於3D場景和建模有高度需求,那你就需要有最高Clock速度的 CPU有幾個核心並不重要,因為這些核心中的大多數不會用於建模。同樣原理也適用於CAD使用者的電腦

大家可以用 Maxon 開發對 CPU 速度測試的軟體,去算出自己電腦的速度。

下列是3D軟體的主要的選擇:


那麼說,核心越多、Clock時脈頻率速度也越高越好,對吧?

大家可能覺得那就買超多核心和超高 Clock 的 CPU ,那麼我們就可以軟體超順、算圖又快的電腦,對吧? 但.... 因為功耗和熱量限制,CPU 核心數量和 Clock 速度之間需要保持權衡狀態。通常這意味著 CPU 擁有的核心越多,它的 Clock 通常就越低;Clock 速度越快,CPU 的核心就少。

許多核心需要大量功率,而大量功率會產生大量熱量,更高 Clock 的核心也會比較低時鐘的核心更熱,因此 AMD 和英特爾已經開發了一種權衡方式,就是大家常聽到的超頻 Turbo-Boost!

Turbo-Boost ( Turbo-Core ) 超頻

Turbo-Boost 是一項自動核心超頻的功能,直到達到溫度到最高限制,並根據每台電腦的散熱,決定超頻時間長短。假設我們在建模時只用到 1-2 個核心,其餘的核心是空閒的,Turbo boost 就對這 1-2 個核心進行超頻,並讓功耗和溫度保持在預定義的限制範圍內。一旦超出,Turbo-Boost 就會降低這兩個核心的速度。這樣需要時,就可以在非所有核心都使用的情況下,讓核心速度功率達到最高。


CPU vs GPU Rendering 算圖比較

目前在 3D 軟體中算圖和預覽動畫的兩種技術:CPU 算圖和 GPU 算圖。

GPU 和 CPU 算圖的一些差異:

首先,現在幾乎所有流行的 3D 軟體都帶有內建的 CPU 算圖引擎。

直到最近,諸如 Octane、Redshift、V-RAY RT 或 FurryBall 等 GPU 算圖引擎變得足夠成熟穩定,以慢慢取代 CPU 渲染引擎。主要就是因為 GPU 算圖快得多,重點是可以及時預覽。 用 GPU 算圖的電腦另外要注意考量的是 GPU 的 VRAM 數量讓效率有巨大差別,這 3D 設計師 / 藝術家在做圖時加速好幾倍,就有更多時間修改與優化視覺畫面。

那現在剛學 3D 的學生,就都直接從 GPU 算圖開始學了,但成本就是一開始需要另外花錢買昂貴的 GPU 算圖軟體。而像是 Blender 的內建的 Cycles GPU 算圖和 Cinema 4Ds 新的 ProRender GPU 算圖,兩種 GPU 算圖引擎都內置於軟件本身,不用依賴於第三方算圖軟體,但我個人建議還是選擇業界主流的 Octane 或Redshift 下手,才能快速與業界接軌。

下列是主流算圖軟體的選擇:


開始解說 - 3D 製作與算圖各別硬體的最佳選擇!

CPU (Central Processing Unit) / Processor - 中央處理器

最佳選擇 - Intel i9 10900K or AMD Ryzen 9 5950X

剛剛建立對 CPU 的了解上,就能根據自己使用的需求找到適合的 CPU。如果主要是將它用於建模、雕刻、紋理、打光、動畫,在這些上面需求比算圖還高的話,那麼你會需要一個 Clock 時脈頻率盡可能高的 CPU!

目前市場上好的選擇有:

(圖片 bestCPU)

我們剛剛提到的Cinebench Single-Core Benchmark 是最快速比較 CPU 的測試標準。使用 Cinebench R23 的頁面中,可以在“Single Score”或"Multi Score" 欄列中進行比較,方便找到適合的自己最佳性能的 CPU。

https://www.cgdirector.com/cinebench-r23-scores-updated-results/

製作需求高

如果有 AMD Ryzen 9 5950X 的預算,那麼這款 CPU 是目前用於建模和動畫...等等的最佳 CPU。 還具有 16 核,也可為提供強大的多核算圖性能。

3D 模型的材質繪製,和3D雕刻師也需要高Clock時脈的 CPU。 但如果比較少用在這部分或是需要強大CPU算圖,那麼 AMD Ryzen 9 5900X 也是一個不錯的次要選擇。

算圖需求高

如果專注 CPU 渲染品質, AMD Threadripper 3960X 是不錯選擇!算圖為主,就變考慮**高核心數的方向。**由於算圖需求越來越高,現在一台 PC 可能不足以在短時間內處理所有frame,就可以考慮組第二台電腦,當作專用於算圖的CPU農場,就適合下列選擇。

