Stacja robocza – komputer do najbardziej wymagających zadań 10 lipca 2017 | Krzysztof Grzegorowski
Inżynierowie, projektanci, graficy i architekci idą z duchem czasu i już dawno zaczęli zamieniać deski kreślarskie na biurka wyposażone w komputery o potężnej mocy obliczeniowej. Dzięki nim specjaliści mogą przeprowadzać zaawansowane symulacje, swobodnie szafować zmiennymi oraz renderować i kompilować treści. Ale stacja robocza to nie tylko potężne podzespoły o imponującej mocy obliczeniowej. Przy zaawansowanych projektach, do których jest wykorzystywana, ogromną rolę odgrywa również stabilność działania całej konfiguracji oraz bezpieczeństwo gromadzonych i przechowywanych na niej danych.
W tym krótkim tekście postaramy się wskazać czym różni się standardowy komputer stacjonarny od stacji roboczej, mając nadzieję, że pomoże odpowiedzieć na pewne pytania, które mogą pojawiać się w przy wyborze tego typu maszyny.
Na przestrzeni ostatnich lat doszło do licznych "transferów" podzespołów komputerowych z jednych urządzeń do drugich. Takie przejście dotyczy głównie procesorów z rodziny Intel Xeon. Są to jednostki o serwerowym rodowodzie i spadkobiercy procesorów Intel Pentium Pro. Pisząc w dużym skrócie, to, co odróżnia je od procesorów z rodziny Core, to obsługa kości RAM wyposażonych w korekcję błędów (ECC - Error Correction Code), czterokanałowy kontroler pamięci RAM (dla układów Intel Xeon E5), większa maksymalna liczba rdzeni i większa liczba zaimplementowanych technologii wspierających bezawaryjne działanie. Najmocniejszy obecnie procesor dla stacji roboczych, czyli Intel Xeon E5 2699, posiada fizycznie 22 rdzenie, co dzięki technologii Hyper-Threading oddaje do dyspozycji aż 44 wątki jednocześnie oraz 55 MB pamięci cache, co znacząco przyspiesza komunikację z pamięcią RAM. Standardem w najmocniejszych stacjach roboczych stają się procesory sześcio- lub ośmiordzeniowe.
Oczywiście, wśród workstacji znajdują się również konfiguracje wyposażone w procesory rodziny Core i7, i5, a nawet i3. Dzieje się tak, ponieważ nie każde profesjonalne oprogramowanie wymaga od komputera dużej liczby rdzeni. Części programów bardziej przydaje się wysokie taktowanie pojedynczego jądra niż kilka rdzeni o niższym taktowaniu. Dla przykładu: procesor Intel Core i3 6100 posiada bazowe taktowanie pojedynczego rdzenia równe 3,7 GHz, podczas gdy Intel Xeon E5-2620 v4 posiada aż osiem rdzeni, ale taktowanych bazowo częstotliwością 2,1 GHz. Różnica więc jest spora.
Najbardziej zaawansowane stacje robocze takich producentów jak Lenovo, HP, Dell czy Fujitsu posiadają płyty główne mogące pomieścić do dwóch procesorów z rodziny Intel Xeon. Każdy z nich może obsłużyć nawet osiem gniazd DIMM, a w każdym slocie może znaleźć się kość o maksymalnie 32 GB RAM-u. Jak łatwo obliczyć, taka konfiguracja może mieć aż 512 GB pamięci operacyjnej przesyłanej ośmioma kanałami (cztery na każdy procesor).
W poprzednim akapicie wspomnieliśmy o pamięci operacyjnej ECC. Tak w skrócie nazywa się pamięć z rozszerzoną szyną danych. Przesyłany jest nią specjalny kod wykrywający i korygujący przekłamania nawet pojedynczych bitów. Błędy te w efekcie mogą zdestabilizować działanie systemu i doprowadzić do jego zawieszenia. Wyobraźmy sobie, że na komputerze przeprowadzamy wielogodzinną symulację lub przetwarzanie danych i nagle system odmawia posłuszeństwa. Najprawdopodobniej, oprócz nieco nerwów i zdrowia, stracimy wtedy również efekty pracy. Pamięć operacyjna ECC nie dopuszcza do takich sytuacji i gwarantuje stabilność systemu. Warto wspomnieć, że w stacjach roboczych występują nie tylko pamięci DIMM z korekcją błędów. Z racji używanych procesorów Intel Xeon E5 z serwerowym rodowodem pamięci dla nich także wywodzą się z tego segmentu. W maszynach z tymi układami używane są kości RDIMM, wyposażone w dodatkowy bufor lub LRDIMM, czyli w dużym uproszczeniu szybkie kości o dużych pojemnościach (nawet do 128 GB na jednym układzie).
