Więcej niż i7
W większości profesjonalnych zastosowań stacji roboczych liczą się generalnie dwa parametry, które niestety są ze sobą nieco sprzeczne. Zanim więc przystąpimy do planowania docelowej konfiguracji, warto przeanalizować wymagania aplikacji, których zamierzamy używać. Generalnie dzielą się one na dwa główne typy – takie, które do wydajnej pracy wymagają procesora o najszybszym taktowaniu oraz wielowątkowe, dla których jeszcze bardziej od częstotliwości liczy się liczba rdzeni. Oczywiście kilka rdzeni warto mieć zawsze. Nawet jeśli główna aplikacja nie będzie w stanie ich wykorzystać, to przecież oprócz niej w systemie działa zwykle jeszcze kilka innych (przeglądarka WWW, program antywirusowy itd.). Zresztą współczesne system operacyjne też potrafią same potrafią zutylizować spore zasoby mocy obliczeniowej.
Na szczęście w najmocniejszych stacjach roboczych nie stosuje się obecnie procesorów i liczbie rdzeni poniżej czterech. Przykładowo w potężnej stacji Fujitsu Celsius M770 mam do wyboru układy Intel Xeon W, z których najsłabszy wyposażony jest w dokładnie cztery rdzenie, a jego częstotliwość pracy wynosi 2,9 GHz. Decydując się na wybór szybciej taktowanego układu możemy wybierać między wieloma modelami aż do procesora Intel Xeon W-2125 o częstotliwości bazowej wynoszącej 4 GHz, która w trybie Turbo może wynieść aż 4,5 GHz. Jeśli natomiast zależy nam na wydajnej obsłudze wielu wątków, to do wyboru będziemy mieli kości aż do modelu Xeon W-2155, który ma aż 10 rdzeni taktowanych z częstotliwością 3,3 GHz. Oczywiście w trybie Turbo procesor ten również może przyspieszyć do wspomnianych wcześniej 4,5 GHz, ale jego domeną jest jednak praca wielowątkowa, tym bardziej, że dzięki technologii Hyper-Threading będzie on wstanie przetwarzać równolegle aż do 20 wątków.
W serii procesorów Xeon W są jeszcze układy 14- a nawet 18-rdzeniowe, ale ich częstotliwość bazowa jest już wyraźnie niższa (do 2,5 GHz) więc wydają się one mniej optymalne. Jeśli jednak 10 rdzeni okaże się niewystarczające, znacznie lepszym pomysłem będzie zakup dwuprocesorowej stacji roboczej takiej, jak Fujitsu Celsius R970. Dostępne w jej przypadku procesory oferują do 28 fizycznych rdzeni i to z obsługą technologii Hyper-Threading. Decydując się na instalację dwóch takich procesorów możemy zapewnić aplikacji możliwość przetwarzania do 112 wątków jednocześnie!
Sama liczba rdzeni i częstotliwość taktowania to jednak nie wszystko. W przypadku tak wydajnych układów liczą się jeszcze pojemność pamięci podręcznej, czyli cache oraz pojemność i wydajność obsługiwanej pamięci RAM. Pamięć podręczna w najmocniejszych procesorach może osiągać nawet niemal 40 MB pojemności co przy tak dużej liczbie rdzeni znacznie przyspiesza przetwarzanie oraz wymianę danych między nimi. A co z pamięcią RAM?
Ile pamięci?
O ile w standardowych komputerach zwykle wystarcza 8 czy 16 GB pamięci RAM, o tyle w najmocniejszych stacjach roboczych są to setki gigabajtów. Zwykłe aplikacje nie są aż tak wymagające i nawet oferującej spektakularną jakość grafiki gry zwykle do płynnego działania potrzebują 16 GB. Profesjonalne stacje robocze często wykorzystywane są do przetwarzania i pracy na wielkich zbiorach danych czy po prostu olbrzymich plikach. Możliwość umieszczenia całego takiego pliku w pamięci RAM znacznie przyspiesza jego przetwarzanie, gdyż pamięci DDR4 są znacznie szybsze od nawet najbardziej wydajnych dysków SSD. Najnowsze jednoprocesorowe stacje robocze potrafią obsłużyć do 256 GB szybkich pamięci DDR4 2666 MHz oczywiście z obsługą ECC.
