Stazione di lavoro - Workstation
Una workstation è un computer speciale progettato per applicazioni tecniche o scientifiche . Destinati principalmente ad essere utilizzati da una persona alla volta, sono comunemente collegati a una rete locale ed eseguono sistemi operativi multiutente . Il termine workstation è stato anche usato vagamente per riferirsi a qualsiasi cosa, da un terminale di computer mainframe a un PC connesso a una rete , ma la forma più comune si riferisce alla classe di hardware offerta da diverse aziende attuali e defunte come Sun Microsystems , Silicon Graphics , Apollo Computer , DEC , HP , NeXT e IBM che hanno aperto le porte alla rivoluzione dell'animazione grafica 3D della fine degli anni '90.
Le workstation offrono prestazioni più elevate rispetto ai personal computer tradizionali , in particolare per quanto riguarda CPU e grafica , capacità di memoria e capacità di multitasking. Le workstation sono ottimizzate per la visualizzazione e la manipolazione di diversi tipi di dati complessi come progettazione meccanica 3D, simulazioni ingegneristiche (ad es. fluidodinamica computazionale ), animazione e rendering di immagini e grafici matematici. Tipicamente il form factor è quello di un computer desktop , composto da un display ad alta risoluzione, una tastiera e un mouse al minimo, ma offre anche più display, tavolette grafiche , mouse 3D (dispositivi per manipolare oggetti 3D e navigare scene), ecc. Le workstation sono state il primo segmento del mercato dei computer a presentare accessori avanzati e strumenti di collaborazione .
Le crescenti capacità dei PC tradizionali alla fine degli anni '90 hanno offuscato i confini tra PC e workstation tecnico/scientifiche. Le tipiche workstation precedentemente impiegavano hardware proprietario che le distingueva dai PC; ad esempio IBM ha utilizzato CPU basate su RISC per le sue workstation e CPU Intel x86 per i suoi PC aziendali/consumatori negli anni '90 e 2000. Tuttavia, all'inizio degli anni 2000 questa differenza è in gran parte scomparsa, poiché le workstation ora utilizzano hardware altamente mercificato dominato da grandi fornitori di PC, come Dell , Hewlett-Packard (in seguito HP Inc. e Hewlett Packard Enterprise ) e Fujitsu , vendendo sistemi Microsoft Windows o Linux . in esecuzione su processori x86-64 .
Storia
Origini e sviluppo
Forse il primo computer che potrebbe qualificarsi come "workstation" è stato l' IBM 1620 , un piccolo computer scientifico progettato per essere utilizzato in modo interattivo da una sola persona seduta alla console. Fu introdotto nel 1960. Una caratteristica peculiare della macchina era che mancava di un vero circuito aritmetico. Per eseguire l'addizione, era necessaria una tabella residente in memoria di regole di addizione decimale. Ciò ha consentito di risparmiare sul costo dei circuiti logici, consentendo a IBM di renderlo poco costoso. La macchina era nome in codice CADET e inizialmente noleggiata per $ 1000 al mese.
Nel 1965, IBM introdusse il computer scientifico IBM 1130 , che doveva essere il successore del 1620. Entrambi questi sistemi avevano la capacità di eseguire programmi scritti in Fortran e altri linguaggi. Sia il 1620 che il 1130 furono costruiti in armadi di dimensioni approssimativamente da scrivania. Entrambi erano disponibili con unità disco aggiuntive, stampanti e I/O sia su nastro cartaceo che su schede perforate. Una macchina da scrivere console per l'interazione diretta era di serie su ciascuno.
I primi esempi di workstation erano generalmente minicomputer dedicati ; un sistema pensato per supportare più utenze sarebbe invece riservato esclusivamente ad una persona. Un esempio notevole è stato il PDP-8 della Digital Equipment Corporation , considerato il primo minicomputer commerciale.
Le macchine Lisp sviluppate al MIT nei primi anni '70 hanno aperto la strada ad alcuni dei principi del computer workstation, poiché erano sistemi ad alte prestazioni, in rete e per singolo utente destinati a un uso fortemente interattivo. Le Lisp Machines sono state commercializzate all'inizio del 1980 da aziende come Symbolics , Lisp Machines , Texas Instruments (la TI Explorer ) e Xerox (le workstation Interlisp-D ). Il primo computer progettato per un singolo utente, con strutture grafiche ad alta risoluzione (e quindi una workstation nel senso moderno del termine) è stato lo Xerox Alto sviluppato allo Xerox PARC nel 1973. Altre prime workstation includono il Terak 8510/a ( 1977), Three Rivers PERQ (1979) e il successivo Xerox Star (1981).
Gli anni '80 aumentano di popolarità
All'inizio degli anni '80, con l'avvento dei microprocessori a 32 bit come il Motorola 68000 , apparvero numerosi nuovi partecipanti in questo campo, tra cui Apollo Computer e Sun Microsystems , che crearono workstation basate su Unix basate su questo processore. Nel frattempo, il progetto VLSI di DARPA ha creato anche diversi prodotti grafici derivati, in particolare l' SGI 3130 e la gamma di macchine di Silicon Graphics che ne è seguita. Non era raro differenziare il mercato di riferimento per i prodotti, con Sun e Apollo considerate workstation di rete , mentre le macchine SGI erano workstation grafiche . Quando i microprocessori RISC sono diventati disponibili a metà degli anni '80, questi sono stati adottati da molti fornitori di workstation.
