图形工作站
专业从事图形、图像与视频工作的专用电脑的总称
“图形工作站”是一种专业从事图形、图像(静态)、图像(动态)与视频工作的高档次专用电脑的总称。从工作站的用途来看,无论是三维动画数据可视化处理乃至cad/cameda,都要求系统具有很强的图形处理能力,从这个意义上来说,可以认为大部分工作站都用作图形工作站。
应用领域
现已被广泛地使用在以下领域。
◇ 专业平面设计, 如广告、媒体设计
◇ CAD/CAM/CAE,如机械、模具设计与制造
影视动画,如三维的影视特效
◇视频监控/检测,如产品的视觉检测
◇虚拟现实,如船舶、飞行器的模拟驾驶
军事仿真,如三维的战斗环境模拟
分类
从软硬件平台来看,工作站可分为:
◇ Unix工作站,基于Unix/RISC的传统Unix工作站
◇ NT工作站,基于Windows/Intel架构的新型NT工作站
从结构形式来看,工作站可分为:
◇台式工作站
◇机架式工作站
◇刀片式工作站
性能介绍
一般说来,计算机图形是将抽象的数据信息转换成计算机显示器的发光点的过程,不同类型的抽象信息需要不同类型的处理过程。抽象信息通常分为2d或3d,二者有着本质的不同:2d图形用2d向量、2d区域和光栅数据,而3d图形使用3d向量和3d表面。3d表面可以具有不同的光高度和不同的颜色,可以透明或不透明,也可以是堆叠的对象。3d图形常用来表达以下三类信息:
●3d表面—如cad系统中的机械设计;
●图形图像处理;
高性能计算—如有限元分析、流体计算、材料模拟计算、分子模拟计算等等
●现实世界的仿真—如飞行仿真虚拟现实系统
●影视动画—如3D动画视频编辑、特效合成、动画渲染等等。
在大多数工作站应用中,3d图形性能是构成整个系统性能的关键因素之一。因此,衡量图形工作站的性能主要是看3d图形性能。
图形工作站性能的度量
如何来评判一台工作站的图形性能呢?那就是spec(standard performance evaluation council)提供的世界公认的图形标准度量,其中主要的图形性能指标为:
1、specfp95
specfp95是系统浮点数运算能力的指标,一般说来,specfp值越高,系统的3d图形能力越强。
2、xmark93
xmark93是系统运x-windows性能的度量。
3、plb
plb(picture level benchmark)分为plbwire93和plbsurf93,是由specino gpc分会制定的标准。plbwire93表示几个常用3d线框操作的几何平均值,而plbsurf93表示几个常用的3d面操作的几何平均值。
4、opengl
opengl是与图形硬件的标准软件接口,允许编程人员创建交互式3d应用。open gl常用的性能指标有两个:cdrs和dx。其中,cdrs包含7种不同的测试,是关于3d建模和再现的度量,它是以ptc(parametric technology)公司的caid应用为基准的。dx则基于ibm的通用软件包visualization data explorer(dx),用于科学数据可视化和分析的能力测定,它包含10种不同的测试,通过加权平均来得出最后的值。
应该说,评判一台图形工作站的性能是件复杂的事情,如果用户自己有现成的应用,不妨就用它作为尺度来评测一下各家的产品,如此就可避免雾里看花,从各有千秋的产品中选出适合自己的款式。
因素产生
图形加速卡
图形加速卡是决定一台图形工作站性能的主要因素。WIN7工作站之所以主导图形计算市场的主要原因,就是它们都有高性能的图形加速卡,日前主要是丽台系列和ATI系列专用图形显卡。通常,图形卡的功能分为图形加速和帧缓冲(frame buffer)两部分,形成从数据输入到输出至dac的管道(pipeline)。管道的前部运算可以由系统的主CPU完成,为了提高性能,也可能由专门的硬件完成;NVIDIA进军高性能计算领域,推出了Tesla&CUDA高性能计算系列解决方案,CUDA技术,一种基于NVIDIA图形处理器(GPU)上全新的并行计算体系架构,让科学家、工程师和其他专业技术人员能够解决以前无法解决的问题,作为一个专用高性能GPU计算解决方案,NVIDIA把超级计算能够带给任何工作站或服务器,以及标准、基于CPU的服务器集群。CUDA的数目在很大程度上已经决定了显卡的性能。显存已经普及到第五代GDDR5,带宽也达到了几十GB每秒。
