Welke hardware heeft CAD echt nodig? Praktijktest met Lenovo-workstations

Een workstation voor CAD moet voldoen aan specifieke eisen. Afhankelijk van de software kan bijvoorbeeld een snelle single-core-processor betere prestaties leveren dan een CPU die sterk is in multicore-toepassingen. Zo zijn er meer dingen om op te letten.

Professionele CAD-software stelt andere eisen aan een workstation dan bijvoorbeeld kantoorsoftware of algemene contentcreatie. Bij toepassingen als SolidWorks, Siemens NX, Autodesk Inventor, CATIA, Fusion 360 en Mastercam draait het niet alleen om hoge prestaties, maar vooral ook om voorspelbare responstijden, stabiliteit en een goede balans tussen CPU, GPU, werkgeheugen en opslag.

Een systeem dat op papier hoge benchmarkresultaten haalt, kan in de praktijk alsnog tegenvallen wanneer de configuratie niet aansluit bij de gebruikte workflow. De software die je gebruikt kan daarbij bepalend zijn: als deze alleen singlethreadberekeningen ondersteunt, zal deze een krachtig multi-core-systeem niet optimaal benutten. Omgekeerd zal software die juist wel geprogrammeerd is voor multi-core processors mogelijk tegenvallende resultaten leveren op een cpu met weinig cores, ook al biedt deze een hoge kloksnelheid.

Ook het type projecten speelt een rol: een machinebouwer met grote assemblies stelt andere eisen dan iemand die vooral 2D-tekeningen maakt of CNC-toolpaths genereert.

Het eerste belangrijke punt is de processor. Die vormt nog altijd het hart van een CAD-workstation. Veel CAD-software is namelijk historisch gegroeid rond relatief seriële workflows. Vooral parametrisch modelleren, schetsbewerkingen en interactieve viewport-acties profiteren primair van hoge singlethread-prestaties. Voor CAD-werk is een hoge boostfrequentie doorgaans belangrijker dan een extreem hoog aantal cores. Een moderne CPU met acht tot zestien snelle cores is voor veel professionele workflows dan ook efficiënter dan een workstationprocessor met tientallen tragere cores.

Bij interactieve modellering bepalen vooral de volgende eigenschappen de gebruikservaring: hoge IPC (Instructions Per Clock), een hoge (boost)kloksnelheid, lage latency tussen de CPU-cores en het geheugen, en een grote L2/L3-cache. Dat verklaart waarom recente desktopprocessors zoals de AMD Ryzen 9000-serie en Intel Core Ultra-processors vaak verrassend goed presteren bij CAD-toepassingen. Toch is het niet zo dat voor CAD-software alleen een snelle singlecore relevant is. Meer cores helpen wel degelijk bij CAM-berekeningen, toolpath-generatie, rendering, en FEA/CFD-simulaties kunnen veel beter schalen over meerdere threads. Daar leveren extra cores wel een duidelijke tijdswinst op.

Pure server-cpu’s zijn daarentegen minder aantrekkelijk geworden voor veel engineeringtaken, omdat hun lagere kloksnelheden interactieve prestaties negatief beïnvloeden.

Bij het kiezen van een grafische kaart zijn beschikbare professionele drivers belangrijker dan hun pure snelheid. Een veelgemaakte fout is het kiezen van een gaming-GPU puur op basis van 3D-prestaties. CAD-software gebruikt GPU’s namelijk fundamenteel anders dan games.

Professionele kaarten zoals de professionele NVIDIA RTX Ada- en Blackwell-generatie onderscheiden zich vooral door gecertificeerde drivers, geoptimaliseerde OpenGL/DirectX-workflows, een hoge stabiliteit, goede ondersteuning voor precisiebewerkingen en – niet onbelangrijk – een lange driverondersteuning.

Veel CAD-pakketten worden expliciet getest op specifieke GPU’s en drivers. Niet-gecertificeerde (gaming)drivers kunnen leiden tot viewportfouten, crashes, incorrecte schaduwen en textures, problemen bij grote assemblies en instabiliteit tijdens langdurige sessies.
Bij professioneel gebruik zijn stabiliteit en voorspelbaarheid doorgaans dan ook belangrijker dan maximale framerates.

