圖形工作站

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什麼是圖形工作站

  圖形工作站是一種專業從事圖形、圖像(靜態)、圖像(動態)與視頻工作的高檔次專用電腦的總稱。從工作站的用途來看,無論是三維動畫數據可視化處理乃至cad/cam和eda,都要求系統具有很強的圖形處理能力,從這個意義上來說,可以認為大部分工作站都用作圖形工作站。

圖形工作站的特點

  穩定性:

  圖形工作站面向關鍵和大計算量應用,要求各部件具有較高的穩定性。因系統運行錯誤(如普通PC經常因記憶體數據錯誤造成當機)而造成的程式中止、圖檔資料丟失等都令人極度沮喪。而普通顯示器長期工作所發生的畫面變形等問題,則是任何一個設計人員都不願意看到的。消費類市場上那些產品,由於品牌定位等原因,在穩定性方面根本無法滿足專業圖形工作站的要求。圖形工作站所使用的關鍵部件,自產品設計之時便以穩定性為第一標準,如ECC記憶體的使用,便可最大限度地杜絕上述類似事件的發生。

  安全性:

  圖形工作的最後步驟就是輸出圖檔、圖像,但無論這些設計成品是否已提交給客戶或者投入使用,都必須通過文件的形式保存在電腦及其外部存儲設備中。只通過單機的硬碟來保存數據,這隻是在經費不足及安全性要求不高的前提下所使用的方法(硬碟是電腦中少有的包含大量機械部件的產品,其故障率很高,特別是普通PC的IDE硬碟),即使是使用刻錄機進行文件的保護,也只是簡單的“拷貝”。多硬碟建立磁碟陣列、磁帶機/庫備份數據、外部存儲設備保存數據,這才是真正有意義的數據保護方式,這些都是普通PC所無法進行的。在關鍵的應用中,通過異地保存、異地備份的方式,是避免災難性結果的最好方法。

  運行連續性:

  圖形工作站往往數十小時連續運行(典型的如模具CAD/CAM模擬船舶駕駛等應用),這要求工作站系統能夠承受長時間的連續大負荷運行。這就象部門級、企業級網路服務器一樣,最大限度地杜絕“計劃外停機”事件的發生,是保證工作站最大發揮生產力的準則!雖然一些高檔、高價的普通PC也具有一定的穩定性,但是對於工作站的應用來說,那遠遠不夠!即使您的普通PC的一些部件具有良好的保修,但是其返修及再次裝配的時間還是會造成工作的停頓。工作站的部件以穩定為第一,是系統最大生產力發揮的有利保障。

  性能:

  當進行大部件、多部件的裝配和動畫中複雜場景的渲染時,普通的Pentium4系統根本無法滿足要求,必須使用Xeon甚至是多CPU的SMP系統。而大幅面的Photoshop效果圖和複雜的CAM圖檔尺寸往往達到數百兆甚至1G以上,處理這些文件必須具有超大容量記憶體和速度極快的硬碟系統,比較典型的是由兩個硬碟組建RAID 0,從實際使用效果來看,可以提高硬碟系統60~70%的性能。

  2D/3D畫面質量

  典型地,複雜動畫場景的渲染錯誤和CAD/CAM中面與面銜接線的鋸齒、斷裂,這是普通顯示卡必定會存在的問題,而專業圖形加速卡在產品設計時便會考慮到這些,可以最大程度地避免此類現象。

圖形工作站應用領域

  現已被廣泛地使用在以下領域。

  ◇ 專業平面設計, 如廣告媒體設計

  ◇ 建築/裝潢設計,如建築效果圖

  ◇ CAD/CAM/CAE,如機械、模具設計與製造

  ◇視頻編輯,如非線性編輯

  ◇ 影視動畫,如三維的影視特效

  ◇視頻監控/檢測,如產品的視覺檢測

  ◇虛擬現實,如船舶、飛行器的模擬駕駛

  ◇ 軍事模擬,如三維的戰鬥環境模擬

圖形工作站分類

  從軟硬體平臺來看,工作站可分為:

  ◇ Unix工作站,基於Unix/RISC的傳統Unix工作站

  ◇ NT工作站,基於Windows/Intel架構的新型NT工作站

  從結構形式來看,工作站可分為:

  ◇台式工作站

  ◇超級圖形工作站

  ◇機架式工作站

  ◇刀片式工作站

  ◇移動工作站。

圖形工作站影響因素

  圖形加速卡

  圖形加速卡是決定一臺圖形工作站性能的主要因素。WIN7工作站之所以主導圖形計算市場的主要原因,就是它們都有高性能的圖形加速卡,日前主要是麗台系列和ATI系列專用圖形顯卡。通常,圖形卡的功能分為圖形加速和幀緩衝(frame buffer)兩部分,形成從數據輸入到輸出至dac的管道(pipeline)。管道的前部運算可以由系統的主CPU完成,為了提高性能,也可能由專門的硬體完成;NVIDIA進軍高性能計算領域,推出了Tesla&CUDA高性能計算系列解決方案,CUDA技術,一種基於NVIDIA圖形處理器GPU)上全新的並行計算體系架構,讓科學家、工程師和其他專業技術人員能夠解決以前無法解決的問題,作為一個專用高性能GPU計算解決方案,NVIDIA把超級計算能夠帶給任何工作站或伺服器,以及標準、基於CPU的伺服器集群。CUDA的數目在很大程度上已經決定了顯卡的性能。顯存已經普及到第五代GDDR5,帶寬也達到了幾十GB每秒。

  系統cpu

  CPU也是決定圖形工作站性能的主要因素。全新的英特爾NEHALEM架構,解放了主板北橋晶元,記憶體控制器直接通過QPI通道集成在CPU上,徹底解決的前端匯流排帶寬瓶頸,與桌面機相比性能提升巨大。在南橋晶元上也有了很大的改進,顯卡插槽換成了超帶寬PCI-E X16第二代插槽。

  系統記憶體

  系統記憶體的速度(latency)和容量是決定系統圖形處理性能的重要因素,常見的3d圖形應用通常都要占據大量的記憶體,這也成了制約工作站往中高端市場發展的一個因素。在2011年,工作站和伺服器上已經使用了REG記憶體,REG記憶體帶有ECC功能(錯誤檢查糾正)又帶有緩存,數據存取和糾錯能力保證了工作站的性能和穩定性

  系統i/o

  最終決定一個圖形工作站的性能高低並非上述這些孤立的要素,它們之間的數據傳遞和協同工作至為關鍵。系統i/o作為各要素(cpu、記憶體、圖形卡)間數據傳遞的通道。把圖形加速卡插在專門的高速插槽上,而非一般的pci插槽上,是解決系統性能瓶頸的重要手段。

  操作系統(os)

  操作系統也是一個不容忽視的因素,操作系統對於圖形操作的優化以及3d圖形應用對於操作系統的優化,都是影響最終性能的重要因素。作為世界標準的opengl提供2d和3d圖形函數,包括建模、變換、著色、光照、平滑陰影、以及高級特點如紋理映射、nurbs、x混和等。使用64位的opengl庫,並利用操作系統的64位定址能力,可以大幅度提高opengl應用的性能。支持4G及以上記憶體和雙屏以上顯示的WIN764位系統可以最大程度的發揮正太工作站的性能,DELL聯想蘋果都提供正版WIN7旗艦、專業系統。

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