一、测试背景

随着中国在全球高端产业链的不断突破，带动了中国工业自主化进程不断深入。如今产品研发创新能力已成为评估企业产业竞争力的关键指标之一。对制造企业而言，能否更快更好地设计出符合客户要求的产品，将在很大程度上决定企业能否在这个市场长期生存。正因如此，那些拥有自主品牌的企业，对自身产品创新能力的要求也越来越高，非常重视对产品研发创新设计平台持续性改善和投入，而显卡作为最重要的图形算力产品，受到他们的高度关注和重视。

在此背景下，新工业网评测组决定启动对NVIDIA RTX系列显卡的测试工作，根据企业的实际情况搭建软硬件平台设计环境，测试NVIDIA RTX系列显卡在CAD软件中的应用性能表现，尤其针对Solidworks和CATIA两款CAD软件产品，考察不同复杂度模型在载入、渲染、装配以及仿真操作中的应用性能，通过应用效果对比分析，为广大制造企业的图形显卡选型提供专业数据支撑和选型依据。

二、测试平台

（一）硬件测试平台

本次测试选用了两台戴尔工作站Precision 3680和Precision 5860。从配置看，Precision 3680搭配一颗英特尔酷睿i7-14700处理器、32GB DDR5内存以及1TB高速固态硬盘，操作系统为Windows 11家庭中文版，属于入门级工作站中配置较高产品；而Precision 5860作为中端代表产品，则搭配了一颗性能更强劲的英特尔至强w5-2465X处理器，采用容错性能更好的 64GB ECC DDR5内存，硬盘仍为1TB高速固态硬盘，只是品牌由三星换成了铠侠，操作系统为Windows 11家庭专业版。

表 1  戴尔工作站配置

（二）测试显卡

图 1 NVIDIA RTX系列显卡

本次用于测试的显卡共计6款，包括面向入门级专业应用设计的RTX A400和RTX A1000；面向复杂专业应用设计的中端显卡RTX A2000 Ada、RTX A4000 Ada，以及面向超大模型3D应用设计的高端显卡RTX A4500 Ada和RTX A5000 Ada，显卡详细性能见表2。

表 2 测试显卡性能参数

表2详细列出了每一款显卡的性能参数，其中RTX A400和RTX A1000的CUDA核心采用的是上一代NVIDIA Ampere架构，Tensor Core和RT Core也是第三代和第二代，相比来说，其它四款显卡采用的则是更先进的NVIDIA Ada Lovelace架构CUDA核心，Tensor Core和RT Core分别为第四代和第三代，在实时光线追踪以及深度学习、人工智能等任务中有更好的性能表现。

三、评测软件

（一）基础测试软件

基础测试软件为SPECviewPerf 2020，一款针对专业级OpenGL图形显示卡效能的专业测试分析软件，它主要用于评估硬件在3D渲染和建模等复杂图形应用中的性能。

SPECviewPerf测试包含了8个关键场景，其中就有Solidworks、Catia的测试片段，从510万到2100万顶点的大型模型中能测出显卡在模型渲染、抗锯齿、阴影遮蔽等中的性能，具有很高的代表性。此次测试用例为sw-07、CATIA-06两个视图集。

sw-07视图集：solidworks-07视图集是根据达索系统的solidworks 2020应用程序的痕迹创建的，视图集包含了10个测试片段，包括着色模式、带边着色、环境光遮挡、着色器和环境贴图，使用的模型的大小范围为210万到2100万个顶点。

catia-06视图集：catia-06视图集是根据达索系统的catia V5和3DEXPERIENCE catia应用程序生成的图形工作负载轨迹创建的，包括着色模式、带边着色、环境光遮挡、着色器和环境贴图，有8个不同的测试，模型大小从510万到2100万个顶点不等。

表 3 SPECviewperf视图集

（二）应用测试软件

1．Solidworks

‌SolidWorks是一款由达索系统公司旗下的子公司开发的三维CAD软件，主要用于机械设计。SolidWorks以其强大的实体建模功能、直观的设计界面和与第三方软件的良好集成而闻名，成为全球装机量最大、最好用的软件之一。‌SolidWorks的主要功能模块包括零件设计、曲面零件设计、钣金零件设计、钢结构设计和模具设计等。SolidWorks的用户群体广泛，涵盖了航空航天、机车、食品、机械、国防、交通、模具、电子通讯、医疗器械等多个行业。在教育领域，全球有超过4300所教育机构使用SolidWorks进行培训。由于其强大的功能和易用性，SolidWorks在市场上表现出色，成为企业招聘的首选软件之一。

2．CATIA

CATIA是法国达索系统公司开发的一款计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助工程（CAE）和计算机辅助制造（CAM）一体化软件，广泛应用于航空航天、汽车制造、造船、机械制造、电子/电器和消费品等行业。CATIA软件的核心功能包括概念设计、详细设计、工程分析、成品定义和制造等，支持从项目前阶段到维护的全过程。其独特的混合建模技术和电子样机模块功能，使得CATIA在产品开发过程中能够显著提高企业的竞争力和生产力。此外，CATIA的开放式可扩展架构使得企业能够重用产品设计知识，缩短开发周期，快速响应市场需求。