Voor puur 2D-CAD en kleinere 3D-modellen volstaat vaak een middenklasse professionele GPU. Zwaardere kaarten worden vooral relevant bij zeer grote assemblies, realtime raytracing, GPU-rendering en VR- en complexe visualisatie.

Ook de VRAM-capaciteit wordt steeds belangrijker. Grote modellen en hoge resoluties kunnen makkelijk meer dan 16 GB grafisch geheugen gebruiken.

Te weinig RAM veroorzaakt bij CAD-systemen vaak grotere prestatieproblemen dan een iets tragere CPU. Grote assemblies, simulaties en meerdere gelijktijdige applicaties kunnen het geheugengebruik snel laten oplopen.

Voor professioneel gebruik gelden tegenwoordig de volgende realistische minima: voor 2D CAD 16 GB, voor gemiddelde 3D CAD 32 GB, voor grote assemblies 64 GB en voor simulatie/FEA/CFD 128 GB of meer.

Bij bedrijfskritische engineeringtaken kan ECC-geheugen interessant zijn. ECC detecteert en corrigeert geheugenfouten automatisch. Dat vermindert het risico op stille datacorruptie tijdens langdurige simulaties of renderprocessen.

Voor veel kleinere workstations is ECC echter niet strikt noodzakelijk, maar in professionele productieomgevingen of R&D-afdelingen kan dat zinvol zijn.

NVMe-ssd’s zijn inmiddels standaard in professionele workstations, maar niet iedere SSD presteert hetzelfde bij engineeringworkloads. CAD-software werkt vaak met veel kleine bestanden, tijdelijke cachebestanden, frequente autosaves en grote projectstructuren. Daarom zijn lage latency en hoge random-I/O-prestaties vaak belangrijker dan maximale sequentiële doorvoersnelheden.

Een praktische opslagindeling is een configuratie uit meerdere drives: een snelle NVMe-SSD voor het besturingssysteem en de applicaties, een tweede NVMe-SSD voor de projectdata en NAS- of HADD-opslag voor archivering en back-ups. Daarmee voorkom je dat zware project-I/O het besturingssysteem vertraagt.

CAD-workloads belasten hardware langdurig en continu. Een systeem dat thermisch onvoldoende ontworpen is, zal terugklokken zodra de CPU of GPU te warm worden. Dat leidt tot langere berekeningstijden, wisselende prestaties, meer ventilatorgeluid en potentieel instabiel gedrag. Professionele workstations onderscheiden zich hier vaak van consumenten-pc’s door grotere koelreserves, conservatievere vermogensinstellingen, stabielere langdurige boostprestaties en betere luchtstromen. Voor langdurige CAM-berekeningen of simulaties is een consistente prestatie belangrijker dan korte benchmarkpieken.

Bij moderne productieomgevingen wordt steeds vaker centraal gewerkt met PDM- of PLM-systemen. Netwerkprestaties krijgen daardoor meer invloed op de dagelijkse workflow. Netwerken met 10 Gbit/s worden interessanter wanneer meerdere engineers aan grote assemblies werken, projecten centraal opgeslagen zijn, simulatieclusters gebruikt worden of grote CAM-datasets gedeeld worden. Langzame NAS-systemen kunnen bij minder snelle netwerken een verborgen bottleneck worden.

Professionele workstations zoals onder meer Lenovo die levert, bieden naast de hardware vaak extra voordelen, zoals ISV-certificering, langdurige driverondersteuning, onsite-support en gevalideerde componentcombinaties. Voor CAD-workstations bestaat geen universele ‘beste’ configuratie. De optimale balans hangt af van de gebruikte software en het type projecten.

In samenwerking met het TEC / CAD College (zie kader onder) hebben we een praktijktest gedaan met een Lenovo ThinkStation P3 Ultra met een Intel Core i5-14600-processor en een Nvidia RTX 2000 Ada grafische kaart en een Lenovo ThinkStation P5 TWR met een Intel Xeon w3-2535 met een Nvidia RTX PRO 4000 Blackwell – zie de tabel voor de belangrijkste specificaties.

