圖形工作站作為專業(yè)級(jí)圖形設(shè)計(jì)工具，在企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)部門扮演著非常重要的角色。圖形工作站以其超強(qiáng)的圖形處理能力著稱，與各種三維軟件平臺(tái)都有著非常好的兼容性。在圖形工作站發(fā)展的早期，由于硬件性能限制僅能對(duì)簡(jiǎn)單的圖形進(jìn)行運(yùn)算處理，經(jīng)過30年的發(fā)展，圖形工作站已經(jīng)能實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜三維模型進(jìn)行CAD\CAE的應(yīng)用處理，展望未來，隨著中國制造企業(yè)由中國制造到“中國智造“的跨越，圖形工作站將變得越來越必不可少。
一、圖形工作站前世今生
自1946年世界第一臺(tái)計(jì)算機(jī)ENIAC誕生起，經(jīng)過30年的不懈努力，到上世紀(jì)70年代操作系統(tǒng)和芯片技術(shù)已得到長(zhǎng)足發(fā)展，此時(shí)，Unix操作系統(tǒng)已走出貝爾實(shí)驗(yàn)室并商業(yè)化，intel 8080芯片也于1974年推出，這一切都為次年世界第一臺(tái)個(gè)人計(jì)算機(jī)Altair登臺(tái)亮相創(chuàng)造了條件。1975年，正是Altair的出現(xiàn)使得當(dāng)時(shí)還在哈佛上大二的比爾.蓋茨決定放棄學(xué)業(yè)投身到即將到來的IT革新浪潮中來。很多至今都引領(lǐng)著業(yè)界的IT巨頭都誕生于這一時(shí)期，如微軟、蘋果和甲骨文。
20世紀(jì)70年代中期，IT公司如雨后春筍般的誕生，軟件需要找到適合運(yùn)行的硬件平臺(tái)，硬件商需要為平臺(tái)尋找合適的軟件，我們稱這一時(shí)期為個(gè)人計(jì)算機(jī)軟硬件的磨合期。正是經(jīng)歷了這幾年軟硬件磨合期，到80年代初，定位于特定應(yīng)用的個(gè)人計(jì)算機(jī)才得以走入人們生活，真正意義上的圖形工作站也于這一時(shí)期誕生。
1、圖形雙星之初創(chuàng)歲月（1982～1985）
1982年，兩家重量級(jí)圖形工作站廠商成立，它們是 SGI和SUN。業(yè)界將SGI稱為圖形工作站發(fā)展的鼻祖， 因?yàn)镾GI是最早專注于圖形工作站研發(fā)與制造的廠商。1982年，James Clark博士創(chuàng)建了SGI公司，在此一年前，James Clark博士發(fā)明了幾何圖形發(fā)生器，這是一組可加速模型建立的定制芯片，能以硬件來加速圖形的幾何變換，減輕中央處理器對(duì)圖形處理的負(fù)擔(dān)，特別適用于對(duì)CAD、CAE、CAM等應(yīng)用的圖形處理，這也是最早的3D幾何圖形引擎，它的發(fā)明為圖形工作站的出現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。同年，SUN在斯坦福大學(xué)的宿舍里成立，并于當(dāng)年7月推出了Sun one圖形工作站，兩家公司的共同之處是創(chuàng)始人都是技術(shù)出身且都以圖形工作站作為立足之本。
圖1 Sun one工作站
20世紀(jì)80年代初，圖形工作站的出現(xiàn)使得市場(chǎng)對(duì)該產(chǎn)品的需求空前強(qiáng)烈，IBM、DEC等硬件廠商紛紛加入對(duì)這一市場(chǎng)的爭(zhēng)奪。1983年，IBM宣布開發(fā)基于ROMP架構(gòu)處理器的工作站，同年SGI也推出了第一款圖形終端IRIS 1000系列，并與次年4月正式推出業(yè)界首款3D圖形工作站——IRIS 1400，與此同時(shí)，MIPS微處理器的出現(xiàn)也激發(fā)圖形工作站廠商開發(fā)自己的RISC處理器。1985年SUN開始SPARC處理器的研發(fā)工作，在此之前，包括SUN在內(nèi)的眾多圖形工作站廠商都依賴于摩托羅拉的芯片供應(yīng)。
圖2 IRIS 1000系列
2、RISC/Unix時(shí)代的百家爭(zhēng)鳴（1986～1993）
由于早期的圖形工作站處理器很多都有摩托羅拉公司提供，這使得圖形工作站的同質(zhì)化問題日趨嚴(yán)重，為扼守住自己的一塊蛋糕，包括SUN、SGI、IBM在內(nèi)的廠商都著手開發(fā)自己的RISC處理器和UNIX操作系統(tǒng)，試圖通過打造封閉式圖形工作站來保證客戶群體不至流失，同時(shí)賺取高額的利潤。正是這一思維為之后Wintel聯(lián)盟的崛起買下伏筆。
1986年是圖形工作站發(fā)展史上值得紀(jì)念的年份，這一年IBM發(fā)布了RISC架構(gòu)的Unix計(jì)算機(jī)——RT PC，并為該機(jī)型搭配了AIX系統(tǒng)，AIX是基于INTERACTIVE Systems公司的IN/ix（第一個(gè)商用UNIX）開發(fā)的。同年，惠普公司的RISC芯片PA-RISC發(fā)布，型號(hào)為PA-8000，在此之前，惠普已推出HP-UX操作系統(tǒng)。1987年，SUN與TI公司合作開發(fā)的SPARC處理器正式亮相，這是業(yè)內(nèi)第一款有可擴(kuò)展功能的RISC架構(gòu)微處理器，但第一個(gè)應(yīng)用SPARC處理器的SPARCstation1工作站直到1989年才發(fā)布。這一時(shí)期，SGI并沒有發(fā)展自己的處理器，只是放棄了摩托羅拉的68000，轉(zhuǎn)而使用MIPS的處理器產(chǎn)品，1992年MIPS被SGI收購，從而正式將MIPS處理器納入旗下。
