图形工作站是什么-USB迷|专注于互联网分享

2024年2月22日发(作者：求念)

图形工作站的定义　　“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/cam和eda，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。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

　　◇ 建筑/装潢设计，如建筑效果图

　　◇ CAD/CAM/CAE，如机械、模具设计与制造

　　◇ 视频编辑，如非线性编辑

　　◇ 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图形工作站分类　　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、刀片式工作站和移动工作站。图形工作站的性能　　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；　　●现实世界的仿真—如飞行仿真和虚拟现实系统；　　●抽象—如流体动力分析中的压力、温度和流向。　　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。图形工作站的影响因素　　1、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。UNIX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，而且各厂家都投入大量的研发资金用来不断提升图形卡的处理性能。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；后部的帧缓冲通过ram来实现，容量从几个mb到几十个mb不等。近年来，为了满足动画和图像处理对纹理映射（texture mapping）和光照（lighting）技术的要求，许多厂商的图形卡增加了专门的浮点硬件处理单元和纹理内存（texture memory）。　　2、系统cpu　　CPU也是决定图形工作站性能的主要因素。unix工作站的cpu基于risc体系结构，各主要厂商的risc实现为：sun的sparc、hp的pa-risc、sgi的mipsr10000、digital的alpha和ibm的powerpc等。risc体系结构的浮点运算能力和cisc（intel）体系结构相比具有先天的优势，它提供更多的浮点堆栈，因此，risc芯片通常比intel芯片具有更高的specfp值，因而具备更高的3d图形再现能力。　　另外，有些厂商为了提高芯片的图形处理能力，在cpu上增加了许多常见的图形处理指令，如sun公司的ultrasparc上带有可视化指令集（visual instruction set），这大大提高了系统的图形处理性能。　　值得注意的是，intel公司最新推出的pentium xeon芯片增加了agp处理单元，在一定程度上增强了芯片的图形处理能力。　　3、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nt工作站往中高端市场发展的一个因素。　　4、系统i/o　　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和协同工作至为关键。系统i/o作为各要素（cpu、内存、图形卡）间数据传递的通道，其带宽是决定系统性能的关键，带宽太低通常成为系统性能的瓶颈。　　为了提高系统i/o带宽，一些厂商如sun和sgi，都设计了特定的系统i/o体系结构，来提高i/o带宽，例如sun的upa总线带宽达1.9gb/s，sgi的xpa达1.2gb/s。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。　　5、操作系统（os）　　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

　　　　◇ 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。

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。图形工作站品牌　　市场上主要厂家包括：惠普、DELL、联想、SUN，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，SUN在小型机时代工作站性能很强，但在X86时代日渐世微，被甲骨文收购后目前状况不明。　　而NT工作站由于具有价格低廉、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。图形工作站特性　　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。

　　笔记本图形工作站三大特点　　　　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。

　　　高主频处理器+大容量的内存

　　随着Intel已经正式发布基于Banias核心的Pentium M处理器，其工作频率已由最初的1.3GHz发展到现在的1.7GHz和1.8GHz，其处理能力已经可以同Penetium 4-M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2.66GHz的版本Pentium 4-M处理器，也有些厂商推出了采用相应处理器的移动工作站。

　　内存对图形工作站的性能发挥也有着决定性的作用，目前厂商推出的移动图形工作站的内存配置都在512MB内存，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。

　　　高性能图形芯片

　　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。目前主流的移动图形芯片已经可以很流畅地运行3D游戏，而且nVIDIA以及ATI发布了对应的移动专业图形卡显示芯片，在笔记本上进行CAD制图以及3D建模等应用已经不再是奢望了。如何选购图形工作站　　◇ 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。

　　◇ 2D/3D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。移动图形工作站　　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CD-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。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。

　　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。　　1．价格的取舍　　　　市场上的图形工作站有万元内的低端机型，也有4万元以上的高端产品，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40000元的ThinkStation D30，其采用了2 Intel至强四核 E5-2600处理器、4GBFB-DIMM内存、512MB NVIDIA Quadro FX 1700显卡、500GBSATA硬盘，可以胜任大型3D图形设计的需要。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13000的ThinkStation S30，其配置为Intel 酷睿2 E5-1630处理器、2GB ECC DDR3内存、512MB NVIDIAQuadro FX 1700显卡、500GBSATA硬盘。　　2．考虑实际应用　　　　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。　　3．核心部件的选择　　　　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IntelXeon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，现在不少图形工作站采用了PentiumD以及酷睿2双核处理，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1GB容量的机型，并且一定要支持ECC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160GB或更大容量都可以，具体按实际需要而定。　　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。专业工作站都采用双路双核处理器，即是基于单个半导体的一个处理器上拥有两个一样功能的处理器核心。多核处理器，较之当前的单核处理器，能带来更多的性能和生产力优势，因而最终将成为一种广泛普及的计算模式。多核处理器还将在推动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。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(例如MS Windows、Linux和Solaris)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，下一代软件应用程序将会利用双路多核处理器进行开发。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。