Die twee Lenovo-workstations hebben we vergeleken met een eigen systeem met een Intel Core Ultra 9 285 en een Nvidia RTX A2000. De resultaten van de benchmarks die we gedraaid hebben staan in de tabel. De voornaamste conclusies: de singlecore-processorscores en de PCMark10-scores ontlopen elkaar niet veel, alhoewel de Xeon het met één kern duidelijk minder doet. Dat haalt hij bij de multicore-berekeningen wel in, maar komt daarbij alleen op het niveau van het P3-workstation. Het eigen TEC/CAD-systeem met een Intel Core Ultra 9 haalde daar echter dubbele waarden.

De verschillen worden groter bij de grafische tests. De Speed Way Core (rendering) van 3DMark komt met een RTX A2000 tot 1553 punten (oftewel 155,3 frames/seconden), terwijl de RTX 2000 Ada tot 2075 punten komt. De RTX PRO 4000 Blackwell haalt daar met een score van 5214 duidelijk meer dan het dubbele uit.

De Steel Nomad-score van 3DMark leidt tot eenzelfde beeld: 1377 voor de A2000, 1751 voor de 2000 Ada en 4640 voor de RTX Pro 400 Blackwell. Bij verschillende AI-beeldgeneratietests met Procyon waren de verhoudingen ongeveer hetzelfde. De eerlijkheid gebiedt te zeggen dat in het P3-systeem een PCIe 4.0 ssd zat (lezen en schrijven met ongeveer 7000 MB/s en IOPS waarden van respectievelijk 930k en 655k) en in het P5-systeem een PCIe 5.0-ssd (lezen en schrijven met zo’n 14000 MB/s en IOPS-waarden van 1312k en 857k).

De Lenovo-workstations zijn door TEC / CAD College getest met de CAD-software Revit voor bouw en installatiewerk, Inventor voor machinebouw en AutoCAD als algemeen tekenpakket. Het normale tekenwerk, bestanden opslaan en wisselen van aanzichten werkt lekker vlot op alle systemen. Er zijn een aantal opdrachten waar het verschil opvalt, maar dat zijn de taken die minder vaak voorkomen (renderen, converteren, krachtberekenen).

In de praktijk gaan gebruikers veel te maken krijgen met het aanpassen van associatieve modellen. Op dat vlak zijn de verschillen klein, maar die worden groter wanneer de modellen groter worden. De P3’s zullen voor een grote groep tekenaars geschikte systemen zijn. Voor (vrijstaande) woningbouw en een enkele machine zijn de P3 systemen krachtig genoeg.

De geteste P5 presteerde bij ons op bijna alle vlakken slechter. De kleine vertragingen in de software hebben dan een cumulatief effect en worden frustrerend. Voor grote utiliteitsbouw, appartementen en complete productielijnen is het misschien verstandiger om naar een krachtiger apparaat te kijken. Dat komt overeen met de gemeten single- en multicore-prestaties. Vooral in de bouw zijn wat krachtigere systemen nodig, de machinebouw heeft door de opzet van de software al een goede optimalisatie voor grote bestanden.

Bij enkele CAD-toepassingen wordt veel samengewerkt met andere partijen. Het is daarbij ongebruikelijk om bronmateriaal (.rvt) aan elkaar door te sturen. In plaats daarvan worden bestanden doorgestuurd in een uitwisselingsformaat (.ifc). Bij het laden van zo’n bestand moeten databases worden vertaald.

Die vertaaltijd hebben we geregistreerd: TEC/CAD 2:16 (100%), P3 2:25 (106%), P5 3:23 (153%). Afhankelijk van het bedrijf wordt dat een tiental tot hondertal keer per jaar gedaan. Het omzetten van IFC-bestanden naar Revit gaat op het P5-systeem dus opvallend langzamer.