圖3 SPARCstation 1
到90年代初，IBM、HP、SUN、SGI都發(fā)展了了各自的處理器和操作系統(tǒng)，IBM是POWER+AIX，惠普是PA-RISC+HP-UX，SUN是SPARC+Solaris，SGI是MIRS+IRIX。除這四家之外，DEC發(fā)展了自己的Alpha處理器。
（1）IBM：POWER+AIX
POWER是Performance Optimization With Enhanced RISC的縮寫，即以加強(qiáng)的RISC實(shí)現(xiàn)性能優(yōu)化。該處理器最早出現(xiàn)在RS/6000系統(tǒng)上，RS/6000是IBM在1990年推出的一個(gè)RISC架構(gòu)的服務(wù)器（POWERserver）、工作站(POWERstation)和超級(jí)計(jì)算機(jī)(POWERParallel)家族，用以替代IBM RT計(jì)算機(jī)平臺(tái)，也是第一個(gè)使用POWER處理器的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。自1986年發(fā)布AIX系統(tǒng)到POWER處理器的推出，AIX已從一個(gè)技術(shù)工作站平臺(tái)發(fā)展為一個(gè)真正的服務(wù)器操作系統(tǒng)。
圖4 IBM RS/6000系列
RS/6000系統(tǒng)的前身是1986年推出的RT PC，這是世界上首臺(tái)RISC架構(gòu)的UNIX計(jì)算機(jī)，也是IBM推出的首臺(tái)具備CAD設(shè)計(jì)能力的圖形工作站，RT PC配備無浮點(diǎn)計(jì)算能力的32位ROMP處理器，可實(shí)現(xiàn)對(duì)CATIA、AUTOCAD等CAD程序進(jìn)行圖形處理。
從RT PC到RS/6000，IBM實(shí)現(xiàn)了從單線產(chǎn)品到系列產(chǎn)品的轉(zhuǎn)型，即由工作站發(fā)展為包括工作站、服務(wù)器和超級(jí)計(jì)算機(jī)在內(nèi)的系列家族，通過不斷優(yōu)化POWER處理器架構(gòu)以及升級(jí)AIX操作系統(tǒng)來提升RS/6000系列產(chǎn)品性能，從而在圖形工作站領(lǐng)域攻城略地，在IBM工作站發(fā)展戰(zhàn)略中，IBM讓AIX操作系統(tǒng)只能運(yùn)行在POWER系列處理器上，雖然1996年微軟也曾發(fā)布過可運(yùn)行在RISC SYSTEM/6000上的NT 4.0操作系統(tǒng)，但很快PowERPC版本的Windows NT系統(tǒng)就被取消。到2000年，IBM直接將RS/6000改名為eServer pSeries，自此IBM再無發(fā)布基于RISC架構(gòu)的UNIX工作站產(chǎn)品。
（2）HP：PA-RISC+HP-UX
PA-RISC是惠普基于RISC架構(gòu)的處理器系列，它首次出現(xiàn)于1986年，第一款芯片的型號(hào)為PA-8000，之后陸續(xù)推出PA-8200、PA- 8500、PA-8600等型號(hào)，64位微處理器PA-8700于2001年上半年正式投入服務(wù)器和工作站的使用。HP-UX是惠普1984年發(fā)布的專有的Unix操作系統(tǒng)，目前最新版本為HP-UX11iv3。
圖5 HP 300系列
惠普是最早推出工作站產(chǎn)品的廠商之一，甚至先于IBM。早在1968年，惠普就推出了HP 9100A，但這是一款定位于科學(xué)計(jì)算的工作站，并非圖形工作站。該產(chǎn)品使科學(xué)家不必使用大型計(jì)算機(jī)即可進(jìn)行復(fù)雜的計(jì)算。1977年，惠普又推出了HP 9845A，這是一款定位于科學(xué)計(jì)算和工程應(yīng)用的工作站，集成了12英寸CRT顯示器，并為工作站搭配了圖形卡，但該產(chǎn)品依然不能歸結(jié)為真正意義上的圖形工作站�；萜照嬲饬x的圖形工作站出現(xiàn)在1985年，當(dāng)時(shí)惠普推出了首款HP 300系列工作站，并為該類型工作站搭配了HP3D顯卡引擎，這也是惠普推出的首款具備一定三維處理能力的圖形工作站，該產(chǎn)品搭配的就是HP-UX操作系統(tǒng)。
1989年，惠普收購阿波羅電腦公司，隨后阿波羅的Unix操作系統(tǒng)Domain/OS也被應(yīng)用到惠普工作站。1996年后，隨著Wintel聯(lián)盟的崛起，惠普還推出了XA-S系列工作站，2002年之后發(fā)展為XW系列圖形工作站。此后，惠普再無發(fā)布任何基于Unix架構(gòu)的圖形工作站產(chǎn)品，到2009年，惠普新一代Z 系列圖形工作站推出，XW系列正式功成身退。
（3）SUN：SPARC+Solaris
SPARC是Scalable Processor Architecture的縮寫，即可擴(kuò)展的處理器架構(gòu)。1984年，Sun工程師中的一個(gè)小團(tuán)隊(duì)開始研發(fā)被稱為SPARC的32位RISC處理。三年后，第一款名為“Sunrise”的SPARC處理器誕生，這款處理器采用0.8微米工藝，主頻只有16MHz，當(dāng)時(shí)被應(yīng)用在一對(duì)20000門的富士通gate-array芯片上，供給Sun 4/260工作站做動(dòng)力。第一款SPARC處理器規(guī)格雖然和現(xiàn)今的處理器無法相提并論，每秒僅可處理1000萬個(gè)指令，但是這比當(dāng)時(shí)的復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)(CISC)處理器要快三倍。
