[科普中國(guó)]-工作站

工作站是一種高端的通用微型計(jì)算機(jī)。它是為了單用戶使用并提供比個(gè)人計(jì)算機(jī)更強(qiáng)大的性能，尤其是在圖形處理能力，任務(wù)并行方面的能力。通常配有高分辨率的大屏、多屏顯示器及容量很大的內(nèi)存儲(chǔ)器和外部存儲(chǔ)器，并且具有極強(qiáng)的信息和高性能的圖形、圖像處理功能的計(jì)算機(jī)。另外，連接到服務(wù)器的終端機(jī)也可稱為工作站。工作站的應(yīng)用領(lǐng)域有： 科學(xué)和工程計(jì)算、軟件開發(fā)、計(jì)算機(jī)輔助分析、計(jì)算機(jī)輔助制造、工程設(shè)計(jì)和應(yīng)用、圖形和圖像處理、過程控制和信息管理等。1

簡(jiǎn)介工作站是以個(gè)人計(jì)算環(huán)境和分布式網(wǎng)絡(luò)計(jì)算環(huán)境為基礎(chǔ)，其性能高于微型計(jì)算機(jī)的一類多功能計(jì)算機(jī)。個(gè)人計(jì)算環(huán)境是指為個(gè)人使用計(jì)算機(jī)創(chuàng)造一個(gè)盡可能易學(xué)易用的工作環(huán)境為面向特定應(yīng)用領(lǐng)域的人員提供一個(gè)具有友好人機(jī)界面的高效率工作平臺(tái)。分布式網(wǎng)絡(luò)計(jì)算環(huán)境是指工作站在進(jìn)行信息處理的過程中，可以通過網(wǎng)絡(luò)與其它工作站或計(jì)算機(jī)互通信息和共享資源。工作站的多功能是指它的高速運(yùn)算功能，適應(yīng)多媒體應(yīng)用的功能和知識(shí)處理功能。高速運(yùn)算包括中央處理器的高速定點(diǎn)、浮點(diǎn)運(yùn)算以及高速圖形和圖象處理。多媒體應(yīng)用是指工作站不僅能用于數(shù)值與文本數(shù)據(jù)處理，而且還能處理圖形、圖象、語(yǔ)音和聲音。知識(shí)處理功能是指工作站能用于人工智能，如專家系統(tǒng)和基于知識(shí)的推理等2。

功能由計(jì)算機(jī)和相應(yīng)的外部設(shè)備以及成套的應(yīng)用軟件包所組成的信息處理系統(tǒng)。它能夠完成用戶交給的特定任務(wù)，是推動(dòng)計(jì)算機(jī)普及應(yīng)用的有效方式。工作站應(yīng)具備強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，有直觀的便于人機(jī)交換信息的用戶接口，可以與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)相連，在更大的范圍內(nèi)互通信息，共享資源。工作站在編程、計(jì)算、文件書寫、存檔、通信等各方面給專業(yè)工作者以綜合的幫助。常見的工作站有計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) (CAD)工作站（或稱工程工作站），辦公自動(dòng)化(OA)工作站，圖像處理工作站等。不同任務(wù)的工作站有不同的硬件和軟件配置。

例如，一個(gè)小型CAD工作站的典型硬件配置為：普通計(jì)算機(jī)，帶有功能鍵的CRT終端，光筆，平面繪圖儀，數(shù)字化儀，打印機(jī)等。軟件配置為：操作系統(tǒng)，編譯程序，相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)和數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，二維和三維的繪圖軟件，以及成套的計(jì)算、分析軟件包。它可以完成用戶提交的各種機(jī)械的、電氣的設(shè)計(jì)任務(wù)。

OA工作站的主要硬件配置為：普通計(jì)算機(jī)，辦公用終端設(shè)備（如電傳打字機(jī)、交互式終端、傳真機(jī)、激光打印機(jī)、智能復(fù)印機(jī)等），通信設(shè)施（如局部區(qū)域網(wǎng)）、程控交換機(jī)、公用數(shù)據(jù)網(wǎng)、綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)等）。軟件配置為：操作系統(tǒng)，編譯程序，各種服務(wù)程序，通信軟件，數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，電子郵件，文字處理軟件，表格處理軟件,各種編輯軟件以及專門業(yè)務(wù)活動(dòng)的軟件包，如人事管理、財(cái)務(wù)管理、行政事務(wù)管理等軟件，并配備相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)。OA工作站的任務(wù)是完成各種辦公信息的處理。

