По данным составленного Business Advantage отчета «Worldwide CAD Trends 2016 Survey», в настоящее время в мире более половины пользователей САПР (56 %) применяют настольные рабочие станции, 42 % — стандартные настольные ПК и 33 % — портативные компьютеры. Согласно прогнозам, эти пропорции в ближайшие годы изменятся в пользу мобильных систем.
Что же заставляет покупать такие компьютеры? Почему бы не выбрать собранный на заказ ноутбук под Windows 10 из тех, что помощнее? Почему именно рабочая станция? С такой дилеммой сталкиваются многие компании и профессионалы. Чтобы ответить на этот вопрос, нужно начать с самого понятия.
Как ожидается, в ближайшие годы спрос на настольные рабочие станции для САПР будет падать, а на мобильные — расти (источник: Business Advantage).
Что такое рабочая станция?
Рабочие станции — профессиональные компьютеры с комплексом технических и программных средств, предназначенных для решения определенного круга задач: мультимедийных (обработка изображений, видеозаписей, звука), САПР, ГИС, научно-технических расчетов, запуска промышленных приложений, работы в «полевых условиях» и пр.
Первые рабочие станции появились еще в конце 1960-х, и сегодня они широко применяются в видеомонтаже, 2D- и 3D-графике, автоматизированном проектировании и конструировании, а также других ресурсоемких вычислениях. С выпуском 64-разрядных версий операционных систем Windows высокопроизводительные рабочие станции под UNIX с проприетарными программными средами уступили позиции системам с Windows и Linux.
Рабочая станция может использоваться и на различных предприятиях, и дома. Сегодня все больше профессиональных пользователей — специалистов по автоматизированному проектированию и моделированию, художников графики, мультипликаторов, фотографов и видеомонтажеров — частично или полностью переходят на работу в домашних офисах. Им нужны системы повышенной вычислительной мощности и функциональности. Что же отличает рабочую станцию от «простого» компьютера?
Отличие рабочей станции от ПК
В ПК и рабочих станциях применяются схожие базовые технологии, но разработчики последних уделяют особое внимание надежности системы и оптимизации ее производительности под специальные приложения: САПР, мультимедийные, геоинформационные, финансовые и другие — в зависимости от назначения системы, по существу представляющей собой программно-аппаратный комплекс.
При обработке геопространственных данных, построении трехмерных моделей местности и других подобных задачах на стандартных ПК приходится сталкиваться с нехваткой памяти, задержками и «подвисаниями», в то время как рабочие станции демонстрируют высокую производительность и хорошо справляются с визуализацией данных.
Рабочая станция — не просто компьютер, это целый ряд механизмов, предназначенных для выполнения самых ресурсоемких задач, обеспечения бесперебойной работы и расширенной функциональности.
Отличительные черты современных рабочих станций, выделяющие их в ряду ПК, — это высокая скорость работы с данными, мощный процессор, большая емкость быстрой оперативной памяти, интегрированный высокопроизводительный сетевой контроллер, профессиональная графическая подсистема. Таким образом, хотя граница между рабочими станциями младшего класса и ПК весьма размыта, они фактически по всем параметрам превосходят обычные настольные компьютеры или ноутбуки, включая игровые модели.
Профессиональные рабочие станции предназначены для выполнения приоритетных бизнес-задач и предъявляют высокие требования к производительности и надежности системы, поэтому в них применяются высококачественные компоненты, а сами рабочие станции проходят строгий процесс тестирования. Они рассчитаны на бесперебойную работу и длительный цикл эксплуатации. Проектировщики и дизайнеры, использующие рабочие станции, выполняют ответственные задачи и должны четко выдерживать сроки, а выход из строя ПК может негативно повлиять на бизнес-процессы.
Пакеты автоматизированного проектирования требуют высокой производительности для работы со сложными макетами, поэтому в них используются процессоры и графические карты профессионального уровня. Это позволяет, например, инженеру-проектировщику быстрее анализировать результаты каждого этапа проекта, оперативно вносить изменения.
Типовая рабочая станция для САПР в настольном форм-факторе — это система на базе процессора Intel Core i7 / Intel Xeon E5 с высокоскоростной памятью DDR4 с ECC, графической картой NVIDIA Quadro или AMD FirePro. Схожее оснащение имеют мобильные рабочие станции, но в них используются менее мощные «мобильные» аналоги системных компонентов. Мобильные графические станции предназначены для тех, кто много перемещается, но хочет всегда иметь под рукой высокопроизводительное рабочее место.