圖6 SPARC產(chǎn)品路線圖
SPARC處理器原本就是為SUN工作站專門設(shè)計(jì)的，之后被廣泛應(yīng)用到SUN、富士通等制造的大型SMP服務(wù)器上，Solaris操作系統(tǒng)也是SUN公司專為SPRAC架構(gòu)處理器設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，除Solaris外，NeXTSTEP、Linux、FreeBSD、OpenBSD、NetBSD等系統(tǒng)也提供SPARC版本。從1987 年SPARC處理器發(fā)布到2009年甲骨文收購SUN，SUN共發(fā)布了9代28款SPARC處理器，2007年8月推出的UltraSparc T2是SUN最后推出的SPARC處理器。盡管市場(chǎng)銷售情況非常好，但終究未能扭轉(zhuǎn)被收購的命運(yùn)。
Solaris是SUN為自己的工作站專門開發(fā)的操作系統(tǒng)。1982年SUN推出了第一臺(tái)工作站，為了給工作站搭配一個(gè)合適的操作系統(tǒng)，1983年SUN在UNIX System V基礎(chǔ)上開發(fā)了SunOS，8年后，該系統(tǒng)改名為Solaris。早期的Solaris只能運(yùn)行在SPARC平臺(tái)上，SUN公司通過捆綁Solaris和SPARC，使得工作站性能大大增強(qiáng)，但價(jià)格卻較高。到90年代中期，隨著x86平臺(tái)技術(shù)的發(fā)展，Solaris才開始支持x86和x64平臺(tái)，在版本2.5.1的時(shí)候，Solaris曾經(jīng)一度被移植到PowERPC架構(gòu)，但后來在版本正式發(fā)布時(shí)又被刪去。目前最新的版本為Solaris 11。
（4）SGI：MIPS+IRIX
SGI成立于1982年，在當(dāng)今的計(jì)算機(jī)界，SGI 的名字雖不如IBM、HP那樣有名，但其產(chǎn)品和技術(shù)在圖形和高性能計(jì)算領(lǐng)域有著其他產(chǎn)品無法替代的地位。SGI公司早期便致力于圖形卡的研究和制造，之后便開始生產(chǎn)圖形工作站產(chǎn)品。1983年SGI推出了第一批圖形終端IRIS 1000，并在1984年推出了第一臺(tái)3D圖形工作站IRIS 1400，采用的是摩托羅拉公司的68000處理器。之后SGI決定放棄使用摩托羅拉產(chǎn)品轉(zhuǎn)而采用MIPS公司的R2000產(chǎn)品，并于1987年推出了第一批RISC工作站，1992年SGI收購MIPS，從而將MIPS處理器收歸旗下。
1988年，SGI為工作站開發(fā)了IRIX操作系統(tǒng)，這是一種基于UNIX System V開發(fā)的系統(tǒng)，只能運(yùn)行在MIPS架構(gòu)工作站上，與AIX、HP-UX、Solaris等UNIX操作系統(tǒng)不同，IRIX融入了更多的圖形元素在里面，其中就包括IRIX GL程序，后來該程序演化為圖形工作站的標(biāo)準(zhǔn)圖形庫OpenGL。
回顧SGI的圖形工作站發(fā)展歷程，早期依賴摩托羅拉的M680x0平臺(tái)，1986年后轉(zhuǎn)到MIPS平臺(tái)，為打造軟硬一體化工作站平臺(tái)，1992年SGI收購了MIPS公司，但由于管理層犯下致命錯(cuò)誤，1998年MIPS再次從SGI獨(dú)立出來，隨之SGI將全部身家壓在安騰處理器上，這一戰(zhàn)略最終決定了SGI的命運(yùn)，2006年，SGI這個(gè)在圖形工作站獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷的公司被名不見經(jīng)傳的Rackable以2500萬美元收購，一代鼻祖就此終結(jié)。
圖7 SGI產(chǎn)品發(fā)布路線圖
3、Wintel崛起，英雄遲暮（1994～至今）
20世紀(jì)80年代，當(dāng)幾乎所有的主流個(gè)人計(jì)算機(jī)都被RISC處理器和UNIX操作系統(tǒng)占據(jù)時(shí)，有兩家公司正在走著一條不同的路，它們就是英特爾和微軟。英特爾處理器是基于CISC指令架構(gòu)，由于早期的英特爾芯片名稱都是“86”結(jié)尾，后來人們習(xí)慣稱英特爾處理器為x86架構(gòu)，而微軟當(dāng)時(shí)正在著手開發(fā)一種有著圖形界面的操作系統(tǒng)Windows。在UNIX和RISC一統(tǒng)天下的時(shí)代，無論是運(yùn)算效率還是應(yīng)用性能，當(dāng)時(shí)英特爾和微軟產(chǎn)品并不占優(yōu)。正基于于此，沒有敵手的圖形工作站廠商們?cè)噲D打造各自的封閉式系統(tǒng)，以維持高額的利潤，正是這樣一種思維為日后Wintel聯(lián)盟的崛起創(chuàng)造條件。
（1）1994～1996：轉(zhuǎn)守為攻
上世紀(jì)80年代，高端計(jì)算機(jī)市場(chǎng)基本是RISC/UNIX的天下，在當(dāng)時(shí)由于UNIX操作系統(tǒng)發(fā)展已相對(duì)成熟，RISC處理器的性能也要優(yōu)于英特爾的x86產(chǎn)品，當(dāng)時(shí)的微軟和英特爾根本無力介入高端計(jì)算機(jī)市場(chǎng)，這種情況一直持續(xù)到上世紀(jì)90年代，轉(zhuǎn)折點(diǎn)就在1994年。1994年微軟發(fā)布了Windows NT 3.5，該系統(tǒng)共推出了兩種版本：工作站版本和服務(wù)器版，從而開啟了與RISC/UNIX陣營在工作站及服務(wù)器市場(chǎng)的爭(zhēng)奪戰(zhàn)。同年3月，英特爾發(fā)布了奔騰處理器，正式告別數(shù)字命名時(shí)代。