圖像處理工作站的主要硬件配置為：頂級(jí)計(jì)算機(jī)，一般還包括超強(qiáng)性能的顯卡（由于CUDA并行編程的發(fā)展所致）；圖像數(shù)字化設(shè)備（包括電子的、光學(xué)的或機(jī)電的掃描設(shè)備，數(shù)字化儀），圖像輸出設(shè)備，交互式圖像終端。軟件配置除了一般的系統(tǒng)軟件外還要有成套的圖像處理軟件包。它可以完成用戶提出的各種圖像處理任務(wù)。越來越多的計(jì)算機(jī)廠家在生產(chǎn)和銷售各種工作站。

分類工作站根據(jù)軟、硬件平臺(tái)的不同，一般分為基于RISC（精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)）架構(gòu)的UNIX系統(tǒng)工作站和基于Windows、Intel的PC工作站。UNIX工作站是一種高性能的專業(yè)工作站，具有強(qiáng)大的處理器（以前多采用RISC芯片）和優(yōu)化的內(nèi)存、I/O(輸入/輸出)、圖形子系統(tǒng)，使用專有的處理器（英特爾至強(qiáng)XEON、AMD皓龍等）、內(nèi)存以及圖形等硬件系統(tǒng)，WIN 7 旗艦版操作系統(tǒng)和UNIX系統(tǒng)，針對(duì)特定硬件平臺(tái)的應(yīng)用軟件，彼此互不兼容。

PC工作站則是基于高性能的英特爾至強(qiáng)處理器之上，使用穩(wěn)定的WIN7 32/64位操作系統(tǒng)，采用符合專業(yè)圖形標(biāo)準(zhǔn)（OpenGL4.x和DirectX 11）的圖形系統(tǒng)，再加上高性能的存儲(chǔ)、I/O（輸入/輸出）、網(wǎng)絡(luò)等子系統(tǒng)，來滿足專業(yè)軟件運(yùn)行的要求；以Linux為架構(gòu)的工作站采用的是標(biāo)準(zhǔn)、開放的系統(tǒng)平臺(tái)，能最大程度的降低擁有成本──你甚至可以免費(fèi)使用Linux系統(tǒng)及基于Linux系統(tǒng)的開源軟件；以Mac OS和Windows為架構(gòu)的工作站采用的是標(biāo)準(zhǔn)、閉源的系統(tǒng)平臺(tái)，在計(jì)算機(jī)技術(shù)高度發(fā)展的當(dāng)今，具有高度的數(shù)據(jù)安全性和配置的靈活性，可根據(jù)不同的需求來配置工作站解決方案。

另外，根據(jù)體積和便攜性，工作站還可分為臺(tái)式工作站和移動(dòng)工作站。臺(tái)式工作站類似于普通臺(tái)式電腦，體積較大，沒有便攜性可言，但性能強(qiáng)勁，適合專業(yè)用戶使用。移動(dòng)工作站其實(shí)就是一臺(tái)高性能的筆記本電腦。但其硬件配置和整體性能又比普通筆記本電腦高一個(gè)檔次。適用機(jī)型是指該工作站配件所適用的具體機(jī)型系列或型號(hào)。不同的工作站標(biāo)配不同的硬件，工作站配件的兼容性問題雖然不像服務(wù)器那樣明顯，但從穩(wěn)定性和兼容性等角度考慮，通常還是需要使用特定的配件，這主要是由工作站的工作性質(zhì)決定的。

按照工作站的用途可分為通用工作站和專用工作站。通用工作站沒有特定的使用目的，可以在以程序開發(fā)為主的多種用途中使用。通常根據(jù)用途，在通用工作站上配置相應(yīng)的硬件和軟件以適應(yīng)特殊用途。在客戶服務(wù)器環(huán)境中，通用工作站常作為客戶機(jī)使用。專用工作站是為特定用途開發(fā)的，由相應(yīng)用途的硬件和軟件構(gòu)成，可分為辦公工作站、工程工作站和人工智能工作站等。辦公工作站是為了高效地進(jìn)行辦公業(yè)務(wù)，如文件和圖形的制作、編輯、打印、處理、檢索、維護(hù)，電子郵件和日程管理等;工程工作站是以開發(fā)、研究為主要用途而設(shè)計(jì)的，大多具有高速運(yùn)算能力和強(qiáng)化了的圖形功能，是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、制造、測(cè)試、排版、印刷等領(lǐng)域用得最多的工作站。人工智能工作站用于智能應(yīng)用的研究開發(fā)，可以高效地運(yùn) 行LISP，PROLOG等人工智能語(yǔ)言。后來，這種專用工作站已被通用工作站所取代。