系统cpu
CPU也是决定图形工作站性能的主要因素。全新的英特尔NEHALEM架构,解放了主板北桥芯片,内存控制器直接通过QPI通道集成在CPU上,彻底解决的前端总线带宽瓶颈,与桌面机相比性能提升巨大。在南桥芯片上也有了很大的改进,显卡插槽换成了超带宽PCI-E X16第二代插槽。
系统内存
系统内存的速度(latency)和容量是决定系统图形处理性能的重要因素,常见的3d图形应用通常都要占据大量的内存,这也成了制约工作站往中高端市场发展的一个因素。在2011年,工作站和服务器上已经使用了REG内存,REG内存带有ECC功能(错误检查纠正)又带有缓存,数据存取和纠错能力保证了工作站的性能和稳定性。
系统io
最终决定一个图形工作站的性能高低并非上述这些孤立的要素,它们之间的数据传递协同工作至为关键。系统i/o作为各要素(cpu、内存、图形卡)间数据传递的通道。把图形加速卡插在专门的高速插槽上,而非一般的pci插槽上,是解决系统性能瓶颈的重要手段。
操作系统
操作系统也是一个不容忽视的因素,操作系统对于图形操作的优化以及3d图形应用对于操作系统的优化,都是影响最终性能的重要因素。作为世界标准的opengl提供2d和3d图形函数,包括建模、变换、着色、光照、平滑阴影、以及高级特点如纹理映射、nurbs、x混和等。使用64位的opengl库,并利用操作系统的64位寻址能力,可以大幅度提高opengl应用的性能。支持4G及以上内存和双屏以上显示的WIN764位系统可以最大程度的发挥正太工作站的性能,DELL、联想苹果都提供正版WIN7旗舰、专业系统。
知名品牌
市场上主要厂家包括:惠普DELL、联想、Gisdom、XASUN,其中惠普的产品特点是优质优价,DELL的产品特点是薄利多销(相对),联想收购了原IBM的think品牌3年后开始正式涉足工作站市场,XASUN特点定制图形工作站,例如塔式、超级、机架、便携、特种等规格。而中高端的工作站是无法找到与之相对应的组装机的,工作站都是由品牌厂商经过ISV认证测试才能确定配置范围的,稳定性和售后服务具有品牌优势。工作站配置灵活、使用方便、维护/开发成本低等优势,已被广大用户所认同、接收,一般所说的“工作站”也是特指这一类产品。
特性
大部分用户一直存在这样一个疑问:“为何图形工作站的价格要大大超出普通电脑,难道仅仅是因为使用了一些高档、高价的部件?”由于工作站具有特殊的应用定位,这就决定了其在性能、可扩充性、稳定性、图形/图像画质等多方面要大大超越普通电脑,但是:图形工作站绝对不是普通电脑的简单增强!工作站的配置准则在于:切实了解应用单位需求,以合理的价格组建一个符合应用软件要求的稳定、高速、高效的设计平台,以最大程度地实现设计人员的设计意图,使之真正成为提高生产力的工具。这与普通办公、家用电脑注重多媒体性能和价格因素的配置方法是截然不同的。
稳定性
图形工作站面向关键和大计算量应用,要求各部件具有较高的稳定性。因系统运行错误(如普通PC经常因内存数据错误造成当机)而造成的程序中止、图档资料丢失等都令人极度沮丧。而普通显示器长期工作所发生的画面变形等问题,则是任何一个设计人员都不愿意看到的。消费类市场上那些产品,由于品牌定位等原因,在稳定性方面根本无法满足专业图形工作站的要求。图形工作站所使用的关键部件,自产品设计之时便以稳定性为第一标准,如ECC内存的使用,便可最大限度地杜绝上述类似事件的发生。
安全性
图形工作的最后步骤就是输出图档、图像,但无论这些设计成品是否已提交给客户或者投入使用,都必须通过文件的形式保存在计算机及其外部存储设备中。只通过单机的硬盘来保存数据,这只是在经费不足及安全性要求不高的前提下所使用的方法(硬盘是计算机中少有的包含大量机械部件的产品,其故障率很高,特别是普通PC的IDE硬盘),即使是使用刻录机进行文件的保护,也只是简单的“拷贝”。多硬盘建立磁盘阵列磁带机/库备份数据、外部存储设备保存数据,这才是真正有意义的数据保护方式,这些都是普通PC所无法进行的。在关键的应用中,通过异地保存、异地备份的方式,是避免灾难性结果的最好方法。
