Dossier Matériels 3D : Bien choisir sa station de travail 3D

Ces dernières années, les stations de travail sont devenues largement assez performantes pour le travail 3D, et leur acquisition est devenue tout à fait abordable pour les sociétés, et pour les indépendants. Néanmoins, l’exigence de productivité et de qualité a aussi évolué, et les logiciels 3D sont devenus plus gourmands en ressources. En particulier, les besoins de visualisation temps réel continuent de mettre à genoux les matériels dernière génération. Plusieurs éléments clefs techniques sont donc à connaître afin de bien choisir sa station.

Le processeur

Cœur de l’ordinateur, le processeur des stations professionnelles est généralement Intel (Xeon ou Pentium 4), parfois Athlon XP. La course à la vitesse fait rage. Certains tests démontrent qu’un AMD Athlon XP 1800+, à 1,5 Ghz, serait plus rapide que le Pentium 4 à 1,8 Ghz, et moins cher de 88 Euros. En revanche, le Pentium possède des instructions de programmation SSE2, qui peuvent être exploitées en direct par certains logiciels, les rendant redoutablement efficaces sur cette marque de processeur. Autre choix important, faut-il acquérir des mono-processeurs ou des bi-processeurs ? Les grands logiciels 3D comme Maya, XSI ou 3DS Max savent exploiter la capacité d’un double processeur, en augmentant la rapidité de l’interface tout en assurant les calculs en tâche de fond. La tendance générale est donc de s’équiper luxe avec des bi-processeurs Intel, les bi-Xeon. Mais il faut savoir qu’un mono-processeur dernière génération est déjà très efficace pour la plupart des tâches 3D à accomplir. Le surcoût de prix reste en effet important dans le cas d’un bipro, un processeur Xeon seul à 2,8 MHz vaut 589 Euros.

Le processeur n’est pas tout. L’ensemble de la carte-mère avec son chipset, sa mémoire, son processeur et la carte graphique, doit être configuré soigneusement pour assurer la stabilité de fonctionnement. Le chipset est un jeu de puces situées sur la carte-mère, qui seconde le processeur dans sa tâche, et qui organise les échanges d’informations entre le processeur et les autres unités. On trouve d’ailleurs actuellement souvent deux chipsets différents par processeur. Pour Régis Galmiche, directeur général de General Mechanics, «  il n’y a que deux constructeurs sérieux pour les chipsets, Intel qui est le premier choix, mais aussi ServerWorks. » Le dernier chipset Intel, le 7505 est particulièrement performant. Il y a évidemment d’autres types de chipsets, comme ceux d’AMD, pour les processeurs Athlon.

Les carte-mères

Quant aux cartes-mères qui supportent les chipsets et les processeurs, le nombre de ports et d’interfaces disponibles entrent aussi en ligne de compte. En interne, chaque carte d'extension doit se connecter sur un bus basé sur la carte mère, mais pas n'importe lequel. Les bus PCI sont les plus courants car ils sont rapides. Contrairement à l’ancien format ISA, ils déchargent le processeur de tout calcul supplémentaire. Les nouveaux bus AGP (Advanced Graphic Port) sont devenus des standards, et sont cadencés à la base à 66 MHz contre 33 MHz pour les PCI. Ils sont actuellement cadencés à 266 MHz (AGP 4x) ou à 533 MHz (AGP 8x). Il existe aussi l’AGP Pro, qui est équivalent en gamme de vitesses possibles mais qui délivre une alimentation supérieure. La bande passante du bus se calcule en multipliant la fréquence en Hertz du bus par la largeur du bus en bits, qui peut atteindre 64 bits pour certains modèles récents. En externe, les ports servent pour la connections des périphériques, imprimantes, scanners, appareils photo numérique ou caméras. Les ports USB 1.1 sont maintenant dépassés, il faut impérativement plusieurs ports USB 2 et/ou Fire Wire, à haut débit. Les cartes-mères sont assez nombreuses, les constructeurs les plus réputées étant Asus, MSI, Abit, qui a présenté au dernier Cebit de nouveaux produits, ou SuperMicro. Enfin, dernier point, la carte son peut être intégrée à la carte-mère mais dans un objectif de qualité, il est préférable d’avoir une carte-son séparée de la carte-mère.