這裡的好選擇是:

AMD Threadripper 3960X、3970X、3990X – 24-64 核 – 強烈推薦! Intel i9 10900X、10920X、10960X、10980XE – 10-18 核(比較昂貴)

(圖片: 3990X)


GPU (Graphics Processing Unit) - 顯示卡 / 圖形處理器

那我們進入主要敲碗話題,剛剛有提到 GPU 算圖正變得越來越流行,並且在業界不久的將來超過 CPU 算圖 (國外大型特效公司還是以CPU算圖為主)。

一些最流行的現代 GPU 算圖引擎是 Octane、Redshift、VRAY-RT 和 Cycles。 前兩個僅支持 NVIDIA GPU,而後者也支持 AMD (OpenCL) GPU。


NVIDIA 顯卡

就以目前市場上使用,主要還是NVIDIA GPU(CUDA 技術支持),下面就按性能順序排列,:

(圖片: nvidiaGPU)

想知道自己電腦顯卡跑多快(通常是多卡時或混合不同顯卡時),除了可以參考網路上別人測試的Benchamrk也可以自己下載安裝Octane或Redshift自己出的Benchmark測試軟體,來得知自己電腦效能。

網路上統整資料

GPU Render Benchmark

https://www.cgdirector.com/octanebench-benchmark-results/Octanebench Benchmark Results

Redshift Benchmark Results

https://www.cgdirector.com/redshift-benchmark-results/

各家測試軟體

Octane Bench

https://render.otoy.com/octanebench/

The Redshift Benchmark tool

https://docs.redshift3d.com/display/RSDOCS/The+redshiftBenchmark+tool

AMD 顯卡怎麼了?

雖然當然還是可以用AMD的 Radeon RX 6800XT 或 AMD GPU 系列GPU 來完成大部分 3D 工作,但主流算圖引擎只在 NVIDIA GPU,因為Mac目前都是AMD顯卡,這也導致了使用蘋果電腦的設計師或藝術家沒辦法使用主流算圖引擎,除非用eGPU外接盒中裝載Nivida顯卡,但成本就會蠻高的。

雖然可能有一些引擎支持 AMD 的 GPU,但它們都支持 NVIDIA GPU。在兼容性的前提下,能轉換不同的軟體和引擎,目前選擇 Nvidia 是比較適合的。但有耳聞Octane和Redshift都有在研發AMD顯卡,可以期待發展。

(圖片: AMDgpu)

(圖片: egpu)


RAM (Memory) - 暫存 / 隨機存取記憶體

與 CPU 選擇時類似,需要的 RAM 的數量和類型取決於用例。簡單舉例,如果要處理極高面數的模型,跟簡單3D場景進行相比,就需要更多 RAM。那我建議 3D 藝術家最少使用 32GB 的 RAM。

對於許多剛開始使用 3D 的人來說,16 GB 的 RAM 可能就足夠了,但通常情況下,您很快就會超出這個範圍。但如果想要做到業界水準的畫面,需要雕刻或複雜大場景、使用很多材質球...等等,就需要 64GB 或以上的RAM。

(圖片: ram)

那實際在 RAM 的選擇時,簡單說最好是 CL 越低,時脈速度越高。 例如,DDR4-3200 CL15 會比 DDR4-2800 CL16 稍快。當然越新世代的RAM是最佳考量。

另外建議購買 RAM Kits,譬如 要買4x8 GB,而不是在兩個單獨的 KIT 中獲得 2x8GB + 2x8GB。RAM 模塊可能會有相容性問題。不同Kit中的 RAM 之所以彼此不同,是因為它們可以在不同的工廠和不同的工廠生產線製造,使用的矽略有不同,或者因為一個 RAM 模塊可能是 2017 年製造的,而另一個模塊是 2019 年製造的.。不確定RAM 上的時序在不同工廠或不同製造日期的模塊之間是否完全相同,很有可能就會有問題。因此除非買到幾乎一樣型號的,一律推薦直接換一組Kit。

好的 RAM 品牌有 G.Skill、ADATA、Crucial 和 Corsair,例如 Corsair 16GB Vengeance LPX Ram Kit 或這款 32GB Corsair RAM Kit。


Storage - 硬碟 / 處存空間

硬碟存儲速度會影響以下幾點:

如果想快速載入場景,自然就需要一個最快速讀取的影碟磁盤。 最快的目前是 PCI-E NVMe M.2 SSD,譬如 Samsung 860 EVO,但相對的價格會比較高。如果沒有這個高預算,操作系統和場景文件至少使用 SATA SSD。

但如果有些軟體會將場景檔案或材質轉存到 RAM 中,硬碟速度在操作過程中就沒有這麼大影響了。不過像自動保存這樣的功能(強烈建議所有軟體都打開變成預設),硬碟夠快就不用每次在很重的檔案,在自動存取時都等很久。