Na osobny akapit zasługuje kwestia rozwiązań dyskowych. Stacje robocze zazwyczaj wyposażone są w więcej niż jeden dysk twardy. Zatoki na dysk umieszczone wewnątrz obudowy pozwalają najczęściej na montaż dysków 2,5- i 3,5-calowych. Oprócz tego na płycie głównej coraz częściej znajdują się miejsca na dyski M.2 oparte o interfejs SATA lub PCIe, a wolne gniazda PCIe x4 pozwolą na montaż dysków HHHL (AHCI lub NVMe). W stacjach roboczych często można spotkać konfiguracje wyposażone w opcjonalne zatoki modułowe, które wyposażyć można m.in. w dodatkowe dyski i w ten sposób jeszcze bardziej rozbudować magazyn danych. Warto wspomnieć, że i w kwestii magazynowania danych mamy przykład przenoszenia rozwiązań serwerowych do desktopów. Chodzi o dyski z kontrolerem SAS (następcą SCSI), niegdyś przeznaczone do pracy w serwerach, dzisiaj spotykane również w bardziej zaawansowanych workstacjach. Kontroler SAS umożliwia szybszy transfer danych niż SATA - 12 Gbit/s w stosunku do 6 Gbit/s.
Czołowi producenci, szczególnie w bardziej zaawansowanych maszynach, dają możliwość łączenia dysków w macierz RAID, nie tylko z poziomu chipsetu, ale również sprzętowo. Zróżnicowane konfiguracje RAID mogą nie tylko zabezpieczać dane przechowywane na dyskach, ale również zwiększyć wydajność spiętych w macierz nośników. Takim rozwiązaniem mogą pochwalić się np. Lenovo ThinkStation P, HP Workstation Z, a także Fujitsu Celsius i Dell Precision. Producenci coraz częściej dają użytkownikowi możliwość samodzielnego zarządzania magazynami danych wewnątrz komputera, umieszczając je na specjalnie zaprojektowanych półkach, szufladkach lub szynach montażowych obsługiwanych beznarzędziowo.
Profesjonalne karty graficzne to temat szeroki na tyle, że powstał na ten temat osobny artykuł. Jednak w rozmowie o stacjach roboczych, czy to mobilnych, czy desktopowych, nie sposób go pominąć. Najczęściej spotykanymi układami profesjonalnymi są karty nVidia Quadro i NVS oraz FirePro od AMD. Podstawową różnicą pomiędzy nimi a grafikami przeznaczonymi do gamingu jest przystosowanie do pracy ze specjalistycznym oprogramowaniem, m.in.: środowiska CAD, Adobe, Autodesk, Siemens PLM i Creo. Potwierdza to certyfikacja ISV (Independent Software Vendors), będącą swego rodzaju umową pomiędzy producentem software'u i sprzętu. Certyfikat ISV gwarantuje, że określony układ graficzny (wraz ze sterownikami) jest zoptymalizowany i przystosowany tak, aby zapewnić bezawaryjne i wydajne działanie w pracy z określonym programem. Producent aplikacji musi za to zapewnić, że jego program będzie w pełni współpracował z kartą. W ten sposób profesjonaliści wyposażeni są w sprzęt gwarantujący bezkonfliktową współpracę pomiędzy tymi dwoma płaszczyznami.
Czy układy Quadro lub FirePro będą nadawały się zatem do grania? Jak najbardziej, trzeba jednak pamiętać o tym, że nie do tego je stworzono, przez co ich wydajność w grach - mimo teoretycznie wyższych parametrów - może być (ale nie musi!) nieco rozczarowująca. Podobnie jest z kartami gamingowymi: nawet najbardziej wydajne wersje mogą mieć problem z pracą z częścią specjalistycznych programów, ponieważ nie są zoptymalizowane do tego typu obliczeń oraz pracy w wielu oknach jednocześnie. W lab-kuzniewski.pl postanowiliśmy nakreślić to przy okazji recenzji porównawczej mobilnej stacji roboczej Lenovo ThinkPad P70 wyposażonej w mobilną wersję układu nVidia Quadro M4000M i gamingowego Acera Predator 17 G9 z GTX-em 980M na pokładzie, a także ultramobilnej stacji roboczej Lenovo P50s i gamingowego MSI GS40.
Jeżeli chodzi o źródła obrazu, to układy FirePro od AMD są w stanie obsłużyć do sześciu monitorów, co daje im przewagę nad konkurencją w postaci Quadro. Z drugiej strony nVidia ma jeszcze serię kart NVS - charakteryzują się one niższą wydajnością i posiadają mniej pamięci, ale za to mają więcej wyjść dla zewnętrznych ekranów.