數(shù)字音頻工作站一般由三部分構(gòu)成，即計(jì)算機(jī)、音頻處理接口卡和功能軟件。計(jì)算機(jī)相當(dāng)于數(shù)字音頻工作站的“大腦”，是數(shù)字音頻工作站的“指揮中心”，也是音頻文件存存儲(chǔ)、交換中心。音頻處理接口卡相當(dāng)于數(shù)字音頻工作站的“連接器”，負(fù)責(zé)通過模擬輸入（出）、數(shù)字輸入（出）、同軸輸入（出）、MIDI接口等連接調(diào)音臺(tái)、錄音設(shè)備等外圍設(shè)備。功能軟件相當(dāng)于數(shù)字音頻工作站的“工具”，用鼠標(biāo)點(diǎn)擊計(jì)算機(jī)屏幕上的用戶界面，就可以通過各種功能軟件實(shí)現(xiàn)廣播節(jié)目編輯、錄音、制作、傳輸、存儲(chǔ)、復(fù)制、管理、播放等工作。數(shù)字音頻工作站的功能強(qiáng)大與否直接取決于其功能軟件。全新的設(shè)計(jì)、極其人性化的用戶界面、強(qiáng)大的瀏覽功能、多種拖放功能、簡(jiǎn)單易用的MIDI映射功能、與PreSonus對(duì)應(yīng)的自動(dòng)配置功能、較好的音質(zhì)、無(wú)限制的音軌數(shù)及每軌無(wú)限的插件數(shù)、支持各種最新技術(shù)規(guī)格、便利的起始頁(yè)面，化繁雜為簡(jiǎn)單，Studio One Pro及Studio One Artist的這一切都是下一代功能軟件的特性3。

產(chǎn)品類型產(chǎn)品類型是指工作站配件的具體產(chǎn)品類型，例如顯卡、CPU、內(nèi)存、硬盤等。以下對(duì)其中的一些配件做一個(gè)簡(jiǎn)單介紹。

顯卡

作為圖形工作站的主要組成部分，一塊性能強(qiáng)勁的3D專業(yè)顯卡的重要性，從某種意義上來說甚至超過了處理器。與針對(duì)游戲、娛樂市場(chǎng)為主的消費(fèi)類顯卡相比，3D專業(yè)顯卡主要面對(duì)的是3維動(dòng)畫（如3DS Max、Maya、Softimage|3D）、渲染（如LightScape、3DS VIZ）、CAD（如AutoCAD、Pro/Engineer、Unigraphics、SolidWorks）、模型設(shè)計(jì)（如Rhino）以及部分科學(xué)應(yīng)用等專業(yè)OpenGL應(yīng)用市場(chǎng)。對(duì)這部分圖形工作站用戶來說，它們所使用的硬件無(wú)論是速度、穩(wěn)定性還是軟件的兼容性都很重要。用戶的高標(biāo)準(zhǔn)、嚴(yán)要求使得3D專業(yè)顯卡從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)都必須達(dá)到極高的水準(zhǔn)，加上用戶群的相對(duì)有限造成生產(chǎn)數(shù)量較少，以至于其總體成本的大幅上升也就不可避免了；與一般的消費(fèi)類顯卡相比3D專業(yè)顯卡的價(jià)格要高得多，達(dá)到了幾倍甚至十幾倍的差距。

與消費(fèi)類顯卡市場(chǎng)類似，3D專業(yè)顯卡市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)也是日趨激烈，整個(gè)3D專業(yè)顯卡市場(chǎng)已經(jīng)成了NVIDIA和AMD收購(gòu)ATI的天下。由于工作需求不同，工作站的顯卡與消費(fèi)類顯卡差別比較大，一塊在自己領(lǐng)域中出色的顯卡在另一個(gè)領(lǐng)域中可以表現(xiàn)得很差。不過，nVIDIA和ATI的趨勢(shì)是將娛樂級(jí)產(chǎn)品和專業(yè)級(jí)產(chǎn)品統(tǒng)一到幾乎完全相同的硬件架構(gòu)下，甚至是完全相同的芯片，由外圍電路和軟件控制到底是消費(fèi)類顯卡還是專業(yè)顯卡。專業(yè)顯卡的游戲性能同樣出色，相同參數(shù)的游戲顯卡和專業(yè)顯卡性能相比卻是天差地別。