Een CAD-model varieert veel van vorm. De tekenaar brengt relaties aan tussen de verschillende elementen. Bij de wijziging van één element gaan andere elementen mee. Het P5 systeem voelt daarbij trager, er zijn minder beeldverversingen bij het maken van veranderingen.

Die snelheid is bij kleinere modellen zoals van vrijstaande woningen en kleine machines praktisch niet merkbaar. Bij grotere modellen, zoals appartementencomplexen, kunnen kleine veranderingen een paar seconden vertraging opleveren. Waar dat bij het TEC/CAD-systeem ongeveer 3 seconden is, is dat bij het P3-systeem 4 seconden en bij de P5 meteen 7 seconden. Het werken met associatieve modellen gaat in het algemeen iets trager – maar bij de P5 opvallend veel trager.

Renderen in Revit wordt niet veel gedaan. De software is daar niet voor geoptimaliseerd. Opnieuw delft de P5 het onderspit, maar het verschilt met de P3’s is niet erg groot. De gemeten tijdsduur voor een taak: TEC/CAD 0:50 (100%), P3 1:24 (168%) en P5 1:36 (192%).

Inventor gebruikt een door de GPU versnelde rendermethode. Uit het Taakbeheer blijkt dat de GPU wel iets doet, maar dat vooral de CPU aan het werk is – in vergelijking met Revit wel met alle kernen deze keer.

De P5 is daarbij sneller. Maar het verschil met de Core Ultra 9 van het TEC/CAD-systeem is opvallend groot: TEC/CAD 2:48 (100%), P3 7:04 (252%) en P5 6:40 (238%).

Complexe vormen kunnen niet meer met de hand worden doorgerekend. Om materiaal de besparen en overdimensionering te voorkomen, kan de sterkte van een onderdeel worden berekend met een computer. Een voorzichtig ontworpen onderdeel wordt daarbij iteratief steeds opnieuw doorgerekend.

De snelheden van de berekeningen laten daarbij eenzelfde beeld zien: TEC/CAD 0:33 (100%), P3 0:39 (118%), en P5 0:40 (121%).

Om de pc’s stevig uit te dagen hebben we een 2D kadastrale kaart van Nijmegen-centrum ingeladen. De tekening bevat bijna 3 miljoen lijntjes en bogen. Alle workstations konden dergelijke tekeningen goed openen en verwerken. Het P3-systeem is merkbaar trager, maar alleen bij bewerkingen waarbij veel elementen tegelijk aangepast worden.

De geteste CAD-systemen renderen niet volledig over de GPU. Andere soorten software doen dat uiteraard wel, maar valt dat niet meer onder de CAD-software en is bij deze test dan ook achterwege gelaten.

Voor CAD-toepassingen zijn een snelle singlecore-processor en een eveneens vlotte grafische kaart essentieel. Een Xeon-processor voldoet daar minder aan, die is meer geschikt voor multicore-toepassingen. Een Intel Core i5-14600 komt nog prima mee, maar een Core Ultra 9 presteert beter.

De grafische Blackwell-kaarten van Nvidia zijn een meer dan welkome aanvulling in een CAD-workstation, maar nog moeilijk verkrijgbaar. De Ada-voorganger doet het op dit moment ook nog prima.

We hopen met deze test een beeld gegeven te hebben van wat voor CAD daadwerkelijk belangrijk is. Het is per gebruiksscenario echter noodzakelijk de systeemwensen duidelijk te krijgen, waarbij met name de gebruikte software relevant is voor wat de juiset hardwarecomponenten moeten zijn.

Het voordeel van de P3 en P5 Thinkstations van Lenovo is dat ze in hoge mate configureerbaar zijn, je kunt kiezen uit de processor, grafische kaart en de grootte van het werkgeheugen – in overeenstemming met het beschikbare budget. Daardoor moet het mogelijk zijn voor elke specifieke CAD-eisen een optimaal workstation samen te stellen.

Via deze link of de button hieronder kun je een e-book downloaden waar onder andere in wordt behandeld waarom moderne CAD-workflows sterker leunen op lokale rekenkracht.