Что такое рабочие станции и зачем они нужны?

Всех нас окружают вещи, сконструированные и изготовленные при помощи специализированных компьютеров - так называемых "рабочих станций". Это не только материальные предметы вроде компактного плеера, ботинок, автомобилей или стульев, но и электронные игры, прогнозы погоды и кинофильмы. Сегодня практически во всех областях деятельности человека применяются рабочие станции. Без них не обойтись в инженерных расчётах, в редактировании и составлении сложных схем или визуализации научных идей, в подготовке видеофильмов или мультипликации. Наконец, если вы занимаетесь подобной деятельностью, пусть даже в качестве хобби, и в один прекрасный момент вы устаёте бороться с несовершенством вашего персонального компьютера, "тормозящего" в самые ответственные моменты, - это означает, что вам тоже нужна рабочая станция.

Что такое рабочая станция?

Однозначное определение рабочей станции сформулировать, как ни странно, практически невозможно, поскольку, в зависимости от назначения, её конструкция может серьёзно отличаться, причём основное внимание создателей будет уделяться различным компонентам. Разумеется, профессионалы, применяющие рабочие станции в повседневной работе, тоже делают упор на различных особенностях своих машин.

Поэтому наиболее общим определением, которое можно дать рабочей станции, будет: "машина, удовлетворяющая каким-либо особым требованиям, предъявляемым к мощному компьютеру для конкретного вида интеллектуальной профессиональной деятельности ".

Средства, при помощи которых обеспечивается соответствие требованиям, могут быть различными: от использования двух процессоров и шин PCI-X, большого числа слотов PCI Express до скоростных RAID огромной ёмкости и большого объёма оперативной памяти с кодом коррекции ошибок (ECC). В некоторых случаях не обойтись без множества систем активного охлаждения и даже нескольких блоков питания - как в серверах. Тем не менее, вовсе не обязательно устанавливать в компьютер все перечисленные компоненты, чтобы получить рабочую станцию - для каждого конкретного случая подбирается своя конфигурация. Наконец, рабочая станция отличается от мощного игрового компьютера тем, что в её конструкции используются такие сочетания и такие количества комплектующих, за которые никогда бы не стал платить самый сумасшедший геймер.

Сертификация

Сертифицированность всего, чего только можно, считается вторым важнейшим признаком рабочей станции. Чаще всего, вся собранная система в целом проходит тестирование в компании-производителе программного обеспечения, которое будет использоваться на данной модели рабочей станции. Машина тестируется на полную совместимость с программными пакетами и на надёжность работы, ведь многие профессионалы даже не посмотрят в сторону такого компьютера, который бы не был сертифицирован для тех приложений, которые они используют в повседневной работе.

Как и следует ожидать, сертификация значительно удорожает рабочие станции, однако работа, выполняемая на таких компьютерах, бывает настолько важной, что малейшие сбои и ошибки могут обернуться куда более значительными убытками, иной раз исчисляемыми миллионами долларов. Поэтому многие идут на дополнительные затраты, связанные с сертификацией, хотя в отдельных компаниях предпочитают пользоваться услугами собственных специалистов, самостоятельно собирающих и тестирующих рабочие станции, и отвечающих за их надёжность и совместимость. Впрочем, первый подход гораздо более распространён - хотя бы из-за того, что содержать собственный штат высококлассных профессионалов для сборки и тестирования ПК, в большинстве случаев, экономически неоправдан.

Ещё четверть века назад практически все рабочие станции представляли собой "вещи в себе" - компьютеры запатентованной конструкции, разительно отличавшейся от массовых "десктопов". В рабочих станциях под марками Silicon Graphics (SGi), Sun, NeXT использовались собственные процессоры и собственные технические решения, вкупе с оптимизированными операционными системами. К девяностым годам прошлого века ситуация изменилась: появились массовые процессоры вроде Pentium Pro и Pentium II Xeon, которые поддерживали двухпроцессорные конфигурации и могли выступать альтернативной и более дешёвой базой для рабочих станций. Преимущества таких решений стали настолько очевидными, что даже Silicon Graphics, прославившаяся полностью проприетарным "железом" и софтом, сегодня не гнушается использовать процессоры Intel, графические карты ATI и операционную систему Linux. Тем самым, бросающиеся в глаза отличия между рабочими станциями и обычными настольными ПК почти стёрлись.

Тем не менее, по мнению специалистов, переходить на использование рабочих станций стоит, к примеру, в том случае, если вам требуется рендеринг трёхмерного видео в реальном времени или в случае необходимости выполнения критичного к пропускной способности системы проекта в кратчайшие сроки. Если у вас есть в запасе время, и вы можете подождать - есть смысл сэкономить деньги и выбрать обычный ПК.

Важнейшие составляющие рабочей станции

Вопреки распространённому мнению, рабочая станция вовсе не должна быть запредельно дорогой. К примеру, базовая модель Dell Precision 370 стоит порядка 700 долларов США - практически столько же, сколько не самый совершенный настольный компьютер. Разумеется, есть и прямо противоположные примеры: цена на графические станции высшего класса SGI Prism с парой сотен центральных процессоров и 16-ю видеоконтроллерами FireGL составляют порядка 200000 долларов. Конечно же, большей части заказчиков не нужны столь мощные и дорогие машины и, как правило, цены на самые массовые рабочие станции колеблются вокруг 5-6 тысяч долларов.