Мобильные рабочие станции
Типовые области применения мобильных графических рабочих станций — это 3D-моделирование деталей, работа с малыми и средними сборками; дизайн и архитектурное проектирование; организация производительного мобильного рабочего места там, где это необходимо.
Мобильные рабочие станции в настоящее время строятся на процессорах Intel Core шестого поколения (Skylake-H), среди которых есть и мобильные процессоры Xeon. Использование памяти DDR4 позволило увеличить не только частоту, но и емкость памяти. Некоторые системы имеют 4 × SODIMM слота — до 64 Гбайт оперативной памяти, что актуально для приложений, активно ее использующих.
Как только появились накопители M.2 с интерфейсом PCIe 3.0 × 4 и поддержкой в чипсетах Intel до 16 линий PCI Express 3.0, дисковая подсистема перестала быть узким местом. Благодаря портам USB 3.1 Gen2 и интерфейсу Thunderbolt можно использовать и внешние диски (массивы дисков).
Важнейшее отличие рабочей станции любого форм-фактора от ПК — это ее сертификация для работы со специализированными приложениями.
Профессиональная графика и сертификация рабочих станций разработчиками приложений
Графические карты профессионального уровня отличаются от обычных продуктов такого класса сертификацией для поддержки специальных приложений, оптимизацией и стабильностью драйверов, а также дополнительной функциональностью, определяемой спецификой прикладного ПО. Кроме того, поставщики графического оборудования для профессионалов, в первую очередь AMD и NVIDIA, обычно предусматривают расширенный период поддержки пользователей в течение 18 месяцев.
Сертификация — одна из ключевых особенностей рабочих станций. Сертификация независимых поставщиков ПО — итог продуманного процесса разработки и тщательного тестирования. Она гарантирует, что прошедшие эту процедуру приложения будут работать надежно и с максимальной производительностью. Сертифицированные рабочие станции отвечают специфическим особенностям прикладных задач, обеспечивают высокую производительность и стабильность ключевых параметров функционирования, оптимальное распределение нагрузки между CPU и GPU.
Для оптимизации своих драйверов AMD и NVIDIA работают с ведущими разработчиками ПО: Adobe, Autodesk, Dassault и другими. Рабочие станции и GPU тестируются и сертифицируются для работы с сотнями программных пакетов CAD/CAM/CAE.
Рабочие станции САПР
Рабочие станции САПР — подкласс графических рабочих станций — позволяют создавать конструкторскую и / или технологическую документацию, геометрические модели (твердотельные, трехмерные, составные), а также чертежи изделия. Аппаратные ресурсы такой рабочей станции задействуют все функциональные возможности профессиональных САПР: CATIA, CREO, NX, Inventor, «Компас», AutoCAD, Solid Works, SolidEdge, T-Flex CAD и других.
| Вид САПР |
Решаемые задачи |
| Машиностроительные |
Разработка широкого спектра изделий: от создания аэрокосмических систем до проектирования бытовой техники. |
| Изделия микроэлектроники |
Проектирование принципиальных и монтажных схем, печатных плат, автоматическое размещение элементов изделий, автотрассировка. |
| Электротехнические |
Разработка принципиальных схем и схем подключения электротехнического оборудования, его пространственная компоновка, ведение баз данных готовых изделий. |
| Архитектурные |
2D- и 3D-проектирование архитектурно-строительных конструкций, расчет специальных конструкций (например, крыш), типовые статические расчеты строительных конструкций, ведение баз данных стандартных элементов, планирование территорий под строительство. |
| Оборудование промышленных установок и сооружений |
Создание принципиальных схем установок, пространственная разводка трубопроводов и кабельных трасс, проектирование систем отопления, водоснабжения, канализации, электроснабжения, вентиляции и кондиционирования, ведение баз данных оборудования, трубопроводной арматуры, готовых электротехнических изделий. |
| Геоинформационные |
Оцифровка данных полевой съемки, анализ геодезических сетей, построение цифровой модели рельефа, создание в векторной форме карт и планов, ведение земельного и городского кадастров, ведение электронного картографического архива. |
Графические рабочие станции для систем автоматизации проектных работ (САПР) представляют широкий класс систем для задач CAD (Computer Aided Design), CAM (Computer Aided Manufacturing) и CAE (Computer Aided Engineering). Современные рабочие станции САПР условно принято разделять на следующие группы:
| Рабочие станции САПР |
Области применения рабочих станций |
| Начальный уровень |
2D-моделирование изделий, работа с малыми сборками в 3D; дизайн и архитектурное проектирование начального уровня. |
| Средний уровень |
3D-моделирование деталей, работа с малыми и средними сборками; дизайн и архитектурное проектирование. |
| Рабочие станции старшего класса |
Высокопроизводительные вычисления с использованием специализированного ПО, инженерный анализ и имитационное моделирование; подготовка фотореалистичных изображений (рендеринг); обработка видеозаписей и наложение эффектов; работа со сверхбольшими сборками. |
В рабочих станциях, предназначенных для САПР и редактирования видеозаписей, сейчас широко используются профессиональные графические карты NVIDIA и AMD. Разработанные для карт NVIDIA Quadro и AMD FirePro драйверы позволяют оптимально использовать аппаратное и программное обеспечение, возможности которого в результате намного превосходят то, что способна предложить непрофессиональная графика. Важно использовать последние версии драйверов: они регулярно оптимизируются, в них обновляются профили, появляется поддержка новых версий САПР и т.д.