內(nèi)存

主流工作站的內(nèi)存為ECC內(nèi)存和REG內(nèi)存。ECC主要用在中低端工作站上，并非象常見的PC版DDR3那樣是內(nèi)存的傳輸標(biāo)準(zhǔn)，ECC內(nèi)存是具有錯(cuò)誤校驗(yàn)和糾錯(cuò)功能的內(nèi)存。ECC是Error Checking and Correcting的簡(jiǎn)稱，它也是通過在原來的數(shù)據(jù)位上額外增加數(shù)據(jù)位來實(shí)現(xiàn)的。如8位數(shù)據(jù)，則需1位用于Parity（奇偶校驗(yàn)）檢驗(yàn)，5位用于ECC，這額外的5位是用來重建錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)的。當(dāng)數(shù)據(jù)的位數(shù)增加一倍，Parity也增加一倍，而ECC只需增加一位，所以當(dāng)數(shù)據(jù)為64位時(shí)所用的ECC和Parity位數(shù)相同(都為8)。在那些Parity只能檢測(cè)到錯(cuò)誤的地方，ECC可以糾正絕大多數(shù)錯(cuò)誤。若工作正常時(shí)，你不會(huì)發(fā)覺你的數(shù)據(jù)出過錯(cuò)，只有經(jīng)過內(nèi)存的糾錯(cuò)后，計(jì)算機(jī)的操作指令才可以繼續(xù)執(zhí)行。當(dāng)然在糾錯(cuò)時(shí)系統(tǒng)的性能有著明顯降低，不過這種糾錯(cuò)對(duì)服務(wù)器等應(yīng)用而言是十分重要的，ECC內(nèi)存的價(jià)格比普通內(nèi)存要昂貴許多。而高端的工作站和服務(wù)器上用的都是REG內(nèi)存，REG內(nèi)存一定是ECC內(nèi)存，而且多加了個(gè)寄存器緩存，數(shù)據(jù)存取速度大大加快，其價(jià)格比ECC內(nèi)存要貴。

CPU

傳統(tǒng)的工作站CPU一般為非Intel和AMD公司CPU，而使用RISC架構(gòu)處理器，比如PowerPC處理器、SPARC處理器、Alpha處理器等，相應(yīng)的操作系統(tǒng)一般為UNIX或者其他專門的操作系統(tǒng)。全新的英特爾NEHALEM架構(gòu)四核或者六核處理器有以下幾個(gè)特點(diǎn)：1,超大的二級(jí)三級(jí)緩存，三級(jí)緩存六核或四核達(dá)到12M；2，內(nèi)存控制器直接通過QPI通道集成在CPU上，徹底解決的前端總線帶寬瓶頸；3，英特爾獨(dú)特的內(nèi)核加速模式 turbo mode 根據(jù)需要開啟、關(guān)閉內(nèi)核的運(yùn)行；4，第三代超線程SMT技術(shù)。

硬盤

用于工作站系統(tǒng)的硬盤根據(jù)接口不同，主要有SAS硬盤、SATA（Serial ATA）硬盤、SCSI硬盤、固態(tài)硬盤。工作站對(duì)硬盤的要求介于普通臺(tái)式機(jī)和服務(wù)器之間，因此低端的工作站也可以使用和臺(tái)式機(jī)一樣的SATA或者SAS硬盤。而中高端的工作站會(huì)使用SAS或固態(tài)硬盤。

應(yīng)用領(lǐng)域一般來講，工作站主要應(yīng)用在以下領(lǐng)域：

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)及制造CAD/CAM

這一領(lǐng)域被視為工作站的傳統(tǒng)領(lǐng)域。采用CAD/CAM技術(shù)可大大縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，同時(shí)又降低了高技術(shù)產(chǎn)品的開發(fā)難度，提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量。在CAD領(lǐng)域，大到一幢樓房小到一個(gè)零部件，圖形工作站都以其直觀化、高精度、高效率顯示出強(qiáng)有力的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

動(dòng)畫設(shè)計(jì)

用戶群主要是電視臺(tái)、廣告公司、影視制作公司、游戲軟件開發(fā)公司、室內(nèi)裝飾公司。電視臺(tái)利用圖形工作站進(jìn)行各個(gè)電視欄目的片頭動(dòng)畫制作；而廣告公司則用它制作廣告節(jié)目的動(dòng)畫場(chǎng)面；影視制作公司將其用于電腦特技制作；游戲軟件公司將其作為開發(fā)平臺(tái)；室內(nèi)裝飾公司不僅利用圖形工作站進(jìn)行設(shè)計(jì)，而且可以讓用戶在裝修之前就能看到其裝修后的三維仿真效果圖。