O ile jednak w zwykłych pecetach komunikacja procesora z pamięcią RAM odbywa się za pomocą dwóch równolegle działających kanałów, o tyle w stacjach roboczych obsługiwane są cztery kanały. Jeśli potrzeba więcej, to dwuprocesorowe maszyny oferują obsługę do 1 TB pamięci RAM. Dodatkowo każdy procesor w takiej stacji wyposażony jest w 6-kanałowy kontroler, co oznacza, że pełną wydajność osiągnie ona po zainstalowaniu 12 osobnych modułów RAM – po sześć na każdy procesor. Jeśli mimo to pojemność dostępnej pamięci RAM okaże się wciąż niewystarczająca, to kolejne przyspieszenie przetwarzania możemy osiągnąć stosując najszybsze dostępne obecnie pamięci masowe, czyli dysk SSD.
Na następne stronie – jaki powinien być dysk i czy jedna karta graficzna wystarczy profesjonaliście.
Najszybsze SSD
Bez względu na to czy korzystamy z peceta, laptopa czy superwydajnej stacji roboczej dysk SSD zawsze będzie lepszym rozwiązaniem niż HDD. Jednak również wśród dysków SSD są istotne różnice wynikające przede wszystkim z zastosowanego interfejsu, a dokładnie jego ograniczeń. Przykładowo SATA nawet w specyfikacji SATA III nie pozwoli na uzyskanie prędkości przesyłania danych wyższej niż ok. 500-550 MB/s. Aby móc wykorzystać pełny potencjał najnowszych SSD, musimy zamiast SATA zastosować protokół NVMe służący do przesyłania danych bezpośrednio między procesorem a dyskiem (czyli z pominięciem kontrolera SATA) po magistrali PCI Express. W tym celu najczęściej wykorzystuje się dysk SSD ze złączem M.2. Złącze takie może być umieszczone bezpośredni na płycie głównej lub na karcie PCI Express wyposażonej w jedno lub dwa takie złącza.
Istnieje również standard, który pozwala przesyłać dane do dyski SSD NVMe za pomocą kabla. W stacji roboczej Fujitsu Celsius M770 znajdziemy złącza U.2, które za pomocą odpowiednich kabli pozwalają podłączyć do czterech dysków zgodnych z U.2. Oczywiście z tak podłączonych dysków możemy zbudować macierz RAID zwiększając pojemność, wydajność lub bezpieczeństwo danych. Przyrost wydajności pamięci masowych przez lata był niewspółmierny do przyrostu wydajności pozostałych podzespołów i choć dyski SSD wreszcie tę sytuację poprawiły to wciąż wydajność pamięci masowej w wielu zastosowaniach pozostaje wąskim gardłem znacznie ograniczającym możliwości całego systemu. Zupełnie inaczej potoczył się rozwój kart graficznych.
Karty graficzne
Wydajność czy możliwości pracy wielomonitorowej to w przypadku pojedynczej karty graficznej często zbyt mało. Dlatego w zaawansowanych stacjach roboczych często istnieje możliwość jednoczesnego wykorzystywania dwóch, trzech a nawet czterech kart. Po co instalować ich aż tyle? Powodów może być wiele. Najprostszym jest potrzeba zwiększenia mocy obliczeniowej całego systemu powyżej poziomu osiągalnego przez pojedynczą, najszybszą nawet kartę graficzną. O ile w komputerach dla graczy takie rozwiązanie stosuje się rzadko o tyle w zastosowaniach profesjonalnych sięga się po nie dość często. Zwielokrotnioną moc kart graficznych wykorzystuje się nie tylko to bardziej wydajnego renderowania obrazu, ale też do przyspieszania obliczeń. Okazuje się bowiem, że układy GPU montowane w kartach graficznych świetnie nadają się np. do jednoczesnego przetwarzania setek, a nawet tysięcy wątków.