Графические и видеокарты
В вычислениях с графическим ускорением помимо центрального процессора используется графический процессор видеокарты (GPU). Это позволяет повысить производительность графических приложений, вычислительных задач, аналитики и проектирования, ускорить моделирование для автомобильной и нефтегазовой отраслей, самолетостроения, производства медиаконтента, обработки медицинских данных и данных научных исследований.
CPU оптимизирован в основном для последовательных, GPU — для параллельных задач. Хорошо распараллеливаемые и графические задачи выполняются на GPU. Таким образом достигается прирост производительности графического ядра и приложения в целом.
В отличие от центральных процессоров (CPU), в современных графических ускорителях (GPU), в зависимости от модели, доступно более 512 вычислительных ядер, а с помощью специализированных API можно получить высокий прирост скорости вычислений в хорошо распараллеливаемых задачах.
AMD в своих профессиональных графических картах применяет ту же архитектуру GCN (Graphics Core Next) на базе RISC SIMD, что и в игровых картах, а также технологию HyperZ (иерархическая Z-буферизация и Z-растеризация с 4 байтами на пиксель). Новшества у AMD ожидаются после перехода в 2017 году на новый 14-нм технологический процесс и четвертую версию GCN. Во второй половине 2017 года должна выйти двухпроцессорная карта AMD Vega с производительностью около 23 терафлопс.
NVIDIA и AMD имеют также линейки мобильных профессиональных графических карт. Как правило, мобильный аналог графической системы несколько «слабее» по основным характеристикам, чем его «стационарный» прототип, что объясняется существенными ограничениями в мобильном исполнении по габаритам и энергопотреблению. Использование ноутбуков в качестве рабочих станций САПР тем не менее вполне оправдано и популярно. Например, заниматься крупными проектами теперь можно и в дороге. При весе немногим более 2 кг такие системы представляют собой полнофункциональные рабочие станции с графическим адаптером, накопителями и процессорами профессионального класса. Компактность больше не означает низкую производительность.
Мобильная рабочая станция Dell Precision 15 (3510)
Новая мобильная рабочая станция Dell Precision 15 (3510) — один из хороших примеров развития мобильной производительности для САПР. По сравнению с предыдущей версией производительность процессора выше примерно на 15 %, графики — на 20 %, скорость оперативной памяти — на 33 %. Накопители SSD стали в 3 раза быстрее, а их емкость достигает 1 Тбайта. Система также может комплектоваться жесткими дисками SATA форм-фактора 2,5 дюйма и емкостью от 0,5 до 1 Тбайта (5400 или 7200 об/мин), которые позволяют хранить самые крупные и сложные проекты.
Для Dell Precision 15 (3510) доступны разные экраны: недорогие 15,6-дюймовые высокой четкости HD TN 1366×768; дисплеи с разрешением Full HD IPS 1920×1080 и сенсорный экран с отслеживанием 10 точек касания. На борту — четырехъядерный процессор Intel Xeon E3-1505M (2,8 ГГц, кэш — 8 Мбайт), или Intel Core i5 6300/6440HQ (2,3–2,6 ГГц, кэш — 6 Мбайт), или Intel Core i7 6820HQ (2,7 ГГц, кэш — 8 Мбайт).
Заново спроектированный корпус позволил сделать рабочую станцию на 26% тоньше и на 12% легче предшествующей модели, тачпад стал больше, и работать с ним проще.
