Для работы с офисным пакетом, например, MS Office, интернет-браузером и несколькими дополнительными приложениями вполне достаточно машины с процессором класса Intel Core i5, Core i7, AMD Ryzen и т.п. В игровом компьютере мы часто можем встретить мощные процессоры Core i7 серии X и видеокарты класса GeForce. Добавив к этому 16 ГБ памяти и твердотельный диск, мы гарантируем плавный процесс в любой игре даже при высоком разрешении.
Однако, иногда перед компьютерами ставятся такие задачи, что перечисленные характеристики оказываются недостаточными. Тогда нужно использовать более сложное оборудование. Речь идёт о машинах, предназначенных для дизайнеров, инженеров, ученых, то есть для профессионалов.
Мы решили проверить, какие характеристики должно иметь оборудование предназначенное для самых требовательных пользователей. Начнем с процессора.
Процессор – больше, чем i7
В большинстве профессиональных приложений для рабочих станций важны два параметра, которые, к сожалению, между собой немного противоречивые. Поэтому, прежде чем приступить к планированию целевой конфигурации, стоит изучить требования приложений, которыми мы собираемся пользоваться.
Как правило, они делятся на два основных типа – такие, для эффективной работы которых нужен самый быстрый и многопоточный процессор, и для которых большее значение имеет количество ядер. Конечно, несколько ядер стоит иметь всегда. Даже если основное приложение не будет в состоянии их использовать, ведь кроме него в системе работает, как правило, ещё несколько других приложений (браузер, антивирус и т.д.). Впрочем, современные операционные системы также умеют эффективно поглощать вычислительные ресурсы.
К счастью, в мощных рабочих станциях применяются в настоящее время процессоры с количеством ядер до четырех. Например, в мощной станции Fujitsu Celsius M770 используется Intel Xeon, из которых самый слабый оснащен четырьмя ядрами, а его рабочая частота составляет 2,9 Ггц.
Выбирая более высокую тактовую частоту, мы можем выбирать между несколькими моделями, вплоть до процессора Intel Xeon В-2125 с базовой частотой 4 Ггц, которая в режиме Turbo может достигать 4,5 Ггц. А если нам важно эффективное использовании нескольких потоков, то на выбор модели до Xeon В-2155, который имеет 10 ядер с частотой 3,3 Ггц. Конечно, в режиме Turbo процессор также может ускориться до упомянутых выше 4,5 Ггц, но его «фишка» в многопотоковой архитектуре, тем более, что благодаря технологии Hyper-Threading он будет в состоянии обрабатывать параллельно до 20 процессов.
В серии процессоров Xeon доступны модели с 14 и даже 18 ядрами, но их базовая частота уже значительно меньше (до 2,5 Ггц), так что кажется, что они менее оптимальны. Однако, если 10 ядер окажется недостаточно, гораздо лучшей идеей будет покупка двухпроцессорной рабочей станции такой, как Fujitsu Celsius R970. Имеющиеся в её случае процессоры обеспечивают до 28 физических ядер с поддержкой технологии Hyper-Threading. Решаясь на установку двух таких процессоров мы можем предоставить приложению возможность запускать до 112 потоков одновременно!
Количество ядер и тактовая частота – это не всё. В случае эффективных систем важны ещё объём кэша, производительность и емкость поддерживаемой оперативной памяти. Кэш-память в самых мощных процессорах может достигать 40 МБ, что при таком большом количестве ядер существенно ускоряет обработку и обмен данными.
Сколько памяти нужно рабочей станции
Если в стандартных компьютерах обычно достаточно 8 или 16 ГБ оперативной памяти, то для мощных рабочих станциях это сотни гигабайт. Обычным приложениям, даже обеспечивающим потрясающее качество игровой графики, как правило, для плавной работы нужно 16 ГБ. Профессиональные рабочие станции часто используются для обработки и работы с большим набором данных или просто огромными файлами. Возможность размещения всего такого файла в оперативной памяти значительно ускоряет его обработку, так как память DDR4 намного быстрее даже самых производительных SSD-дисков. Нормальная рабочая станция должна иметь 256 ГБ высокоскоростной памяти DDR4 2666 Мгц, конечно, с поддержкой ECC.
В обычных компьютерах связь процессора с оперативной памятью осуществляется с помощью двух параллельно работающих каналов, в то время как в рабочих станциях, поддерживается четыре канала. Если нужно больше, то двухпроцессорные машины обеспечивают обслуживание до 1 ТБ оперативной памяти.
Кроме того, каждый процессор в такой станции оснащен 6-канальным контроллером, это означает возможности установки 12 отдельных модулей оперативной памяти – по шесть на каждый процессор.
Если, несмотря на это, объем доступной оперативной памяти кажется ещё недостаточным, ускорения можно достичь, используя быстрые, доступные в настоящее время системы хранения данных, то есть твердотельные накопители.
Самые быстрые SSD
Независимо от того, используем ли мы из персональный компьютер, ноутбук или сверхмощную рабочую станцию, диск SSD всегда будет лучше, чем HDD. Однако, среди SSD также присутствуют важные отличия, вытекающие прежде всего из применяемого интерфейса, а именно его ограничений.