圖8 Windows NT 3.5
奔騰處理器是x86系列的革新性產(chǎn)品，相對(duì)之前的486產(chǎn)品其晶體管數(shù)量大幅提高，并增強(qiáng)了浮點(diǎn)運(yùn)算功能，將工作電壓降低至3.3V。自此之后，微軟和英特爾加大力度對(duì)新品的開發(fā)和升級(jí)，為進(jìn)一步拓展高端工作站和服務(wù)器市場(chǎng)，1996年微軟又推出了融入了IE瀏覽器的Windows NT 4.0，一共四個(gè)版本，分別是工作站版、終端服務(wù)器版及兩個(gè)服務(wù)器版。Windows NT 4.0提供文件和打印服務(wù)，能運(yùn)行客戶機(jī)/服務(wù)器應(yīng)用程序，內(nèi)置Internet/Intranet功能，為配合微軟戰(zhàn)略，英特爾在1997年初再次更新其奔騰產(chǎn)品線，發(fā)布了新一代奔騰MMX處理器，該處理器在x86指令集中增加了57條多媒體指令，專門用于對(duì)視頻、音頻以及圖形圖像數(shù)據(jù)的處理。
從NT操作系統(tǒng)發(fā)布到奔騰處理器的推出，在1994到1996的三年時(shí)間里，微軟和英特爾密切合作在工作站和服務(wù)器市場(chǎng)攻城略地，價(jià)格居高不下的Unix工作站以及封閉的體系架構(gòu)都減弱了 RISC/UNIX陣營對(duì)Wintel聯(lián)盟的反擊力度，而隨著x86處理器性能提升以及 Windows操作系統(tǒng)功能進(jìn)一步完善，固步自封的UNIX/RISC已認(rèn)識(shí)到形勢(shì)之危機(jī)。
（2）1997～2002：局勢(shì)逆轉(zhuǎn)
據(jù)IDC調(diào)研統(tǒng)計(jì)，1996年全球RISC架構(gòu)的小型機(jī)占據(jù)了78%的市場(chǎng)份額，而x86架構(gòu)小型機(jī)僅占22%，這一年實(shí)力的天枰依然UNIX陣營傾斜，但這種傾斜角度卻正在發(fā)生變化。
圖9 Intel奔騰2處理器
1998年英特爾面向中高端工作站及服務(wù)器市場(chǎng)推出了奔騰2至強(qiáng)處理器，至強(qiáng)是英特爾引入的新品牌，取代之前所使用的Pentium Pro品牌，緊隨其后微軟也發(fā)布了Windows 98操作系統(tǒng)，兩家再次聯(lián)手對(duì)Unix陣營發(fā)起了猛攻。同年，DEC率先倒下了，這家成立于1957年的公司是圖形工作站領(lǐng)域的元老之一，由于敵不過殘酷的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)終被康柏收購。上世紀(jì)80年代，DEC曾匯聚了業(yè)界最優(yōu)秀的軟硬件人才，憑借超前的軟硬件技術(shù)在小型機(jī)市場(chǎng)與IBM分庭抗禮，但由于創(chuàng)始人肯?奧爾森的錯(cuò)誤堅(jiān)持而導(dǎo)致精英流失，最終淪落被收購的命運(yùn)。
同時(shí)，隨著互聯(lián)網(wǎng)泡沫式發(fā)展，SUN身價(jià)卻水漲船高，因?yàn)镾UN推出互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代最為流行的語言Java，這也使得互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)商優(yōu)先考慮SUN的產(chǎn)品，到2000年SUN的市值接近2000億美元，然而好景不長(zhǎng)，隨著互聯(lián)網(wǎng)泡沫的破滅，到2001年底，SUN的市值就跌倒了不到400億美元。盡管之后SUN推出了一些不錯(cuò)的技術(shù)和產(chǎn)品，但終究敵不過性價(jià)比更占優(yōu)的x86產(chǎn)品，在很多新興國家，互聯(lián)網(wǎng)才剛剛起步，x86產(chǎn)品在這些國家更受歡迎，即便在歐美比較成熟的市場(chǎng)，很多用戶也開始嘗試接受操作更方便且性價(jià)比更高的X86產(chǎn)品。
（3）2002～至今：勝者為王
1998年DEC被康柏收購，三年后康柏又被惠普收購。2006年SGI被Rackable收購。2009年甲骨文收購SUN。IBM自2002年后就再無推出任何Unix工作站，曾經(jīng)風(fēng)光無線的圖形工作站先驅(qū)們相繼湮滅于歷史長(zhǎng)河之中。放眼望去，今天的圖形工作站市場(chǎng)已被x86產(chǎn)品所主宰。自1996年首次推出英特爾處理器工作站后，惠普便開始了由Unix向X86的轉(zhuǎn)型，戴爾早在1998年也推出了首臺(tái)Precision 410圖形工作站，到2007年，后起之秀聯(lián)想也加入了這一市場(chǎng)的角逐，這場(chǎng)戰(zhàn)役以Wintel陣營完勝UNIX/RISC陣營而告終。
二、X86時(shí)代的三足鼎立
1、惠普工作站
作為全球最大的PC廠商，自1996年推出首臺(tái)基于奔騰處理器的工作站以來，惠普工作站的市場(chǎng)份額就一路攀升，到2002年，惠普完全放棄RISC架構(gòu)產(chǎn)品線，專注于X86工作站的產(chǎn)品開發(fā)，并推出XW系列產(chǎn)品，從那時(shí)算起惠普X86圖形工作站整整走過十個(gè)年頭，據(jù)e-works初步統(tǒng)計(jì)，這十年時(shí)間惠普共推出了近百款圖形工作站產(chǎn)品及相關(guān)解決方案，除圖形工作站外，惠普還開發(fā)了與此相關(guān)的技術(shù)和產(chǎn)品，如DreamColor專業(yè)顯示器、虛擬工作站以及相關(guān)的增值軟件。