四、正式评测

（一）基础测试

对广大CAD工程师来说，SPECviewperf 2020是当前工作站领域最权威和流行的综合BenchMark软件，其测试主要是针对 3D建模和渲染。SPECViewperf的测试结果以 fps（帧率）的形式体现，帧率越高，说明工作站三维建模过程中越流畅，相应的处理速度也就更快。

表 4 SPECviewperf 2020测试结果

评测结果显示，Solidworks得分整体比CATIA要高出许多，体现的是视图集中模型体复杂度高低。通常来说，‌CATIA主要面向高端市场，提供完整的产品全生命周期管理（PLM）解决方案，适用更复杂的三维模型应用需求，除了设计、制造和仿真，还支持数字样机流程和产品开发，以及复杂的几何建模和分析功能。SolidWorks主要面向中低端市场，适用于机械工程和制造业，设计机器零件、装配体和制造流程，总体来说处理的模型不是非常复杂。

SPECViewperf测试结果以 fps（帧率）的形式体现，帧率越高，说明工作站及显卡的三维建模过程中越流畅，相应的处理速度也就更快。普遍认为，人眼能分辨的最低帧率是每秒24帧。当帧率达到24帧/秒时，人眼就会感觉画面舒适流畅，不会有明显的顿挫感和闪烁感。测试结果共计有9条数据低于24FPS，均出现在中低端显卡。

需要强调的是，SPECviewperf 软件为了使 CPU尽量少地影响到显卡本身性能的发挥，对硬件性能瓶颈进行过处理。因此，这个评测数据能很大程度反映显卡之间的性能差距。

（二）应用测试

以SPECviewperf评测结果为参考，新工业网评测组制定如下测试计划：

（1）基于Precision 3680测试RTX A400、RTX A1000、RTX A2000 Ada、RTX A4000 Ada四款显卡在Solidworks软件中的应用性能；

（2）基于Precision 5880测试RTX A4000 Ada和RTXTM A5000 Ada两款款显卡在CATIA软件中的应用性能。

表 5 显卡评测计划

为充分评估显卡性能，评测组准备了12套装配体模型，包括播种机、越野车、汽车驾驶室底盘、汽车悬挂、后保险杠总成、数控车床自动上下设备、刹车生产机、电容产线等，这些模型均可编辑且包含参数，我们希望利用不同复杂度模型尽可能全面地评测出显卡的CAD应用性能极限。

1．Solidworks应用测试

在Solidworks应用测试过程中，评测组一共使用了7个大模型，根据模型文件大小依次为：越野车（83M）、大型自动上下料装贴标搬运码垛生产线（191M）、播种机（217M）、三合一瓦片电容产线（386M）、刹车线生产机（536M）、矿用卡车（1.57G）、铝模板焊接系统总成（2.65G）。

表 6 Solidworks测试模型

通常来说，模型文件大小并不能说明模型结构就复杂。对三维模型而言，评估复杂度的指标很多，如零部件数量以及零组件之间装配关系等。表5除列出了模型的文件大小，还列出了模型的子装配体数量、装配体深度以及总零部件数，根据这些数据能大致判断出不同模型的复杂度。品测组基于对不同模型复杂度的判断，结合显卡性能进行了模型匹配，表7～表10是评测组为显卡在不同Solidworks模型下的应用性能结果。

表7 RTX A400在Solidworks应用测试

表 8 RTX A1000在Solidworks应用测试

表 9  RTX A2000在Solidworks应用测试

表 10  RTX A4000在Solidworks应用测试

评测组通过载入、编辑、线框模式、干涉检查、渲染、装配等操作，对模型进行移动变化操作，明显地感受到不同显卡展现出来的不同应用性能，尤其是入门级显卡，在操作稍复杂模型时明显地感受到应用性能的不足。

根据对计算过程的理解，CAD模型文件的打开过程从硬盘读取开始，在软件中打开三维模型，CPU会优先将模型文件数据从硬盘调入内存中，模型文件读取到内存后进入人机交互的过程，在整个交互设计过程中CPU承担的主要是关联运算，而模型的三维图像生成、渲染则主要由GPU完成，所以模型零部件越多、特征参数复杂度越高，瞬间需要处理的数据就越多，对GPU的算力需求就越高，同时也需要配备更高性能的CPU和更大的内存。

总体来说，RTX A400和RTX A1000能很好地支撑中小型模型，这些模型零部件从几百到上千，且零组件之间关系相对简单；对于零部件数量更多，如几千到几万的大模型，零组件之间关系复杂，企业在预算允许的条件下，可考虑性能更强劲的RTX A2000和RTX A4000显卡。当然，在选配显卡的过程中企业也需要充分考虑其它硬件搭配，尽量在专业人士指导下进行工作站与显卡的配件采购工作，切莫出现性能瓶颈，而导致显卡能力无法充分发挥。