(圖片: m.2)

當專案結束時,可以把檔案封存 (Archive) 到雲端或HDD硬碟上,節省M.2或SATA SSD上的空間。

但還是為了避免不可預期的硬碟損壞,可以用大容量的 HDD 定期備份,是在專案製作時檔案管理必備的觀念,如果預想專案進行到後期因為壞碟影響客戶deadline繳交,會是很可怕的災奈,所以我自己是有建立NAS (Network Attached Storage - 網路儲存裝置) 系統備份所有資料,達到最高安全性。主要NAS廠商有Synology 和 Qnap,也可以自己用舊電腦、或組一台低規一點的小電腦,安裝FreeNas驅動程式當作NAS。

FreeNAS

https://www.freenas.org/

(圖片: nas)


Motherboard - 主機板

最後來到主機板,是將所有硬體組件連接在一起的Hub核心。主板不是性能的產出硬體,但要確保它能夠支援需要的所有功能與規格。需要注意的一些重要事項是:


Monitor - 螢幕 / 顯示器

專業工作螢幕最好選擇 IPS 面板而不是 TN 面板。 IPS 顯示面板具有更好的色彩和更好的對比度。另外至少一個Full HD1920×1080 顯示器。現在主流推薦可以買到2K 2560×1440,甚至 4K 3840×2160 分辨率的更高的螢幕,但4K螢幕問題是有些軟體還沒支援版本,字會變得非常小。

另外非常推薦用雙螢幕,這樣您就可以容納更多的素材、參考資料和軟件窗口。像我們每天要花很多時間盯著螢幕,那麼推薦要選一個無眩光(磨砂)的,避免反光造成顏色偏差或干擾視覺。

個人推薦 Dell IPS 螢幕,在外觀性能和價錢中是個好的平衡,例如戴爾 UP2716d,但每個人都可以選擇自己適合或喜歡其他品牌。

(圖片: dualMonitor)


Power Supply (PSU) / 電源供電器

雖然 Power 不會提高電腦性能,但穩定和獲得足夠的功率是電腦不當機的重要關鍵。一般來說大約 400-500 瓦,但如果要用高階顯卡,譬如3090 or 3080 ti,每個 GPU 需要額外的 350 瓦,Power就必須是700 瓦起跳。

好的 PSU 品牌有 Corsair、Seasonic 和 beQuiet。另外要注意的點是選用模組化的Power, 模塊化 PSU 可讓選擇需要的電線就好,拆除不需要的,也這有助於走線收線,讓機箱內部排熱氣流更通暢。

(圖片: power)


選購設備網站

在美國時用了一個叫 PC Part Picker的網站,有很好的網站視覺系統,跟詳盡的Filters讓你可以選品牌或選品項,讓你一步步從CPU到Motherboard到RAM...等等選出來,每個階段都會幫過濾確保每個零件都是相容的,並且在最後計算整台電腦硬體的電源功率需要多少。

台灣大部分組電腦可能都用原價屋,但那個網頁跟排版我個人是有點眼花。可以等在PC Part Picker選好後再到原價屋下單也是個新的方法可以試試看囉!

https://pcpartpicker.com/

(圖片: pcPartPicker)


準備好組自己的夢幻電腦配備了嗎?

摩拳擦掌還是暈頭轉向呢?

我自己本來也是Mac用戶,完全對電腦內部沒興趣理解,也不是技術流只想專心做好設計和概念。但也是為了做3D和GPU算圖,才強迫自己組電腦,一開始也是霧沙沙,但一個一個零件了解後,發現組裝自己的電腦並不難,其實就這幾個東西。在國外組時還沒有原價屋,要一個一個零件網購寄到家,然後將不同部件相互插入並親手鎖上所有螺釘,最難的部分(有點藝術?!)是在 CPU 上添加一點散熱膏,開機前最怕某個硬體買到機王,好險最後還是成功組起來,獲得不錯的成就感。

說這麼多就是 "工欲善其事,必先利其器",想做出頂尖作品,也需要頂尖的設備來輔助創作者的天馬行空或者生猛硬幹需求,才不用覺得被電腦效能綁住效率低落...等等,好好享受建造3D的過程,與短時間就算出滿意的圖的快感。另外但最好的部分是比買預配置的電腦便宜很多,也可以依自己需求慢慢升級。

那麼希望這篇文章,有幫助到像我一開始完全不懂、或者研究到一半一知半解的朋友。相信如果我可以組起來,那大家也可以做到的啦!

參考翻譯網站

CG Director - Best Workstation Computer for 3D Modeling and Rendering By Alex Glawion

https://www.cgdirector.com/best-computer-3d-modeling-rendering/