XW系列工作站是惠普第一代x86圖形工作站，該系列產(chǎn)品共推出大約20款不同型號(hào)產(chǎn)品， 2006年惠普還專門發(fā)布了HP xw25P刀片工作站，這是惠普至今發(fā)布的唯一一款刀片工作站。XW系列圖形工作站主要以英特爾至強(qiáng)處理器和AMD皓龍?zhí)幚砥鳛橹�，XW系列圖形工作站是惠普最成功的產(chǎn)品線之一。
2007年惠普在發(fā)布了xw4600、xw6600、xw8600三款產(chǎn)品后，該系列產(chǎn)品正式宣告退出舞臺(tái)，取而代之的是惠普重點(diǎn)打造的Z系列工作站，在此之前，惠普還發(fā)布了兩款移動(dòng)工作站Compaq 8510w和Compaq 8710w，以及業(yè)界首款專業(yè)顯示器DreamColor LP2480。DreamColor是惠普一個(gè)具有突破性的技術(shù)，普通的顯示器最多只能顯示1600萬種色彩，但DreamColor顯示器卻能顯示10億種色彩。DreamColor技術(shù)是利用色彩引擎，通過三色LED提供全色譜的顯示來實(shí)現(xiàn)的。在對(duì)于色彩顯示度要求較高的行業(yè)，如攝影和動(dòng)漫，DreamColor專業(yè)顯示器能提供更為逼真的顯示效果，拉近虛擬與現(xiàn)實(shí)的距離。
2009年4月，惠普精心打造的Z系列工作站正式亮相，首先發(fā)布的是Z400、Z600、Z800，均采用英特爾Nehalem架構(gòu)至強(qiáng)處理器。新品最大的變化在于拉絲金屬質(zhì)感的外觀和模塊化的內(nèi)部設(shè)計(jì)，用戶無需任何工具就可以拆卸和安裝。Z系列工作站的設(shè)計(jì)理念源自于寶馬高端Z4的演變。同年10月，惠普還推出了基于Z800工作站的虛擬化解決方案以及環(huán)工作站解決方案。
在制造企業(yè)，往往會(huì)因?yàn)樵O(shè)計(jì)模型的大小不一而導(dǎo)致在進(jìn)行小模型設(shè)計(jì)時(shí)工作站性能閑置，而在進(jìn)行較大模型設(shè)計(jì)時(shí)工作站性能不足，特別在對(duì)模型進(jìn)行渲染和有限元分析時(shí)，工作站往往性能不足。為此，惠普專門針對(duì)兩種不同情況推出了相應(yīng)的解決方案。
Parallels Workstation 4.0 Extreme是基于Z800的虛擬化解決方案，定位于中小型企業(yè)。該解決方案適合中小模型的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，該解決方案利用Parallels FastLane架構(gòu)技術(shù)，通過虛擬化CPU和超大內(nèi)存來創(chuàng)建高性能虛擬機(jī)，使用戶能在惠普Z800工作站上同時(shí)運(yùn)行多個(gè)操作系統(tǒng)和應(yīng)用。在制造業(yè)，企業(yè)可以在惠普Z800工作站上同時(shí)運(yùn)行多個(gè)操作系統(tǒng)和CAD軟件。
針對(duì)超大模型渲染或仿真分析過程中的工作站性能不足問題，惠普推出了環(huán)工作站解決方案。該解決方案能在不影響單臺(tái)工作站性能的前提下，將企業(yè)的多臺(tái)工作站的閑置資源整合起來，形成一個(gè)大的性能資源池，利用這些匯聚起來的閑置性能來加速對(duì)超大模型的渲染、裝配和分析工作，從而有效的縮短產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期。
圖10 HP Z1工作站
從2010年開始，每年的第二季度惠普都集中推出工作站新品，目前最新的產(chǎn)品是Z220、Z420、Z620、Z820，值得一提的是2012年初，惠普推出了一體式工作站 Z1，將主機(jī)和顯示器融合到了一起，該產(chǎn)品主要定位桌面應(yīng)用，超大顯示屏能讓工程師的設(shè)計(jì)過程更為清晰，較之移動(dòng)工作站，惠普Z1一體式工作站并不便攜的特點(diǎn)使得其有很好的安全性，特別對(duì)于桌面空間有限且安全性要求高的環(huán)境特別適用。
圖11 惠普最新一代圖形工作站
惠普數(shù)字工作臺(tái)
2011年10月，惠普在北京舉辦了媒體答謝會(huì)，會(huì)上e-works記者就工作站的同質(zhì)化問題請(qǐng)教了惠普中國區(qū)副總裁桃樂姍女生，就此問題桃樂姍談到，惠普數(shù)字化工作臺(tái)理念的提出正是為了打破這種同質(zhì)化束縛，純粹從硬件配置觀察，各廠家的工作站產(chǎn)品的確區(qū)別不大，但各廠家在軟件以及增值服務(wù)上的經(jīng)營力度是不一樣的。近年來，惠普的工程師不斷總結(jié)來自用戶的反饋，設(shè)計(jì)并開發(fā)出適合用戶需求的軟件產(chǎn)品，如HP RGS遠(yuǎn)程圖形軟件利用HP2壓縮算法幫助工程師實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程協(xié)同及設(shè)計(jì)；HP SkyRoom可以幫助工程師實(shí)現(xiàn)全面改進(jìn)的虛擬合作環(huán)境，在一個(gè)經(jīng)濟(jì)、易于安裝的合作應(yīng)用中共享三維應(yīng)用以及媒體內(nèi)容；HP Performance Advisor能根據(jù)用戶的不同應(yīng)用需求進(jìn)行設(shè)置，從而最大限度的釋放惠普工作站性能。對(duì)比目前三家工作站廠商在增值軟件的投入，惠普的力度無疑是最大的。另外，惠普還開發(fā)了DreamColor專業(yè)級(jí)顯示器，超過10億種色彩顯示能力可以讓圖形工作站的顯示更為逼真。