运行连续性
图形工作站往往数十小时连续运行(典型的如模具CAD/CAM和模拟船舶驾驶等应用),这要求工作站系统能够承受长时间的连续大负荷运行。这就象部门级、企业级网络服务器一样,最大限度地杜绝“计划外停机”事件的发生,是保证工作站最大发挥生产力的准则!虽然一些高档、高价的普通PC也具有一定的稳定性,但是对于工作站的应用来说,那远远不够!即使您的普通PC的一些部件具有良好的保修,但是其返修及再次装配的时间还是会造成工作的停顿。工作站的部件以稳定为第一,是系统最大生产力发挥的有利保障。
性能
当进行大部件、多部件的装配和动画中复杂场景的渲染时,普通的Pentium4系统根本无法满足要求,必须使用Xeon甚至是多CPU的SMP系统。而大幅面的Photoshop效果图和复杂的CAM图档尺寸往往达到数百兆甚至1G以上,处理这些文件必须具有超大容量内存和速度极快的硬盘系统,比较典型的是由两个硬盘组建RAID 0,从实际使用效果来看,可以提高硬盘系统60~70%的性能。
23D画面质量
典型地,复杂动画场景的渲染错误和CAD/CAM中面与面衔接线的锯齿、断裂,这是普通显示卡必定会存在的问题,而专业图形加速卡在产品设计时便会考虑到这些,可以最大程度地避免此类现象。
工作站
工作站是一种高档的微型计算机,通常配有高分辨率的大屏幕显示器及容量很大的内存储器和外部存储器,并且具有较强的信息处理功能和高性能的图形、图像处理以及联网功能。以往由于笔记本电脑的图形功能的限制,使它无法完成一些诸如3D图形设计、CAD产品设计等这样一类对图形显示要求很高的工作。如今,无论是从处理器性能主板芯片组图形芯片部分,甚至诸如DVD-RW周边外设,都可以与台式机所比肩,当前的高端笔记本电脑的综合性能已经开始逼近主流的台式机,加上笔记本电脑与生俱来的便于携带、占用空间小、功耗低以及性能稳定等特点,使得越来越多的人开始对产生笔记本图形工作站发生兴趣。同时在日趋激烈的市场竞争中,往往更高的配置更加容易吸引用户。DELL、IBM惠普东芝等公司也纷纷将研发精力投入到了这一领域中来。
产品特点
笔记本图形工作站设计的思路就完全同便携性笔记本电脑不同,后者考虑的是笔记本的重量、功耗以及整合性,而前者需要考虑的是采用更高速的处理器、更大的内存容量、更快速的图形芯片以及其他附属设计。
内存
随着Intel酷睿新一代32纳米CPU技术的成熟,其处理能力已经可以同高端的组装电脑处理器媲美,同时由于其功耗更低,更加省电,延长了工作时间。不过Intel已经发布了最高主频为2.5GHz的版本i7-2920处理器,DELL推出了采用相应处理器的移动工作站precision M6600。
内存对图形工作站的性能发挥也有着决定性的作用,内存太小会直接导致大型专业软件运行速度减慢,影响工作效率
芯片
高性能笔记本电脑的图形芯片部分一般都配置了具有硬件T&L引擎的外置版本,由于芯片组整合的图形芯片受到核心复杂度以及功耗方面的考虑,不可能以性能为设计根本目标。而外置的移动图形芯片是专门为笔记本电脑开发的,在兼顾功耗的情况下大大提升了笔记本的图形性能。而且可以很流畅的建模作图等完成一些工作站两相对来说大一点的图形处理。nVIDIA以及ATI发布了对应的移动专业图形卡显示芯片,比如Q1000M,Q2000M、Q3000M,采用的都是GDDR5显存,显存容量更是达到了2G,在笔记本上进行CAD制图以及3D建模等应用已经成为现实。
选购方式
在图形设计领域,普通电脑由于配置上的不足,在设计大型3D图像时显得有些“心有余而力不足”,图形工作站由于配备了专业显卡和处理器,在设计大型3D图像时更能轻松面对,但对于企业用户而言,他们最关心的是图形工作站的实际购买,市场上的图形工作站价格不一,配置复杂,企业用户需要掌握图形工作站的基本购买技巧。