2．Catia应用测试

Catia应用测试中，评测组共使用了5个大模型，按照模型文件大小依次是：汽车后保险杠总成（100M）、重卡后桥结构（208M）、重型卡车（296M）、三轴水平回转变位机（593M）、前置驾驶室底盘系统（1.26G），见表11。

表 11  catia测试模型

通常认为，‌CATIA在复杂曲面设计中比Solidworks更具优势，Catia应用场景更多的如飞机、发动机、曲轴等，除了设计需求更复杂，还会更多地涉及几何建模和仿真。针对Catia测试，评测组选择的模型大部分都具有显著的曲面特征，如重卡后桥、驾驶室底盘系统、后保险杠总成等，这些模型包含许多复杂的曲面、公式和规则，零部件之间的结构和装配关系更为复杂，与Solidworks模型相比，Catia模型看似零部件数量不多，但对工作站和显卡性能的消耗会更大。

表 12 RTX A4000在Catia中应用测试

表 13 RTX A5000在Catia中应用测试

针对‌CATIA应用，评测组选择了RTX A4000 Ada和RTX A5000 Ada两款较高端显卡，原因除了前面提到的‌CATIA更适合复杂的曲面设计之外，还在于Catia V5开始全面支持从设计到制造的无缝过渡，通过CAD/CAM集成功能，让用户直接将设计数据用于数控加工等制造过程，如3DEXPERIENCE CATIA通过支持MBD，推动企业使用3D模型作为主数据，最终演进发展成为基于模型的企业 (MBE)，这些需求的转变，使得‌CATIA应用门槛越来越高，对硬件的性能，尤其是显卡的性能要求也越来越高。

此次Catia应用测试选用的模型大小从100M到1.26G，曲面多，结构复杂，都是比较代表性的装配体模型，整个操作过程表现流畅。

3．仿真分析测试

为全面地模拟制造企业实际研发设计中可能遇到的工作场景，评测组决定进行有限元分析应用测试，在RTX A4000 Ada和RTX A5000 Ada两款显卡上进行Solidworks和Catia的仿真应用测试。

表 14 仿真分析测试

Solidworks除了支撑日常的CAD模型设计，还支撑对零部件的有限元分析，可以对一些零部件进行应力、频率、扭曲、热和优化等一系列仿真分析工作。评测组使用Solidworks仿真功能，在Solidworks中模拟机械手爪开合实现对下方小球的抓取过程，对抓取过程进行motion仿真得到仿真曲线，并对手爪整体及关键零件进行有限元分析，得到应力及变形云图，包含整体有限元仿真，得出应力和变形云图。

在整个Solidworks仿真分析测试过程，从网格划分到静力学分析，平台的整体表现都相当出色，完全能够胜任一般的设计验证与仿真分析工作。

图 3 夹爪整体应变云图（左）  关键零件变形云图（右）

相对Solidworks，CATIA有限元分析模块功能更为强大，可以用于结构强度分析、热传导分析、流体力学分析等，工程师可以更加准确地预测和评估产品在不同工况下的性能，提高设计的可靠性和效率。针对Catia仿真测试，评测组对连杆进行三维建模,并运用当中的装配和数字化装配模块进行装配和运动模拟，分析了曲柄连杆机构的实际工况，获得了连杆机构工作负载，整个过程也相当的顺利。

图 4 连杆有限元

图 5 连杆有限元云图

一般来说，进行有限元分析需要完成三个重要过程。一是为模型划分网格；二是定义材料属性和边界条件，这里涉及各种材料的物理属性和参数，如弹性模量、密度、热传导系数等，同时定义边界条件，如约束和加载条件；三是求解和后处理，根据模型的几何形状、材料属性和边界条件计算出模型的应力、变形、温度分布等结果。然后可以使用后处理工具进行结果的可视化和分析。

到这里，企业才能根据分析结果，评估模型的性能和可靠性，并进行优化设计，以改进产品的性能和质量。因此，有限元分析过程就是一个基于各种物理属性和边界约束条件下进行计算的过程，考察的是硬件平台的整体性能，不仅考察着GPU的计算性能，对内存和CPU也形成考验。内存的大小决定了可以处理模型的大小和复杂程度，而GPU和CPU性能决定了计算要花多长时间。

整体来说，无论是Solidworks软件中的机械夹抓球有限元分析，还是Catia软件中的连杆有限元分析，过程表现都十分流畅，没有任何卡顿情况出现，性能表现极佳。

五、评测小结

实际上，可以将三维模型简单地理解为由无数个点、线、面组成的结构，三维建模过程就是对模型顶点、线条和多边形在三维空间维度的处理，计算机需要不间断地计算和处理顶点、线条和面在空间的移动，完成顶点的位移运算，对线条边缘进行抗锯齿处理，对多边形进行快速着色和贴图，当然这里还涉及复杂的运算公式和处理过程，需要在瞬间消耗掉大量的计算、内存和带宽资源。

此次测试对各种模型在不同平台硬件环境下进行载入、编辑、渲染、装配和仿真等操作，并记录过程数据，观察显卡性能表现，为企业的显卡选型提供第一手参考数据和选型建议。