表1 惠普工作站發(fā)布時(shí)間
2、戴爾工作站
1998年戴爾就推出了Precision 410圖形工作站，Precision的英文表述就是“精密”，當(dāng)年獲得奧斯卡獎(jiǎng)的《黑客帝國》就由32臺(tái)Precision 410工作站參與渲染與制作。Precison 410工作站采用了奔騰3處理器、64M內(nèi)存和6.4GB硬盤，已是當(dāng)時(shí)市場(chǎng)上比較高端的配置，由于當(dāng)時(shí)并沒有獨(dú)立的顯示芯片，圖形處理完全依賴于處理器。2000年，戴爾又接連推出了三款第二代圖形工作站，分別是Precision 220、Precision 420、Precision 620，三款產(chǎn)品最大的改進(jìn)在于搭配有用于專門進(jìn)行圖形處理的顯示芯片，這得益于專業(yè)圖形芯片廠商的發(fā)展。2001年戴爾又繼續(xù)推出了第三代工作站Precision 530以及第四代工作站Precision 340，并于年底推出了業(yè)界第一款移動(dòng)工作站M40，從而跨入移動(dòng)工作站時(shí)代。
2007年戴爾為分別重新命名圖形工作站產(chǎn)品線，并推出Precision M2300、Precision M4300、Precision M6300和Presicion T5400、Precision T7400五款產(chǎn)品，這為戴爾在當(dāng)年工作站市場(chǎng)份額爭(zhēng)奪戰(zhàn)中取得勝利奠定了基礎(chǔ)，到2009年第一季，戴爾工作站在全球市場(chǎng)占有率達(dá)到了42.3%，穩(wěn)居圖形工作站市場(chǎng)頭把交椅。但自此到2011年，戴爾再?zèng)]有推出任何工作站新品。
2012，王者歸來
2012，傳說中的世界末日之年，戴爾工作站卻從涅盤中獲得重生。今年5月，沉寂三年之久的戴爾面向全球發(fā)布了四款新一代圖形工作站，從入門級(jí)到高端分別是：T1650、T3600、T5600、T7600。較之前代產(chǎn)品，新品有著諸多革新，如模塊化機(jī)箱設(shè)計(jì)、前置可移動(dòng)硬盤、免拆裝電源以及獨(dú)特的排風(fēng)設(shè)計(jì)，散發(fā)著設(shè)計(jì)與感官之美。新品均采用了英特爾至強(qiáng)E5處理，內(nèi)存融合了戴爾自主研發(fā)的職能糾錯(cuò)內(nèi)存技術(shù)，能夠在BIOS級(jí)別消除幾乎所有的內(nèi)存錯(cuò)誤，這項(xiàng)技術(shù)通過智能檢測(cè)來糾正內(nèi)存錯(cuò)誤并防止系統(tǒng)重啟時(shí)再次讀取損壞扇區(qū)的數(shù)據(jù)。
圖12 戴爾新一代圖形工作站
值得一提的是，戴爾還推出了一套基于Precision T7600工作站的遠(yuǎn)程訪問技術(shù)，通過將Precision T7600工作站安裝在標(biāo)準(zhǔn)的戴爾PowerEdge服務(wù)器機(jī)架上，再利用Precision FX100零客戶端遠(yuǎn)程接入，這樣企業(yè)就能遠(yuǎn)程訪問工作站，從而為用戶提供一個(gè)安靜而寬敞的工作環(huán)境。
表2 戴爾工作站發(fā)布時(shí)間
3、聯(lián)想工作站
2007年底聯(lián)想面向全球首次推出了圖形工作站，ThinkStation S10和ThinkStation D10，這是聯(lián)想2005年收購IBM的PC業(yè)務(wù)以來首次發(fā)布Think系列新品。ThinkStation S10是一款面向入門級(jí)及中端應(yīng)用的圖形工作站，搭配了英特爾酷睿處理器以及Quadro FX1700專業(yè)圖形顯卡，ThinkStation D10則是面對(duì)中高端圖形應(yīng)用的產(chǎn)品，搭配英特爾至強(qiáng)處理器并配有Quadro FX4600專業(yè)圖形顯卡。2008年聯(lián)想又推出了兩款移動(dòng)工作站ThinkPad w500和ThinkPad w700，從而開啟了與惠普、戴爾在圖形工作站市場(chǎng)的全面戰(zhàn)爭(zhēng)。
圖13 ThinkPad W701ds
2010年，聯(lián)想推出了業(yè)界首款雙屏工作站ThinkPad w701ds，該產(chǎn)品除了有一個(gè)17英寸的主屏外，還有一個(gè)10.6英寸的副屏，并搭配有獨(dú)立的數(shù)字鍵盤、Wacom手寫板以及彩色校準(zhǔn)器等。雙屏工作站的優(yōu)勢(shì)在于工程師在設(shè)計(jì)過程中能用主屏顯示需要編輯或操作的零件，而將用不到的一些界面或圖標(biāo)統(tǒng)統(tǒng)拖動(dòng)到小屏上。今年５月，聯(lián)想最新一代圖形工作站正式推出，包括ThinkStation S30、ThinkStation D30和ThinkStation C30。新品均采用了英特爾至強(qiáng)E5-2600/1600處理器，并搭配有NVIDIA最新一代Quadro顯卡，支持PCI Express 3.0，較之上一代性能有大幅提升。
圖14 聯(lián)想最新一代圖形工作站
聯(lián)想Maximus