La mémoire

Côté mémoire, il est devenu nécessaire d’avoir au minimum 256 Mo par processeur, il est donc courant de trouver des stations équipées de 512 Mo et même de 1Go ou plus de mémoire. Au dernier salon Cebit, MSI a présenté sa carte mère alias « Canterwood », qui dispose de 4 slots permettant d'atteindre un maximum de 2 Go de mémoire ou 4 Go avec des barrettes mémoires de 1 Go à 500 Euros pièce. Il est commercialisé aussi des barrettes à 2Go mais au prix actuel de 4000 Euros, elles ne sont pas très accessibles. Il existe trois types de mémoire. La plus basique est la SDRam PC100 ou PC133, (Synchronous DRam) dite synchronisée car elle se cale directement sur la fréquence du processeur. Elle est très généralement remplacée par le type SDRam DDR (Double Data Rate) plus rapide, avec une bande passante améliorée. Un peu plus rapide est la DDR2 ou DDR400, qui multiplie par deux les performances de la SDRam classique, et offre un débit de 400 Mo/s, en restant compatible avec les chipsets les plus récents. Il existe aussi des mémoires RDRam (Direct Rambus Dynamic Random Access Memory), ou Rambus, qui sont encore plus rapides mais plus chères. Peu de chipsets ont la capacité de bien gérer de telles fréquences. Enfin, il peut être intéressant pour la stabilité d’avoir des mémoires dites ECC (Error Correction Code). Ces mémoires contiennent un algorithme permettant de corriger les erreurs de parités. Pour Régis Galmiche, «  la mémoire ECC est indispensable pour les serveurs. Elle ne l’est pas pour les stations, mais il est préférable d’en mettre. »

Les cartes graphiques

Evidemment pas de bonnes stations de travail 3D sans une carte graphique adaptée. Il existe de vraies différences entre le hardware de différentes cartes, tant en nombre de processeurs, qu’en architecture et en performances. Mais une bonne carte graphique est aussi liée à la bonne écriture de ses drivers. Une carte performante sous Windows, peut l’être drastiquement moins sous Linux, si le driver n’est pas correctement écrit. Ainsi, parmi les GeForce, les Ti ont des pilotes optimisés pour des applications grand public, comme les jeux vidéo. Les GeForce Quadro ont la même base technologique, mais leur intérêt réside dans leur driver optimisé pour des applications professionnelles exigeantes sous OpenGL. L’idéal est de pouvoir tester dans son environnement de travail, les cartes sélectionnées par les fournisseurs, sachant qu’une carte (et un driver donné) peut être plus performante pour une application et moins avantageuse pour une autre.

Là aussi, les cartes graphiques sont caractérisées par leur quantité de mémoire, la SGRam (Synchronous Graphic Random Access Memory), qui est maintenant au minimum de 32 Mo, et généralement de 64 Mo voire 128 Mo. Par ailleurs, grâce à la technologie DMA (Direct Memory Access), le processeur de la carte graphique peut directement accéder à la mémoire vive de l’ordinateur, si elle disponible, sans passer par le processeur, ce qui augmente encore les possibilités de mémoire.

Les disques

Côté disques, deux possibilités, les plus classiques sont les IDE, les plus luxueux sont à contrôleur SCSI (Small Computer System Interface), qui sont plus chers mais ont une durée de vie supérieure. Les deux critères de choix d’un disque, en dehors de sa capacité, et de son prix, est sa vitesse en Tour par Minute, qui est de 5400 ou de 7200 tpm, et sa fiabilité, le MTBF (mean time between failure). Ce dernier chiffre indique le nombre statistique d’heures de fonctionnement avant que le disque ne plante. Là aussi, il vaut mieux assurer avec une marque reconnue comme IBM, Maxtor ou Western Digital. D’autant que ce n’est plus le composant le plus cher, un disque de 180 Go Western Digital vaut seulement 266 Euros.

Enfin, le choix du boîtier de l’ordinateur est plus accessoire mais a son importance. Il doit être bien conçu pour ne pas provoquer de problèmes électro-statiques. Il doit comporter une bonne alimentation, avec 420 Watts minimum. 250 à 300 Watts est insuffisant, surtout dans le cas de disques SCSI qui consomment déjà 60 à 65 Watts.

Les Ecrans

Enfin, pour ceux qui travaillent l’image, les écrans cathodiques demeurent la référence. Un excellent écran Iiyama 22 pouces ne vaut que 750 Euros. Les meilleures marques, en dehors de Sony qui reste la référence, sont Diamond, Iiyama ou Mitsubishi. Les deux critères de choix sont le pitch, qui mesure la taille d’un équivalent pixel sur l’écran, et le taux de rafraichissement, qui doit être au moins de 75 Hz afin d’éviter un scintillement fatigant. Les écrans plats LCD ou plasma, sont appréciés pour le gain de place qu’ils occasionnent mais n’ont toujours pas la qualité de restitution des couleurs et de netteté qui en feraient des concurrents sérieux. Et ceci même s’ils sont moins chers, et même si un 18 pouces LCD est équivalent en taille à 20 pouces cathodique. Les écrans plats ont de plus un problème de rémanence qui les empêchent de restituer avec fluidité des séquences animées, ce qui est très dommageable pour le temps réel. Cela les rend en revanche moins fatigants par absence de scintillement.