价格
市场上的图形工作站有万元内的低端机型,也有3万元以上的高端产品,用户需要根据实际应用情况,合理选择适当的价位,如果资金充足,可以购买一些高端的图形工作站,比如33000元的DELL PRECISION T7500,其采用了2 Intel至强六核X5650处理器、32GB REG-ECC专用内存、2G NVIDIA Quadro 4000显卡、500GB SATA硬盘四块,可以胜任大型3D图形设计和渲染的需要,同时可以4个硬盘的RAID0 1 5 6 10磁盘阵列。但对于小型企业而言,由于资金不足,建议购买万元级别的图形工作站,比如11000的PRECISION T3500,其配置为Intel至强四核3.2GHz W3565处理器、8GBREGDDR3内存、1G 的 ATI V4800显卡、500GB SATA硬盘三块。对于资金层次更低的用户可以选用万元以下的工作站,比如 T1600 配一个至强四核3.3G E3-1245 处理器,4G内存,500GSATA硬盘,Q600显卡,其价格也不超过7000(不含税)。
实际应用
有时候为了满足特定的应用需要,在价格上就不可以“随便”取舍,而要根据企业的实际应用进行选购,一般情况下,从事三维CAD零件设计、简单三维动画制作以及平面广告设计,建议选择入门级图形工作站比较适合,而从事复杂的主流3DCAD/CAM、工程分析计算、仿真模拟、复杂三维动画创作等,则可以考虑选择中高端图形工作站。当然,也可以根据应用软件来定位,不同档次的图形设计软件对工作站档次的要求不同,比如使用Maya或3D StudioMAX进行3D动画设计,此时需要选择高端图形工作站,而使用PhotoShop或AutoCAD比较多时,则可以适当降低图形工作站的级别。
核心部件
与所有的普通PC一样,CPU、显卡、内存等也是图形工作站的核心,市场上的主流图形工作站一般采用的是AMD Opteron或Intel Xeon处理器,这类产品具有很强大的多媒体影像处理能力,适合中高端用户购买,比如AMDOpteron支持HyperTransport技术,可以通过消除或者减少I/O瓶颈,使处理视频、图形及支持通信的引擎可以减轻工作负担,需要注意的是,尽管他们在性能上表现不俗,但在图形制作方面,与服务器专用CPU相比还存在一定的差距,因此适合中低端用户购买。
显卡无疑是图形工作站上最重要的部件,在图形工作站中大多配备了专业图形卡,市场上的专业显卡主要有ATI FireGL系列及nVIDIAQuadro系列,不过取向各有不同,比如nVIDIAQuadro系列最为均衡,线框加速和渲染同样出色,适合CAD/CAM用户以及DCC用户;ATiFireGL系列渲染能力超强,但线框加速明显不足,在虚拟现实的应用中可能更好。对于内存而言,建议至少选择4GB容量的机型,并且一定要支持ECC最好是REG技术,这样能带来更有效稳定的执行效果。硬盘选择SATA接口的500GB或更大容量都可以,具体按实际需要而定。从数据安全性上考虑最好做成磁盘冗余阵列。
市面上的图形工作站日益增多,而工作站与普通PC有什么不同,专业显卡到底专在哪里,很多人不理解,网络上有一些专业的解释。工作站的特点就是对用户的特殊应用需求而做特殊的硬件优化。如传统的图形工作站能为给它分配的任务如数据压缩、图形制作、模型分析等提供最好的性能。它很多时候都是针对与通用的操作系统不同的私人操作系统和专业软件而设计的;PC机的典型工作是能运行流行的商业软件和其他一些简单应用。从价格角度来看工作站的需求一般在1万元以上。一万元以下的低端工作站主要用于一些学校的2D/3D教学。从产品的配置来看,工作站采用的配置有时与服务器相同,如高端工作站的CPU可能用双路XEON,硬盘可能用SCSI接口硬盘和热插拔技术,电源可能用冗余等。而PC机不会用这些配置。同时工作站一般采用专业显卡如NIVIDA的QUADRO系列显卡和ATI的FIREGL系列显卡。专业工作站都采用多路多核处理器,即是基于单个半导体的一个处理器上拥有多个一样功能的处理器核心。能带来更多的性能和生产力优势,因而最终成为一种广泛普及的计算模式。