2011年底，聯(lián)想與英偉達(dá)聯(lián)合發(fā)布了Maximus工作站解決方案，將Tesla與Quadro整合到一臺(tái)工作站上，通過統(tǒng)一的驅(qū)動(dòng)程序，使得工作站在面對(duì)不同的應(yīng)用場(chǎng)景時(shí)，能根據(jù)應(yīng)用的計(jì)算特點(diǎn)選擇不同的加速卡。在進(jìn)行圖形設(shè)計(jì)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)調(diào)用Quadro卡的計(jì)算資源，在進(jìn)行CAE分析時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)調(diào)動(dòng)Tesla的計(jì)算資源，工程師可以一邊做設(shè)計(jì)，一邊做分析或渲染，從而大大縮短產(chǎn)品的研發(fā)周期。
表3 聯(lián)想工作站發(fā)布時(shí)間
三、圖形工作站未來趨勢(shì)
圖形工作站發(fā)展到今天，性能基本能滿足絕大部分中小制造企業(yè)的應(yīng)用需求，但在較大的制造企業(yè)，如重工、機(jī)械、航空航天，即便是目前市場(chǎng)上頂級(jí)圖形工作站也無法滿足需求，這使得圖形工作站在制造企業(yè)面臨這樣一種應(yīng)用現(xiàn)狀，即在中小型制造企業(yè)性能有余，在大型制造企業(yè)性能又不足。因此，如何解決性能與需求之間的矛盾是圖形工作站未來發(fā)展必須解決的問題。
其次，隨著中國制造向“中國智造”的轉(zhuǎn)型，擁有自主創(chuàng)新能力和自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的制造企業(yè)將越來越多，基于知識(shí)產(chǎn)品的保護(hù)也將越來越嚴(yán)格。圖形工作站作為一種設(shè)計(jì)工具，所承載的數(shù)據(jù)是企業(yè)的核心資產(chǎn)，一旦數(shù)據(jù)外泄，會(huì)嚴(yán)重影響企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。利用傳統(tǒng)的加密及權(quán)限管理方式并不能完全保證數(shù)據(jù)安全。隨著圖形工作站性能進(jìn)一步提升，以及桌面虛擬化技術(shù)的發(fā)展，基于瘦客戶端的遠(yuǎn)程協(xié)同設(shè)計(jì)可以徹底解決數(shù)據(jù)安全問題，并大幅降低企業(yè)的圖形工作站購買成本，可謂一舉雙得。
第三，制造業(yè)需要設(shè)計(jì)產(chǎn)品，這就使得制造企業(yè)的CAD/CAE應(yīng)用普及程度要高于其它任何行業(yè)，隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)節(jié)奏的加快，企業(yè)必須縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期以適應(yīng)快速變化的市場(chǎng)需求，這對(duì)圖形工作站的計(jì)算能力提出了更高要求。
第四，更強(qiáng)的色彩顯示能力是圖形工作站顯示器未來的發(fā)展方向之一。隨著圖形工作站性能的不斷提升，顯示器必須能支持更大的色域，保證設(shè)計(jì)效果更接近實(shí)際效果。
由此，e-works總結(jié)出了未來圖形工作站發(fā)展的四大趨勢(shì)，針對(duì)四大趨勢(shì)，下面來談?wù)勁c之相關(guān)的解決方案。
1、將虛擬化技術(shù)融入到圖形工作站
虛擬化是目前IT業(yè)界最熱門的技術(shù)之一，通過打破硬件與軟件之間的緊耦合狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用與性能的分離。同時(shí)，虛擬化還能整合異構(gòu)的硬件及網(wǎng)絡(luò)資源并形成一個(gè)大的性能資源池，通過虛擬化管理軟件實(shí)現(xiàn)需求與性能的自動(dòng)化按需分配和調(diào)用，將虛擬化技術(shù)融入到圖形工作站能從根本上解決性能不足或閑置問題。
惠普在2010年就推出了環(huán)工作站解決方案和Parallels Workstation虛擬化解決方案。所謂環(huán)工作站解決方案就是將多臺(tái)惠普工作站組建成一個(gè)集群，同時(shí)在保證用戶單臺(tái)工作站應(yīng)用不受影響的前提下，能將集群中工作站的閑置性能聚合成一個(gè)大的性能資源池，利用匯聚閑置資源池，企業(yè)可以對(duì)超大模型體進(jìn)行虛擬仿真以及CAE應(yīng)用分析等工作。
Parallels Workstation虛擬化解決方案則是基于單臺(tái)高性能工作站的虛擬化解決方案，例如對(duì)于快速發(fā)展型中小制造企業(yè)，隨著業(yè)務(wù)規(guī)模不斷擴(kuò)充，其產(chǎn)品設(shè)計(jì)需求也在不斷發(fā)生改變，對(duì)圖形工作站的性能需求也隨之變化，有時(shí)剛購置的工作站就很快無法滿足應(yīng)用需求�；萜誔arallels Workstation虛擬化解決方案能徹底解決這類問題,通過Parallels Worskstation 4.0 Extreme軟件，用戶能在同一工作臺(tái)上的多個(gè)操作系統(tǒng)中運(yùn)行設(shè)計(jì)和模擬軟件，加快設(shè)計(jì)、模擬和可視化創(chuàng)作的速度。相當(dāng)于多個(gè)用戶能共享同一臺(tái)工作站資源進(jìn)行應(yīng)用設(shè)計(jì)。這樣不但能解決性能與需求之間的矛盾，而且能大幅降低企業(yè)購置工作站成本。