Обсудим вкратце четыре ключевых компонента, которым стоит уделить особое внимание при выборе рабочей станции. Прежде всего, это центральный процессор. Основной вопрос заключается в выборе платформы и архитектуры. Выбирать придётся из нескольких процессоров Intel Xeon, работающих на одной системной шине, из процессоров AMD Opteron с тройной шиной Hyper-Transport, из машин Apple с процессором G4 на одной системной шине или двумя процессорами G5 на раздельных шинах. В общем случае предпочтительнее использование раздельных системных шин для разных процессоров - тем самым устраняется возможное "узкое место", способное существенно снизить производительность при высокой загрузке.

В последние годы многие компании-производители рабочих станций стали больше использовать процессоры AMD Opteron как оптимальное решение для серийных высокопроизводительных моделей. Даже фирма Sun Microsystems, стоявшая у истоков рабочих станций, выпускает модели Java Workstation на базе чипов Opteron, а не только машины семейства SunBlade на основе собственного процессора UltraSPARC IIIi. Впрочем, недавно появившиеся на рынке двуядерные модели Xeon, способные, помимо того, поддерживать виртуальную многопоточность в каждом из ядер, по мнению специалистов, являются серьёзными конкурентами Opteron в многозадачных приложениях.

Во всех рабочих станциях (за редким исключением) используется оперативная память с кодом коррекции ошибок (ECC), которая стоит заметно дороже обычной "оперативки" того же форм-фактора. Принципиальное отличие между ними заключается в том, что "обычная" компьютерная DRAM может выявлять ошибки, вызванные различными объёктивными и субъективными факторами, но не может их исправлять, а поскольку для важных расчётов такое поведение недопустимо, в микросхемы ECC добавлен модуль выявления и исправления ошибок. На работу же настольного ПК появление ошибок в оперативной памяти практически не влияет и сбоев почти не вызывает: в худшем случае, на экране появятся малозаметные артефакты. Для важного расчёта неисправленная ошибка может означать искажения в чертеже атомного реактора или микросхемы, что приведёт впоследствии к неработоспособности сконструированного изделия.

Что касается графических контроллеров для рабочих станций, то на сегодняшний день их поставляют четыре компании: nVidia, ATI, 3Dlabs и Matrox. Первые две фактически делят рынок видеоускорителей для персональных компьютеров, в то время как решения на базе моделей двух других производителей предлагаются сегодня исключительно на рынке профессиональных компьютеров. ATI и nVidia поставляют производителям рабочих станций как специализированные карточки FireGL и Quadro, так и топовые модели "бытовых" ускорителей, однако стоит иметь в виду, что "обычные" видеокарты оптимизированы для "обмана зрения" потребителя, который требует, чтобы ему "сделали красиво" и, вдобавок, не поддерживают на аппаратном уровне целый ряд функций, востребованных профессиональными приложениями.

Традиционно в рабочих станциях, как и в серверах, применяются жёсткие диски с интерфейсом SCSI, поддерживающим "горячее подключение" и высокую пропускную способность шины, не зависящую от общей загрузки системы. Однако сегодня дисковые массивы на Ultra320 SCSI испытывают серьёзную конкуренцию со стороны массивов с интерфейсом Serial ATA (SATA) 3 Гбит/с, которые заметно дешевле, но имеют как сходную заявленную производительность, так и возможность "горячего подключения".

Тем временем, для работы с домашним видео формата miniDV (кодек DV25) достаточно пропускной способности всего 25 Мбит/с (3,1 Мбайт/с), а кодек высокого разрешения DV50 требует лишь её удвоения. При работе с видео как с наиболее требовательным к производительности дисковой подсистемы приложением, важна не столько заявляемая производителями скорость самого интерфейса, сколько внутренняя скорость обмена данными между диском и буфером кэш-памяти. Однако даже в дешёвых дисках со скоростью вращения 5400 оборотов в минуту эта внутренняя скорость составляет от 30 до 50 Мбайт/с, а в современных SATA-моделях может достигать и 125 Мбайт/с, что с лихвой перекрывает потребности при работе с домашним цифровым видео.

Совсем другое дело - профессиональное кино, где требуется пропускная способность до 300 Мбайт/с из-за целого ряда установленных систем обработки изображения. Организовать её не так сложно, как кажется, но здесь в дело идут уже более прецизионно изготовленные и скоростные SCSI-диски: диск Seagate Ultra 320 Cheetah 15K.4 обеспечивает реальную внутреннюю пропускную способность от 85 до 142 Мбайт/с. Двухканальный RAID-массив Ultra 320 SCSI уровней 0 или 5 позволяет получить уже скорость в 600-700 Мбайт/с.

Нужна ли вам рабочая станция?

Как и в случае с определением рабочей станции, ограничить круг потенциальных пользователей таких машин тоже весьма непросто. На подобных компьютерах работают профессионалы в сфере дизайна, создания и редактирования цифрового видео и звука, инженеры и художники, учёные и медики. Однако при желании теми же самыми вещами могут заниматься и обычные люди непрофессионально, в качестве хобби, на своём домашнем компьютере. Перспектива перехода на рабочую станцию возникает тогда, когда вам надоедает ждать в течение 20 минут завершения обработки изображения каким-либо эффектом в Photoshop или когда ваша система полностью загружается при кодировании видео и не позволяет осуществлять никаких других действий. Если эти случаи вам знакомы и при этом в вашем распоряжении самый мощный ПК последней модели, то следующей ступенью апгрейда может стать именно рабочая станция.

Олег Нечай, Тerralab