深入了解：解析图形工作站核心部件

一、图形工作站的构成：

    一套完整的图形工作站计算机系统由处理器、主板、内存、存储以及机箱电源以及显示设备组成。而构成强大的图形处理能力则由CPU、主板芯片组、内存、图卡以及硬盘存储系统所决定。我们从这几个核心深入了解，全面解悉图形工作站的核心组合：

1．CPU处理器：

    作为计算机的心脏，CPU的性能对计算机有举足轻重的地位。虽然说一款性能优越的处理器不一定能够组建整体优越、高性能的图形工作站，但一款低性能处理绝对是不能组建一款优越性能的图形工作站。目前，在X86领域，图形工作站上应用的CPU主要是Intel和AMD两大处理器供应商的产品，分别为Xeon和Opteron两大类，一些入门级图形工作站也使用低端的PD、PEE等高端台式机处理器。从处理器的发展，这些处理器到今已从传统的32运算转入了64位运算、双核甚至多核。Intel和AMD两家公司的产品各有千秋，在多任务处理和软件支持等方面，Intel处理器略有优势。Xeon处理器目前最高频率已达到3.6G，并且已开始出现双核产品，其搭配的主板芯片组在兼容性方面经过了较长时间的考验，许多大工作站厂商采用的Xeon处理器系统通过了一些最主要专业软件厂商的兼容性认证，保证了良好的兼容性，这是其最大的优势。Opteron处理器最近两年才异军突起，性能上和Xeon难分伯仲，而价格上却很有优势。但由于面世时间不久，软件厂商针对该类处理器的优化相对滞后，使其在应用中性能得不到最大程度的发挥，并且兼容性也受到一定影响。因此，该处理器大多出现在为特殊应用而定制的机型上，并且在其中有着优秀表现。

  在某些高端产品中也有使用特殊的RISC架构的处理器。如IBM、HP、SUN等巨头，都推出有相应的RISC高端图形工作站，由于采用了专用的处理器对图形处理进行了优化，性能要高一般的x86系统。这类工作站一般都采用Unix操作系统，其稳定性与可靠性也比x86图形工作站要高。

2、主板

    图形工作站主板最显著的就是主板芯片组，作为主板最基本、最重要的一块电路板，是计算机中其他器件赖以生存和相互通讯的一个平台。与台式机相比工作站作为高性能的专业计算机，其主板的做工要求更加精良，工艺要求更高，对兼容性、稳定性的要求更加严格。在主板上的各种芯片中，由南/北桥芯片构成的芯片组起着关键的作用，CPU和内存以及其他设备间的通讯，系统和外围设备的通讯，设备间的数据交换等都需要由南/北桥协同工作来实现。同时，优秀的芯片组还能保证系统各组件的良好协调以最大程度地发挥系统性能。

    目前Intel平台多采用5000芯片组，该产品和以往产品相比最大的特点就是增加了对PCI Express x16的支持，并且支持双显卡的SLI模式，系统的图形性能优势显露无疑。对处理器的支持发展最新的四核、双核51XX等至强处理器。

    AMD 8000芯片组结构要特殊一点，它包括了AMD-8111芯片（控制HyperTransport I/O集线器）；AMD-8131芯片（控制HyperTransport PCI-X通道）和AMD-8151芯片（控制HyperTransport AGP3.0图形通道）。该芯片组中比较吸引人注意的是其特有的HyperTransport技术，该技术所提供的高带宽使整个系统的传输量、RAS功能和数据管理功能均能得到很大提高。

3．内存

　　图形工作站的内存一般都采用ECC内存， ECC（Error Checking and Correcting，错误校验与纠正）是一种纠错机制，它时刻检查数据传输的完整性，不仅能探测出每位内存的错误，还可以纠正该错误，从而减少系统因为数据纠错而产生的延迟，是提高工作站容错能力和系统工作效率的有效手段之一。

　　目前的图形工作站中，Xeon系统普遍采用DDR2内存，而Opteron系统仍然采用DDR内存，两种内存相比较，在现阶段DDR2内存并没有因为技术的先进而取得太大的性能优势，其性能大致和DDR内存持平，甚至在某些方面还不如DDR内存。

4、图形子系统

　　图形工作站所采用的专业图形加速卡是其灵魂所在。也几乎成为了图形工作站区别于其他计算机的最大标志。从某种程度上来说，在图形工作站上它的重要性甚至超过了CPU。与针对游戏、娱乐和办公市场为主的消费类显卡相比，专业显示卡主要针对的是三维动画软件（如3DS Max、Maya、Softimage|3D等）、渲染软件（如LightScape、3DS VIZ等）、CAD软件（如AutoCAD、Pro/Engineer、Unigraphics、SolidWorks等）、模型设计（如Rhino）以及部分科学应用等专业应用市场。并针对这些专业图形图像软件进行必要的优化，因此有着极佳的兼容性。