圖15 惠普Z800虛擬化工作站解決方案
未來，隨著資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會(huì)的發(fā)展，企業(yè)的系統(tǒng)也必須更為高效和節(jié)能，云計(jì)算和虛擬化的發(fā)展正是這一趨勢(shì)的體現(xiàn)，圖形工作站作為企業(yè)研發(fā)設(shè)計(jì)的重要工具也必須適應(yīng)這一趨勢(shì)。
2、基于云端的遠(yuǎn)程圖形設(shè)計(jì)
很多制造企業(yè)為保證設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的安全，也想方設(shè)法尋求一種既安全又不影響設(shè)計(jì)的圖形工作站應(yīng)用方案。針對(duì)這一需求，在剛剛結(jié)束的2012戴爾新品工作站發(fā)布會(huì)上，戴爾推出了基于Precsion R5500機(jī)架工作站的遠(yuǎn)程訪問解決方案。DELL FX100是一種遠(yuǎn)程連接設(shè)備，它使用PC-over-IP技術(shù)，用戶可以遠(yuǎn)程接入到戴爾Precision R5500機(jī)架式圖形工作站上查看并修改設(shè)計(jì)，DELL FX100能同時(shí)支持多個(gè)瘦客戶端訪問。
除戴爾外，惠普也推出了類似的解決方案，HP RGS也是一種遠(yuǎn)程圖形工具軟件，利用惠普獨(dú)有的HP2 壓縮算法，能實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)端的圖形工作站進(jìn)行訪問與調(diào)用，包括查看和編輯模型。
圖16 基于云端的圖形工作站
未來，隨著中國制造向“中國智造”的轉(zhuǎn)型，擁有自主創(chuàng)新能力和自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的制造企業(yè)將越來越多，基于知識(shí)產(chǎn)品的保護(hù)也將越來越嚴(yán)格。這種基于云端的遠(yuǎn)程圖形設(shè)計(jì)方案，能有效的規(guī)避數(shù)據(jù)泄露風(fēng)險(xiǎn)。
3、圖形工作站計(jì)算將更精細(xì)
2011年底，聯(lián)想與英偉達(dá)在北京聯(lián)合發(fā)布了Maximus工作站解決方案，這是業(yè)界首款將Quadro專業(yè)顯卡與Tesla計(jì)算卡融合到一臺(tái)工作站上的解決方案。2012年，在惠普和戴爾新品工作站發(fā)布會(huì)上也可以看到這類解決方案。Maximus工作站的理念是圖形計(jì)算的精細(xì)化，通過將Quadro專業(yè)顯卡與Tesla計(jì)算卡合到一起，通過識(shí)別不同類型的計(jì)算數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)兩張卡的分工協(xié)作，以此來達(dá)到加速圖形設(shè)計(jì)的目的。
比如，在進(jìn)行CAD設(shè)計(jì)時(shí)，工作站會(huì)自動(dòng)調(diào)用更多的Quadro卡資源，實(shí)現(xiàn)對(duì)模型點(diǎn)、線、面的處理；當(dāng)需要做CAE分析時(shí)，就自動(dòng)調(diào)用Tesla進(jìn)行浮點(diǎn)計(jì)算，工程師甚至可以利用Maximus工作站一邊做CAD設(shè)計(jì)，一邊做CAE分析，設(shè)計(jì)和分析同時(shí)進(jìn)行，加速產(chǎn)品設(shè)計(jì)，縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期。
圖17 Maximus工作站
未來，隨著中國制造向“中國智造”轉(zhuǎn)型，企業(yè)將會(huì)更多的應(yīng)用到CAE分析軟件，這對(duì)圖形工作站的計(jì)算能力提出了更高的要求。根據(jù)數(shù)據(jù)特點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)對(duì)圖形數(shù)據(jù)的精細(xì)化分工計(jì)算是未來圖形工作站發(fā)展的一大趨勢(shì)。
4、工作站顯示器將更專業(yè)
顯示器是圖形工作站的重要組成部分，但就目前而言，僅惠普為其圖形工作站搭配有專業(yè)級(jí)顯示產(chǎn)品。專業(yè)顯示器與普通顯示器區(qū)別的首先在于面板材質(zhì)不同，惠普專業(yè)顯示器采用的是IPS面板，能支持更大的色域。2010年，惠普還推出了DreamColor專業(yè)顯示器，借助HP DreamColor技術(shù)，DreamColor顯示器能實(shí)現(xiàn)30位色彩精度，提供10億種色彩，這種更大范圍的色域支持能保證顯示器的顯示效果更加接近現(xiàn)實(shí)。
圖18 專業(yè)顯示器
未來，隨著制造企業(yè)產(chǎn)品創(chuàng)新能力的提升，以及市場(chǎng)多樣化和用戶個(gè)性化需求的逐漸凸顯，設(shè)計(jì)過程中工程師對(duì)產(chǎn)品色彩的顯示要求將越來越高，而且希望顯示效果與現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品色彩基本一致。
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本文標(biāo)題：圖形工作站發(fā)展30年
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