3D CADに適したワークステーションとは？

ハイスペックパソコンとワークステーションの違い

最近では高精細なCG映像を描画できるゲーミング用マシンなど、ハイスペックな性能を持つパソコンも多く存在します。ワークステーションも業務利用を想定した高い処理能力を搭載していますが、それだけではありません。

3D CADなどの業務用アプリケーションの利用に適したグラフィックボードの搭載や高負荷・長時間利用への耐久性・安定性に配慮した設計など、一般的なパソコンと異なる特長があります。

性能を左右するCPU

パソコンにおける「頭脳」に例えられるCPUは、パソコン上の命令を解釈して実行する最も需要なパーツです。主要なメーカーとしてIntelとAMDがあります。

Intel社製のCPUでは、一般利用から業務レベルまで幅広い用途で利用されている主流製品「Intel Coreシリーズ」や業務用ワークステーション・サーバー向けの「Xeonシリーズ」といったCPUがあります。

Intel Coreシリーズは、さらにCore3～Core9と異なるシリーズがあり、エントリーからハイエンドレベルまで用意されています。

CPU性能に影響する要素

CPUの性能は主にクロック数、コア数、スレッド数に依存します。

クロック数はCPUが1秒間に処理できる回数を示す値（GHz）になり、プロセッサーの処理速度を表します。Intel社のCPUではターボブーストテクノロジーにより、定格の周波数よりもさらに早くCPUを動かして高速処理できるものもあります。

コア数はCPUの核となる部分になり、コアが多いほど同時により多くの命令を並列処理できます。クロック数は向上が難しいため、近年のCPUではコア数を増やすことでCPU性能を向上させることが主流になっています。

また一つのコアを仮想的に二つのコアに見せかけ、二つのスレッド（命令）を処理できるマルチスレッティング機能を搭載したCPUでは、コア数以上のスレッドを並列処理できます。

第12世代 Intel Coreシリーズ

CPUには世代があり、新しい世代になるにつれて性能が向上します。ワークステーションでは、最新のCPUを搭載している製品が多く存在します。

第12世代のIntel Coreシリーズでは、2種類のコアが組み合わさった「ハイブリッドアーキテクチャ」デザインを採用し、高性能な「P-コア」と高効率の「E-コア」を搭載したCPUが登場しました。E-コアは省スペースでコアを増やせるため、従来よりも多くのコアを搭載できます。

動画編集やゲーム、3D CADなどの負荷の大きな処理をP-コア、ダウンロードやウイルスソフトなどバックグラウンドで行われる処理をE-コアで行うことで、コアによる処理を効率化し、処理速度が向上します。

インテル・スレッドディレクター

同じく第12世代のIntel Coreシリーズで搭載された「インテル・スレッドディレクター」では、ハイブリッドアーキテクチャのCPUに対して負荷の大きな処理をP-コアに、負荷の軽い処理をE-コアに自動で割り振り、より効率的にタスクを処理できるようにします。

パソコンの処理を引っ越しに例えると、力持ちのスタッフに重い荷物を割り振り、一般のスタッフに軽い荷物や軽作業を割り振る……というイメージで、力持ちのスタッフに効率的に働いてもらえます。

処理の割り振りはOSが行いますが、インテル・スレッドディレクターは処理内容や各コアの使用率を監視し、各コアに適切な処理を割り振れるようサポートします。インテル・スレッドディレクターはWindows 10環境でも機能しますが、Windows 11環境で利用することで、最も高いパフォーマンスを発揮できます。

さらに進化した第13世代Coreシリーズ

最新の第13世代 Intel Coreシリーズでは、E-コア増加、ターボブーストクロックの引き上げなど、ハイブリッドアーキテクチャが相当進化しています。インテル・スレッドディレクター機能も改良され、さらに効率的にコアを利用できるようになっています。

3D CADによるマルチコア・シングルコアの処理

CPUが多数のコアを搭載していても、アプリケーションが対応していなければマルチコアは使われません。SOLIDWORKSでは一部処理でマルチコアに対応していますが、モデリング中の計算など基本的な処理はシングルコアで行います。

マルチコアに対応しているのは次のような処理です。

• アセンブリオープンの処理
• 図面オープン時のバックグラウンド陰線処理
• Visulaizeなどによるレンダリング
• Simulationによる解析、メッシュ作成

解析やレンダリングを高頻度で使用する場合は、コア数の多いCPUが有効ですが、設計やモデリングを中心とした使用では、コア数よりもクロック数の高いCPUの方が作業効率が高くなる場合があります。

3Dモデルや映像の描画処理を行うグラフィックボード

グラフィックボードは画像・映像処理に特化したパーツになり、CGや3D CADソフトを使用する場合は必須の要素になります。グラフィックボードには「NVIDIA GeForce」シリーズに代表されるゲーミングパソコン向けと「NVIDIA RTX」シリーズなどの設計やデザインといったプロフェッショナル向けのものがあります。

単純な性能スコアだけを見ると、同じ価格帯ならGeForceシリーズの方が高いスペックのものがあります。しかし、GeForceシリーズはグラフィックスAPIに「DirectX」を使っており、3D CADなどの「OpenGL」を使っているアプリケーションには最適化されていません。一定以上の性能であれば起動はできるでしょうが、思うようなパフォーマンスが出せないなど、安定性に欠けます。

ワークステーションでは、ほとんどの製品でプロフェッショナル向けのグラフィックボードを搭載しています。

CADによるGPUコンピューティングの使用

SOLIDWORKSでは、NVIDIA製のグラフィックボードに組み込まれている並列計算機能「CUDA」に対応しており、機能を有したグラフィックボードを使用することでより高いパフォーマンスを得られます。レンダリングツールSOLIDWORKS Visualizeでは、CPUとGPUを併用した処理を行うことができ、より速いレンダリング出力が可能です。

CAD画面では、グラフィックボードによる処理を行うオプション設定によりモデルの描写性能を向上できます。モデルの移動・回転させたときのフレームレート（1秒間で表示を更新する回数）を改善し、よりスムーズな画面操作ができるようになります。

SOLIDWORKSベンチマーク結果の比較

SOLIDWORKS RXで実行できるベンチマークテストの結果を比較してみます。比較マシンには、SFFとZ4を使用します。

動画で分かる 3D CADの利用に適した業務用のワークステーション