Dość specyficznym układem jest nVidia Tesla. Jest to co prawda karta graficzna (oparta na tej samej architekturze co karty z serii Quadro i GeForce), ale w nieco innej formie, bo pozbawionej wyjścia dla monitora oraz elektroniki odpowiedzialnej za generowanie obrazu (wyjątkiem są układy zaczynające się od litery C). Sama nVidia nazywa ją akcelerowaną platformą obliczeniową. Wykorzystuje się ją głównie przy wysoce zaawansowanych symulacjach i obliczeniach opartych o ogromne ilości danych i zmiennych. Dla przykładu: akcelerator Tesla K40 może być nawet 10-krotnie szybszy niż CPU. Układy z serii Tesla zapewniają bezawaryjną i stabilną pracę dzięki wyposażeniu ich w pamięć obsługującą technologię wykrywania i korekcji błędów.
Obecne na płytach głównych gniazda PCIe pozwalają rzecz jasna nie tylko na montaż grafiki lub karty RAID. Tak zaawansowane maszyny jak stacje robocze umożliwiają podłączenie chociażby serwerowej karty sieciowej lub karty PCoIP (PC over IP).
Bardzo dużo miejsca w tym tekście poświęcamy podzespołom. Jednak wszystkie wymienione elementy potrzebują odpowiedniego zabezpieczenia w postaci obudowy, która ma chronić nie tylko mechanicznie, ale też termicznie. Osoby niemające wcześniej do czynienia ze stacjami roboczymi mogą być zaskoczone rozmiarami ich "skrzyni" oraz wagą przekraczająca czasami 30 kg (w modelach o największych możliwościach). Przestrzeń wewnątrz obudowy jest potrzebna, aby wspomagać chłodzenie, umożliwiając swobodną wymianę powietrza. Dlatego projektanci stacji roboczych, poprzez przemyślany rozkład wszystkich wewnętrznych elementów, tworzą w środku korytarze powietrzne. Dzięki temu nawet podczas bardzo dużego obciążenia jednostek obliczeniowych komputer pozostanie cichy i stosunkowo chłodny. Obudowy workstacji wyposaża się często w zestawy filtrów chroniących wnętrze komputera przed niepotrzebnym zapyleniem. W akapicie poświęconym dyskom wspominaliśmy o beznarzędziowej obsłudze nośników w większości stacji roboczych. Jednak są i takie, które pozwalają nawet na wymianę zasilacza bez konieczności szukania skrzynki z narzędziami.
HP może się pochwalić wyjątkowym rozwiązaniem jak na workstacje, gdyż wydajne podzespoły zamknęli w obudowie All-in-One, w ten sposób tworząc komputer o nazwie Workstation Z1, której trzecią już generację mieliśmy okazję przetestować.
Kwestię zasilaczy również warto krótko nakreślić. W trosce o maksymalne wykorzystanie przesyłanej energii elektrycznej, producenci wyposażają stacje robocze w zasilacze o wysokiej efektywności energetycznej, przekraczającej nierzadko 90%, co w dłuższej perspektywie pozwoli oszczędzić pewną ilość pieniędzy. Zwłaszcza, jeżeli firma posiada takich komputerów kilka.
Zastanawiając się na zakupem stacji roboczej, trzeba najpierw zastanowić się, do czego ma być przeznaczona i jakie programy ma obsługiwać. Dzięki dokładnemu przeanalizowaniu wymagań systemowych specjalistycznych aplikacji oraz przyszłych projektów jesteśmy w stanie zadecydować, jak bardzo zaawansowany komputer nas (lub firmę) interesuje. Dokonując takiego rozpoznania, firma jest w stanie zaoszczędzić sporo pieniędzy, nie wydając ich na zestaw, którego moc obliczeniowa i tak nie zostanie w pełni wykorzystana. Producenci workstacji wychodzą frontem do klienta i dzielą komputery na serie, stopniując za ich pomocą poziom zaawansowania maszyny. Modele wewnątrz danej serii najczęściej posiadają więcej niż jedną konfigurację.
Pełen komfort pracy zapewni konfiguracja zaadoptowana do pracy w danym środowisku software’owym, jednocześnie nie pozostawiając niesmaku w postaci poczucia źle zainwestowanych funduszy.
Lenovo - ThinkStation P - wraz z oznaczeniem numerycznym rośnie stopień zaawansowania
Fujitsu - Celsius - Wxxx - podstawowe stacje robocze, Jxxx - podstawowe stacje w obudowie SFF , Mxxx - bardziej zaawansowane, Rxxx - stacje o najwyższej wydajności
HP - Workstation Z - wraz z oznaczeniem numerycznym rośnie stopień zaawansowania.
Dell - Precision - wyższy numer, to wyższy stopień zaawansowania.
Zachęcamy do zapoznania się z ofertą profesjonalnych stacji roboczych w kuzniewski.pl