多核处理器还在推动PC安全性和虚拟技术方面起到关键作用,虚拟技术的发展能够提供更好的保护、更高的资源使用率和更可观的商业计算市场价值多核心处理器可以为战胜今天的处理器设计挑战提供一种立竿见影、经济有效的技术――降低随着单核心处理器的频率(即“时钟速度”)的不断上升而增高的热量和功耗,能够有效的节能。多核心处理器有助于为将来更加先进的软件提供卓越的性能。现有的操作系统( Win7 32/64位)都能够受益于多核心处理器。专业工作站的性能需求进一步提升时,双路或多路多核心处理器可以为合理地提高性能提供一个理想的平台。
因此,软件应用程序利用多核处理器进行开发在国外已经普及。工作站基于专业图形卡为平台,成为处理图形、图像及影视合成的利器在图形处理器的硬件设计中采用不同的理念。专业应用软件中往往更多的时间是在显示模型正在创建和编辑中的状态,因此线框模式、阴影模式下的性能也是至关重要的,各种专业软件所涉及到的功能都应该在硬件上予以支持。另一方面,从性能上来说,像高级场景渲染、CAD/CAM、影视三维动画等应用领域,往往会遇上非常大的模型和许多光源,因此图形系统的几何与光线处理能力是至关重要的。在各自的驱动程序上也有本质区别. 专业图形卡由于面向范围广泛的专业应用软件,因此它必须要能够对所有的OpenGL函数都予以支持。首先,专业卡的驱动程序完全针对OpenGL进行优化,同时针对各个不同应用程序的特别之处采用专门的解决办法。如在驱动程序里面提供各种主要软件的优化设置选项,为某些软件提供专门的驱动程序(如有些专业卡附带的增值驱动等)。专业软件对于特效的要求很高,要能够支持非常多的特效,这不是普通游戏卡所能满足的。专业卡不光是针对专业软件进行优化,而且还能更好的配合多CPU系统的工作。专业卡的多边形生成率等指标比普通游戏卡要求高,高档的专业显卡可能有多个显示处理芯片用以提高性能,同时为了处理更大的材质和在更高分辨率下工作,通常配备更多的显存。这也是它价格非常高的原因。显卡介绍:
* 显存类型GDDR3,其他位GDDR45
** 浮点计算单位:GFlops
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对日常技术和商业应用来说,sun ultra 5工作站的价格和性能都是合适的。它采用270mhz ultrasparc-lli处理器,浮点和整数性能在同类产品中表现不俗。而且,借助简化安装和管理的新型图形桌面工具,使这些能力用起来得心应手。
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PRECISION
DELL的PRECISION工作站是新一代基于英特尔NEHALEM架构的工作站。取消主板上传统的北桥价格,通过多路的QPI链接内存和CPU上的内存控制器,解决了CPU和内存数据交换速度的瓶颈,处理性能有了质的变化。允许用户控制大量的、复杂的、不断增长的数据集,这些数据集会使常规计算机系统陷入困境。
它采用英特尔至强四核、六核甚至多个处理器,浮点和整数性能在同类产品中有强劲的表现。比如戴尔PRECISION T7500 可以装两颗六核3.46GHz的X5690 CPU,最大内存可以达到192GB,最大可以装7块硬盘,插两块超大功率的显卡。扩展性能和兼容性能都非常出色。
对技术、商业和3d内容创作的用户来讲,资金的投入和产出是他们最关心的问题,DELL PRECISION工作站具备超节能标准,可以为企业省去80%的电费开支,而一年后这些开支足以购买一台新的工作站了。DELL PRECISION配备了行业最高标准的硬件,每款型号在发布前都要经过80多家世界主流软件的测试认证,对于软件性能的发挥具有无与伦比的优势,同时也是软件兼容性的最大保障。其能力足以运行要求极其严格苛刻的应用软件。而且,快速磁盘冗余存取阵列可提供极快的处理速度和吞吐量。另外,它使用的双头和24英寸监视器,则意味着有更多的可视区。戴尔工作站产品从几千元到几万元涵盖了很多种型号,可以满足不同层次公司的需求,显卡可选择NVS295 NVS300 Q600 Q2000 Q4000 Q5000 Q6000。