Например, SATA даже в спецификации SATA III не позволяет достичь скорости передачи данных более 500-550 Мб/с. Чтобы иметь возможность использовать весь потенциал новейших SSD, надо вместо SATA применить протокол NVMe, используемый для передачи данных непосредственно между процессором и жестким диском (то есть в обход контроллера SATA) по шине PCI Express.
С этой целью чаще всего используется твердотельный накопитель с разъемом M.2. Разъем может быть размещены прямо на материнской плате или на плате PCI Express, оснащенной одним или двумя такими разъемами.
Существует также стандарт, который позволяет передавать данные на твердотельные диски NVMe с помощью кабеля. В рабочей станции Fujitsu Celsius M770 присутствует разъем U.2, к которому с помощью соответствующих кабелей можно подключить до четырех жестких дисков, совместимых с U.2. Конечно, с таким количеством подключенных дисков мы можем построить RAID, увеличив общую емкость, производительность и безопасность данных.
Прирост производительности устройств хранения данных всегда не успевал за ростом производительности остальных компонентов, и хотя SSD-накопители эту ситуацию улучшили, производительность энергонезависимой памяти во многих приложениях остается узким местом, существенно ограничивающим возможности всей системы.
Совсем другая ситуация в развитии графических карт.
Видеокарты для рабочей станции
Для обеспечения производительности и возможности работы с несколькими мониторами одной видеокарты часто слишком мало. Поэтому в мощных рабочих станциях часто есть возможность одновременного использования двух, трёх и даже четырех видеокарт.
Зачем устанавливать так много? Причин может быть много. Самым простым является необходимость увеличения вычислительной мощности всей системы выше уровня, достижимого на одной, самой быстрой видеокарте. Совместная мощность видеокарт используется не только для более эффективной визуализации изображения, но и для ускорения вычислений. Оказывается, что графические процессоры, устанавливаемые в видеокартах, прекрасно подходят, например, для одновременной обработки сотен и даже тысяч потоков.
Еще одним случаем использования нескольких видеокарт является желание подключить к рабочей станции нескольких мониторов. И разговор тут часто не о двух-четырех мониторах, а о целый видео-стене, состоящей из 16 экранов с высоким разрешением.
Специальные драйверы для профессиональных видеокарт из линейки Nvidia Quadro позволяют использовать несколько различных режимов работы с несколькими мониторами. Наиболее распространенным является просмотр на подключенных и настроенных соответствующим образом экранах большого изображения с очень высоким разрешением.
Однако, к рабочим станциям подключаются не только мониторы. Видео-выходы можно использовать для подключения проекторов. Однако, синхронизация изображения на нескольких проекторах одновременно требует использования специальной карты.
Для подключения нескольких мощных видеокарт в одной станции необходимы соответствующие ресурсы. Во-первых, большинство из них требует отдельного разъема PCI Express полной спецификации, то есть PCI Express 3.0 x16. Обычные материнские платы имеют, чаще всего, только один такой разъем. Во-вторых, эти разъемы должны быть достаточно удалены друг от друга, чтобы можно было установить в каждом из них эффективную видеокарту двойной толщины, например, Nvidia Quadro P5000 ли P6000. Эти мощные ускорители должны соответствующим образом охлаждаться и, следовательно, занимают намного больше места в корпусе компьютера. Они не только толще, но и длиннее, и поэтому корпусы самых мощных рабочих станций большие.
Производители профессиональных рабочих станций должны заботиться, чтобы эффективные компоненты, такие как процессоры и видеокарты, соответствующим образом охлаждались, что приводит к большим размерами оборудования.
Например, конструкция рабочей станции Fujitsu Celsius M770 была продумана так, чтобы отдельные элементы, влияющие на температуру внутри корпуса, такие как процессор, видеокарта и блок питания охлаждались отдельными струями воздуха. Это предотвращает взаимный нагрев компонентов, что влияет как на производительность, так и стабильность их работы.
Упомянутый блок питания – это ещё один элемент, параметры которого оказывают значительное влияние на возможности всей системы. Он должен иметь соответствующий запас мощности, чтобы стабильно и надежно обеспечить энергией все компоненты. Поэтому, если на обычном компьютере используются блоки питания мощностью 200-400 Ватт, то в высокопроизводительных станциях эта величина зачастую значительно превышает 1000 Ватт. Кроме того, это блоки питания высокой эффективности, что повышает их производительность и энергоэффективность.
Наиболее эффективные профессиональные рабочие станции – это конструкции, которые с точки зрения производительности, возможностей оборудования и конструкции существенно отличаются от обычных карманных или настольных компьютеров для геймеров.
Неудивительно, что их использование совершенно отличается. Это машины, которые часто занимаются сложными задачами или просто обрабатывают такие объемы данных, что их обработка требует часов, дней, а нередко даже недель непрерывной работы, и это под полной нагрузкой. Здесь нет места на временные слабости, перегрев или нестабильность работы. Ведь от их надежности зависит развитие многих отраслей экономики (проектирование), науки (расчеты и моделирование), культуры (визуализация) и других областей.