La solution va sans doute venir des écrans OLED, à base de diodes, qui sont plats, mais sans rémanence, avec un temps de réaction deux fois plus rapides que les meilleurs écrans cathodiques. Un écran OLED de 15 pouces, fabriqué par Kodak et Sanyo, est sorti depuis un an, mais cette technologie est balbutiante, elles reste plus chère que les LCD avec une durée de vie très inférieure. Mais d’ici deux ou trois ans, il est probable que l’on passe directement des écrans cathodiques aux écrans OLED pour les stations 3D.

Des configurations sans surprise

Au final, une bonne configuration d’une station de travail 3D s’appuie sur des standards. Pour Régis Galmiche de General Mechanics : «  il faut une carte-mère avec un bi-Xeon et le dernier chipset d’Intel, le 7505, de la mémoire SDRAM DDR et une carte graphique GeForce4 Quadro de nVidia. Dans l’avenir, pour satisfaire aux besoins en temps réel, il faudrait pouvoir mettre deux ou trois cartes graphiques dans la même machine. En revanche, pour une station CAO, un mono-processeur suffit, même s’il est préférable de mettre une carte bi-processeur évolutive. Une carte graphique récente qui convient bien est l’ATI Fire GL8800. »

Configurer son renderfarm

Même si les stations de travail, surtout les bi-processeurs, sont largement capables d’assurer une partie des calculs 3D d’un studio, il n’est pas rare que des serveurs de calculs complémentaires soient utiles. Le principe consiste à empiler des 1U (une unité) en cluster, soit sous Linux, soit sous Windows. Davantage encore que pour les stations, le trio carte-mère, mémoire et processeur doit être soigné pour garantir la fiabilité. En revanche, si ces machines ne servent pas de serveurs de données, le disque peut être un simple IDE de 20 Go. Nouveauté, il existe des cartes réseau intégrées à 1 Gb. A titre d’exemple, le dernier serveur 1U de SuperMicro, avec un bi-Xeon à 3,06 GHz, est vendu par General Mechanics à 1840 Euros HT. Les serveurs 4U convertibles en tour, et inversement, rencontrent aussi un certain succès.

Pour un serveur de données, les disques doivent être à technologie RAID à accès rapide. Trois niveaux de RAID (Redondant Array of Inexpencive Disk) sont couramment utilisés. Le RAID0 est le plus rapide, les données sont simplement strippées, c’est-à-dire partagées sur deux disques. Mais les données ne sont pas redondantes. Si un des deux disques se plante, toutes les données sont perdues. En RAID1, les données sont dédoublées en écriture, c’est donc redondant mais deux fois plus lent. La lecture reste rapide par rapport à un disque simple. Quant au niveau RAID5, les données sont partagées sur cinq disques, avec un bit de parité qui permet de reconstituer les données, si un des disques se scratche. C’est un peu moins rapide que RAID0 mais le gain de place est évident par rapport à RAID1.

Et du côté Macintosh

Même si les Macintosh sont avant tout réputés dans le monde de la PAO, les performances du dernier modèle, le Power Mac G4 bi-processeur, le rend tout à fait apte à faire de la 3D. La force de cette station sous Mac OSX, vient de son processeur G4, qui n’a rien à envier au Pentium P4, aux dires de Apple. Son atout majeur reste l’ergonomie tant appréciée par les afficionados des produits Apple. Disponible en plusieurs versions, celle de base vaut 1500 Euros HT. Il en existe une version pour faire de la 3D haut de gamme, le G4 Ultime à 3900 Euros HT. Il comprend un double PowerPC G4 à 1,42 GHz, 1,5 Go de mémoire DDR, un disque de 120 Go, et une carte graphique GeForce4 Ti de nVidia avec 128 Mo de mémoire. Apple propose aussi depuis peu, une offre performante côté serveur, avec son Xserve, avec ou sans disque RAID. Un serveur Xserve moyen de gamme 1U, avec un bi-processeur PowerPC G4 1,33 GHz, deux ports Ethernet Gigabit, 512 Mo de SDRam et un disque 60Go, extensible à 720 Go, est vendu 4200 Euros HT.

© mai/juin 2003 François Ploye et Pixel SA