　　普通家用显卡主要针对Direct 3D加速，而专业显示卡则是针对OpenGL来加速。OpenGL（Open Graphics Library开放图形库）和微软所提供的DirectX同属于图形API，但应用范围不同，OpenGL是目前科学和工程绘图领域大量使用的图形技术标准。最初由SGI公司提出，并随后得到了广泛支持。OpenGL注重快速绘制2D和3D物体用于CAD、仿真、可视化技术和虚拟现实技术中。它是一个开放的三维图形软件包，独立于窗口系统和操作系统，能十分方便地在各平台间移植，具有开放性、独立性和兼容性三大特点。当然在OpenGL之外，还有其他更为专业的图形API，但大多仅仅使用在特殊领域。

　　同时专业图形卡的优势还在于对专业应用软件性能和兼容性方面的优势。相对于普通游戏卡来说，专业图形卡的驱动程序一般都是针对专业软件而进行优化的，对于最常用的应用软件如AutoCAD、3Dmax等提供有专门的优化驱动程序，而且针对市场上主要的应用软件具有优化的选项，以解决兼容性方面的问题。虽然专业卡一般比普通显卡贵一些，但却是必需的，因为非专业图形卡在稳定性、兼容性方面可能造成的问题所带来的损失远远超出专业图形卡与普通显卡之间的价格区别。

　　专业显卡厂商有3DLabs、NVIDIA和ATI等几家公司，其中老牌的3DLabs公司主要有“强氧（OXYGEN）”和“野猫（Wildcat）”两个系列的产品。其产品走高端路线的较多，但从去年开始，3DLabs企业宣布退出市场。NVIDIA公司主要业务在普通家用显卡市场，专业显卡领域近几年才开始涉足，但凭借其雄厚的技术力量，其Quadro系列显卡在专业市场也取得了很大的成功，但大多为中低端产品。ATI公司同样也是涉足专业显卡时间不长，在收购了原来“帝盟（DIAMOND）”公司的FireGL分部后，才开始推出自己的专业显卡，目前FireGL同样也有不俗的表现，市场定位和Quadro系列类似。市场还有艾尔莎、丽台等公司也在生产专业显卡，但其并不自主开发显示芯片，而是采用上面三家公司的显示芯片来生产自有品牌的产品。

5、磁盘子系统

　　图形工作站的磁盘子系统主要包括硬盘驱动器及其附属的适配器。在工作过程中，CPU和图形加速卡需要持续不断、大流量地与硬盘进行数据的交换，为了保证计算的速度、稳定性和正确性，有必要选择高性能的磁盘子系统。在当前工作站的磁盘子系统中应用最多的是RAID技术和SCSI系统。

　　冗余磁盘阵列（RAID,Redundant Array of Inexpensive Disks）通过把多个磁盘驱动器连接在一起协同工作，不仅提高速度，同时磁盘系统的可靠性也可提高到接近无错。RAID共有RAID0-RAID5和RAID10七种模式，其中工作站常用的有RAID1、RAID5、RAID10三种模式。

　　小型计算机标准接口(SCSI,Small Computer standard Interface)是一种智能化的接口，完全通过独立的高速SCSI总线来控制数据的传输，对CPU资源的占用很少，特别适合于并发数据的请求处理。它能够最大限度地减少寻道时间，因而在并发数据的处理中具有极佳的性能。SCSI接口通常应用在对数据传输能力和安全性能要求较高的服务器和工作站系统中。目前图形工作站多采用Ultra3/160M SCSI控制器配合大容量、大缓存高速SCSI硬盘（15000RPM）。

二、图形工作站示例

    以下介绍的是IT世界网在前面介绍过了一款三维动画图形工作站。其主要配置如下：

    ·CPU采用Opteron265 双核/1.8G/2M缓存 ，这是目前非常成熟性能很高的一款双核处理器。

    ·主板采用泰安S2877ANRF，支持全系列双核Opteron处理器、双显卡SLI技术, 是目前配备性能比较高的工作站主板。

    ·丽台FX540专业显卡，为图形用户提供非常有价格竞争力的专业图形处理功能。

    ·WD250GYD企业级硬盘，目前SATAII接口，16M缓存，平均无故障寿命高达100万小时。

主要配置表与价格：

    编辑点评：以上以万元左右的价格组装的图形工作站，其配置合理、成熟稳定。是一款性价比极高的三维动画工作站，能够满足大多数行业的实际应用，在价格上是品牌工作站无法比拟的。当然，从市场上的主流来讲，这款采用双核双路最低频率的处理器、第一代DDR内存以及主板略显过时，在性能上与高频 率的双核、四核处理器、FBI-DDIM内存以及SCSI硬盘等等还是有一定的差距。