Kolejnym uzasadnionym przypadkiem użycia wielu kart graficznych jest chęć podłączenia do stacji roboczej wielu monitorów. I nie chodzi tu często o dwa czy cztery monitory, ale na przykład tzw. wideo ścianę złożoną z 16 ekranów o wysokiej rozdzielczości. Specjalne sterowniki dla profesjonalnych kart graficznych z linii Nvidia Quadro pozwalają użyć kilku różnych trybów pracy wielomonitorowej. Najczęściej spotykanym jest wyświetlenie na połączonych i ustawionych odpowiednio ekranach dużego obrazu o ponadprzeciętnie wysokiej rozdzielczości. Jednak do stacji roboczych podłącza się nie tylko monitory. Równie dobrze wiele wyjść wideo można wykorzystać do podłączenia projektorów. Jednak synchronizacja obrazów wyświetlanych przez kilka projektorów jednocześnie wymaga zwykle wykorzystania specjalnej karty.
Więcej slotów
Do podłączenia wielu wydajnych kart graficznych w jednej stacji roboczych potrzebne są odpowiednie zasoby. Po pierwsze większość z nich wymaga osobnego złącza PCI Express o pełnej specyfikacji, czyli PCI Express x16 3.0. Zwykłe pecety mają najczęściej tylko jedno takie złącze. Rzadziej zdarzają się dwa a zaawansowane stacje robocze takie ja dwuprocesorowa stacja Fujitsu Celsius R970 ma ich aż cztery. Po drugie złącza te muszą być odpowiednio oddalone od siebie tak, by przykładowo można było zainstalować w każdym z nich wydajną kartę graficzną podwójnej grubości, taką jak Nvidia Quadro P5000 czy P6000. Te wydajne akceleratory muszą być odpowiednio chłodzone i dlatego zajmują znacznie więcej miejsca w obudowie komputera. Są nie tylko grubsze, ale i dłuższe i dlatego obudowy najbardziej wydajnych stacji roboczych są duże.
Budowa i zasilanie
Producenci profesjonalnych stacji roboczych muszą dbać, by wydajne podzespoły takie jak procesory czy karty graficzne były odpowiednio chłodzone, co skutkuje sporymi rozmiarami sprzętu. Przykładowo konstrukcja stacji roboczej Fujitsu Celsius M770 została tak przemyślana, by poszczególne elementy wpływające na temperaturę wewnątrz obudowy takie jak procesor, karta graficzna i zasilacz były chłodzone osobnymi strugami powietrza przepływającego przez obudowę. Zapobiega to wzajemnym podgrzewaniu się podzespołów co ma wpływ zarówno na wydajność, jak i stabilność ich pracy.
Wspomniany wcześniej zasilacz to kolejny element, którego parametry mają istotny wpływ na możliwości całego systemu. Powinien on dysponować odpowiednim zapasem mocy by w sposób stabilny i bezpieczny zasilić wszystkie podzespoły. Dlatego, o ile w typowym sprzęcie typu PC stosuje się zasilacze o mocy między 200 a 400 W, to w wydajnych stacjach wartość ta często znacznie przekracza 1000 W. Dodatkowo są to zasilacze o dużej skuteczności co poprawia ich wydajność oraz energooszczędność.
Najbardziej wydajne profesjonalne stacje robocze to konstrukcje, które pod względem wydajności, możliwości wyposażenia oraz konstrukcji znacznie różnią się od zwykłych pecetów czy komputerów dla graczy. Nic dziwnego skoro również sposób ich użytkowania często jest zupełnie odmienny. To maszyny, które często zajmują się zadaniami tak złożonymi lub po prostu przetwarzają takie ilości danych, że ich obróbka wymaga godzin, dni, a nierzadko nawet tygodni ciągłej pracy i to pod pełnym obciążeniem. Tu nie ma miejsca na chwilowe słabości, przegrzewanie się czy niestabilną pracę. Od ich niezawodności zależy przecież rozwój wielu gałęzi gospodarki (projektowanie), nauki (obliczenia i symulacje), kultury (wizualizacja) i wielu innych dziedzin. | CHIP
Materiał powstał we współpracy z Fujitsu.