Dell Precision 15 (3510) получила дисплей с разрешением QHD или 4K, процессоры микроархитектуры Skylake (четырехъядерные процессоры Intel Core i5 и i7 шестого поколения), интерфейсы Thunderbolt 3.0 (до 40 Гбит/c) и USB Type C. К ней можно подключить одновременно до четырех 4K-мониторов.
1. Разъем для наушников. 2. Устройство считывания карт памяти. 3. USB 3.0. 4. USB 3.0. 5. Замок безопасности. 6. Порт RJ45. 7. Порт VGA. 8. Слот для SIM-карты. 9. HDMI. 10. USB 3.0. 11. Порт адаптера питания. 12. Порт USB-C. 13. Устройство считывания смарт-карт.
«Внутренности» Dell Precision 15 (3510): батарея, два модуля памяти, вентилятор.
Системы оснащены оперативной памятью DDR4 2133 МГц (до 32 Гбайт) и графическими адаптерами AMD FirePro с 2 Гбайтами памяти GDDR5. Они обеспечивают более высокую производительность, чем графические карты потребительского уровня, в самых разных задачах: от отрисовки до сложного моделирования. Другая опция — встроенный графический адаптер Intel HD Graphics 530 или Intel HD Graphics P530.
Графическая карта AMD FirePro W5130M содержит 512 ядер и 128-битовую графическую карту GDDR5. Ее производительность в OpenGL значительно превышает показатели видеокарт GeForce с аналогичными спецификациями.
Все карты AMD FirePro W-серии основываются на GPU с архитектурой GCN (Graphics Core Next), то есть, по сути, являются профессиональными модификациями серии Radeon HD 7000. AMD FirePro W5130M — карта среднего класса, оптимальное сочетание цены и производительности.
В независимых тестах производительности рабочая станция показывает достойные результаты.
Dell тщательно тестирует свои рабочие станции совместно с независимыми производителями ПО: Autodesk, Adobe, Solidworks и другими, чтобы добиться гармоничной работы Precision со специализированным программным обеспечением и повысить качество технической поддержки Dell ProSupport Plus.
Сертификация независимых поставщиков ПО на системах Dell охватывает самые популярные
приложения сторонних разработчиков (приложения технического проектирования, пакеты для научных расчетов, мультимедиа). Из операционных систем, кроме рекомендуемой Windows 10 Pro, можно выбрать Ubuntu или FreeDOS. Важное конкурентное отличие рабочей станции — оптимизация ПО.
Dell Precision Optimizer
Разные приложения предъявляют различные требования к системе. В пакет предустановленного ПО входит Dell Precision Optimizer, управлять которым можно из центральной консоли System Center Configuration Manager (SCCM). Precision Optimizer автоматически настраивает систему, чтобы она оптимально работала с конкретным профессиональным приложением и достигала максимальной производительности. Например, производительность приложения SolidWorks повышается в результате примерно на 55%.
Кроме того, Dell Precision Optimizer в реальном времени создает отчеты об использовании процессора, накопителей, памяти и графических ресурсов, а также отправляет отчеты о состоянии системы для анализа в ИТ-подразделение.
Инструмент Dell Precision Optimizer, поставляемый бесплатно с рабочей станцией Precision, обеспечивает автоматическую тонкую настройку системы для оптимизации работы наиболее популярных приложений.
К рабочим станциям Dell Precision предлагается также множество аксессуаров, включая док-станции и различные периферийные устройства.
Скупой платит дважды
Даже такая относительно недорогая рабочая станция младшего класса, как Dell Precision 15 (3510), предоставляет значительно больше возможностей для бизнеса, чем стандартный ноутбук. Попытка сэкономить и использовать для профессиональной работы не предназначенную для этих целей систему приведет к потере продуктивности и срыву сроков проектов. В итоге придется платить двойную цену. Как показывают примеры внедрения (в частности,
опыт японской компании Takenaka, которая использует 60 мобильных рабочих станций Dell Precision 15 (3510)), заказчикам удается получить целый ряд ощутимых преимуществ:
- Более эффективная работа компании и, как следствие, удовлетворение клиентов.
- Повышение продуктивности работы сотрудников.
- Более динамичный сервис и быстрая передача данных.
- Повышение мотивации персонала за счет лучшего использования технологий.
- Высокая мобильность сотрудников и повышение качества обслуживания клиентов.