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如果客户想提高3d图形功能或企业和工作组的工作效率,同时还要注意节约开支,那么rs/6000 43p model 150是一个选择。这种紧凑且可扩充的桌面系统是功能、性能、价格的有机组合,它能满足工程师和小企业等方面用户的要求。model 150配置的软件和通信设备,又可使其成为电子商务服务器。
model 150的3d性能是model 140工作站的两倍,所采用的powerpc 604e处理器的时钟频率提高到375mhz,1gb的sdram可快速处理多种3d图形设计和网络商务应用程序。
对要求性能优越的工作站用户,model 150安装了强大的3d图形加速卡power gxt3000p,为高级3d solid modeling应用程序提供了理想的解决方案。每一台model 150都内置一个table端口用于图形外设,10/100 mbps以太网和ultra scsi存储控制器都被合并置于系统主板上,所以model 150上的5个扩展槽可以添加如图形加速卡、通讯适配器或者存储控制器等设备。
modem 150上内置的ultra scsi盘的存储容量可从4.5gb扩展到27.3gb,model 150最大还可支持245.8gb的外部scsi存储设备,也支持ssa(串行存储体系)的硬盘,利用ssa可以为modem 150安装873.6gb的外部硬盘。
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XASUN 是国内一家从事图形工作站硬件配置的品牌,产品包括服务器、工作站、高速存储、集群系统等系列,主要专注于高性能计算、CAD/CAM/ CAE、动画渲染、虚拟仿真影视后期、数据库应用、视觉计算等领域,最大限度限度满足应用软件的定制硬件要求.
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产品主要系列:
1.通用系列 XASUN T3,T5---满足90%以上的应用
2.超级系列 XASUN EX5,EX5G,EX7---拥有超强的计算能力,CPU、GPU、硬盘超级性能
3 便携系列 XASUN P5,P5T---为移动环境提供最强的工作站解决方案
4.机架式 XASUN R5----提供远程工作站和虚拟工作站中心提供强大的解决方案
5.特种系列 XASUN M5---为特殊环境、特殊应用的提供工作站解决方案
6.静音分布式集群 ----把高性能计算集群搬到办公环境
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配置工作站还是要根据使用者的切实情况,以合理的价格组建一个符合应用软件运行要求的的系统配置,不同的行业类型需求可能不同,比如做模具的和做动画媒体的显卡、内存、CPU要求都不相同,做模具要求更好的CPU和更大的内存,但对显卡的要求不是很高;而三维动画则对显卡也有更高的要求。能发挥所用软件的性能是组建工作站的基本原则,如何用有限的资源实现企业效益的提升对于企业CIO和企业领导来说尤为重要。
工作站应用刚刚起步。但国外的纺织、机械、CAD、三维应用已经成熟,专业软件和硬件配套都领先于国内企业。用北京某位机械设计公司信息主任话来说:升级设备除了性能方面的因素外,更为重要的是,对于研发带销售的企业来说研发是企业的核心,低效的工作背后的设计和人力资源成本非常高。而稳定、易用的设计平台不仅可以降低人力成本,还可以帮助设计人员突破技术瓶颈,不断地推陈出新,从而带动企业效益的提升。
人口红利效应递减的今天,中国制造面临激烈的国际竞争的背景下,向效率要效益不失为一种可行的发展思路。
参考资料
最新修订时间:2023-11-24 08:54
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