GIS地理信息系統(tǒng)

它所面向的客戶群主要是城市規(guī)劃單位、環(huán)保部門、地理地質(zhì)勘測(cè)院、研究所等。他們通常是用圖形工作站來運(yùn)行GIS軟件。它使用戶可以實(shí)時(shí)的、直觀的了解項(xiàng)目地點(diǎn)及周圍設(shè)施的詳情，如路燈柱、地下排水管線等。這些大數(shù)據(jù)量的作業(yè)也只有在具有專業(yè)圖形處理能力的工作站上才能高效率地運(yùn)行。

平面圖像處理

它是應(yīng)用普及程度較高的行業(yè)。用戶通常是以圖形工作站為硬件平臺(tái)，以PhotoShop、CorelDraw等軟件為操作工具，致力于圖片影像處理、廣告及宣傳彩頁(yè)設(shè)計(jì)、包裝設(shè)計(jì)、紡織品圖案設(shè)計(jì)等。

模擬仿真

在軍事領(lǐng)域，模擬仿真技術(shù)是訓(xùn)練戰(zhàn)斗機(jī)駕駛員、坦克駕駛員以及模擬海上航行的有效手段；在科研開發(fā)領(lǐng)域，它使設(shè)計(jì)者在制作樣機(jī)之前，就可以在圖形工作站上進(jìn)行仿真運(yùn)行，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行修改。

主要品牌許多廠商都推出了適合不同用戶群體的工作站，比如IBM、聯(lián)想、DELL（戴爾）、HP（惠普）、wiseteam、正睿（國(guó)產(chǎn)）等。而工業(yè)級(jí)一體化工作站的生產(chǎn)廠家有國(guó)內(nèi)的諾達(dá)佳（NODKA)和臺(tái)灣的研華等。工作站由于對(duì)軟硬件兼容性和性能最大性，組裝機(jī)一般無(wú)法滿足，所有的品牌機(jī)都在不同程度上通過多家ISV認(rèn)證，只有通過軟件認(rèn)證后的型號(hào)才是成熟的、穩(wěn)定的、安全的、高性能符合要求的工作站。比如戴爾PRECESION T系列工作站，通過的80多家獨(dú)立軟件供應(yīng)商認(rèn)證，涵蓋了多個(gè)行業(yè)、多個(gè)領(lǐng)域。在專業(yè)工作站領(lǐng)域戴爾是網(wǎng)絡(luò)直銷，在同行中性價(jià)比是最高的；IBM和聯(lián)想的性能是最好的，但是價(jià)格也是非常昂貴的；惠普不錯(cuò)，價(jià)格也很貴；國(guó)產(chǎn)的正睿產(chǎn)品也不錯(cuò)。各大品牌的工作站在中關(guān)村都有經(jīng)銷商，比如戴爾的中金高科新材料有限公司，從中關(guān)村經(jīng)銷商網(wǎng)站上都能了解到各個(gè)品牌主流配置以及經(jīng)銷商信息。工作站市場(chǎng)有以下幾個(gè)市場(chǎng)特點(diǎn)：工作站市場(chǎng)規(guī)模繼續(xù)保持快速化增長(zhǎng)。工作站市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)慘烈，價(jià)格走低，利潤(rùn)空間不斷縮小。品牌集中度有所提高，市場(chǎng)份額進(jìn)一步向一線廠商集中，小品牌的存活度空間不斷受到擠壓。入門級(jí)工作站替代高端臺(tái)機(jī)特點(diǎn)凸顯。雖然由于歷史原因，國(guó)外品牌在總體產(chǎn)品線上一直保持著領(lǐng)先地位，但國(guó)內(nèi)品牌經(jīng)過不斷的努力在持續(xù)縮小與國(guó)外品牌的差距。近幾年來看，國(guó)內(nèi)品牌在技術(shù)上已經(jīng)與國(guó)際先進(jìn)水平保持同步，各個(gè)廠商基本站在了統(tǒng)一起跑線上，而在價(jià)格和服務(wù)方面國(guó)內(nèi)廠商則擁有國(guó)外廠商無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)：我們更懂得國(guó)內(nèi)企業(yè)的需求、本土化的服務(wù)、本地的配件短時(shí)間完成支持。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

孫銳 - 教授 - 合肥工業(yè)大學(xué)