Le workstation tendevano ad essere molto costose, in genere diverse volte il costo di un PC standard e talvolta costavano quanto un'auto nuova . Tuttavia, i minicomputer a volte costano quanto una casa. La spesa elevata di solito derivava dall'utilizzo di componenti più costosi che funzionavano più velocemente di quelli trovati nel negozio di computer locale, nonché dall'inclusione di funzionalità non presenti nei PC dell'epoca, come la rete ad alta velocità e la grafica sofisticata. I produttori di workstation tendono anche ad adottare un approccio "equilibrato" alla progettazione del sistema, assicurandosi di evitare colli di bottiglia in modo che i dati possano fluire senza impedimenti tra i molti diversi sottosistemi all'interno di un computer. Inoltre, le workstation, data la loro natura più specializzata, tendono ad avere margini di profitto più elevati rispetto ai PC basati sulle materie prime .
I sistemi che escono dalle aziende workstation spesso dispongono di sistemi di archiviazione su disco SCSI o Fibre Channel , acceleratori 3D di fascia alta , processori a 64 bit singoli o multipli , grandi quantità di RAM e raffreddamento ben progettato. Inoltre, le aziende che realizzano i prodotti tendono ad avere piani completi di riparazione/sostituzione. Man mano che la distinzione tra workstation e PC svanisce, tuttavia, i produttori di workstation utilizzano sempre più componenti e soluzioni grafiche per PC "pronti all'uso" piuttosto che hardware o software proprietari. Alcune workstation "a basso costo" sono ancora costose per gli standard dei PC, ma offrono compatibilità binaria con workstation e server di fascia alta realizzati dallo stesso fornitore. Ciò consente lo sviluppo del software su macchine desktop a basso costo (rispetto al server).
Postazioni grafiche
Le workstation grafiche (ad es. le macchine di Silicon Graphics ) sono spesso fornite con acceleratori grafici .
Thin client e terminali X
Ci sono stati diversi tentativi di produrre una macchina simile a una workstation specificamente per il prezzo più basso possibile rispetto alle prestazioni. Un approccio consiste nel rimuovere la memoria locale e ridurre la macchina a processore, tastiera, mouse e schermo. In alcuni casi, questi nodi senza disco eseguirebbero comunque un sistema operativo tradizionale ed eseguirebbero calcoli localmente, con archiviazione su un server remoto . Questi approcci hanno lo scopo non solo di ridurre il costo di acquisto iniziale del sistema, ma anche di ridurre il costo totale di proprietà riducendo la quantità di amministrazione richiesta per utente.
Questo approccio è stato effettivamente tentato per la prima volta in sostituzione dei PC nelle applicazioni per la produttività dell'ufficio, con la 3Station di 3Com come primo esempio; negli anni '90, i terminali X hanno ricoperto un ruolo simile per l'informatica tecnica. Sun ha anche introdotto i " thin client ", in particolare la sua linea di prodotti Sun Ray . Tuttavia, le workstation e i PC tradizionali continuano a scendere di prezzo, il che tende a tagliare il mercato per prodotti di questo tipo.
"Computer 3M"
All'inizio degli anni '80, una workstation di fascia alta doveva soddisfare le tre Ms. Il cosiddetto " computer 3M " aveva un M egabyte di memoria, un display M egapixel (circa 1000×1000) e un computer " M egaFLOPS " prestazioni (almeno un milione di operazioni in virgola mobile al secondo). Per quanto limitato possa sembrare oggi, era almeno un ordine di grandezza oltre la capacità del personal computer dell'epoca; l'originale IBM Personal Computer del 1981 aveva 16 KB di memoria, un display di solo testo e prestazioni in virgola mobile di circa 1 kiloFLOPS (30 kiloFLOPS con il coprocessore matematico 8087 opzionale). Altre caratteristiche desiderabili non presenti nei computer desktop in quel momento includevano rete, accelerazione grafica e bus dati interni e periferici ad alta velocità.
Un altro obiettivo era abbassare il prezzo di un tale sistema sotto un " M egapenny", cioè meno di 10.000 dollari; questo non è stato raggiunto fino alla fine degli anni '80, anche se molte workstation, in particolare di fascia media o alta, costano ancora da $ 15.000 a $ 100.000 e oltre tra l'inizio e la metà degli anni '90.
Tendenze che portano al declino
L'adozione più diffusa di queste tecnologie nei PC tradizionali è stata un fattore diretto nel declino della workstation come segmento di mercato separato:
- Ad alte prestazioni CPU : mentre RISC nei suoi primi giorni (inizio 1980) ha offerto circa un miglioramento delle prestazioni ordine di grandezza su CISC processori di costo comparabile, una particolare famiglia di processori CISC, Intel s' X 86 , ha sempre avuto il vantaggio nel mercato quota e le economie di scala che ciò implicava. A metà degli anni '90, alcune CPU x86 avevano raggiunto prestazioni alla pari con RISC in alcune aree, come le prestazioni intere (anche se a costo di una maggiore complessità del chip), relegando quest'ultimo a mercati ancora più di fascia alta per la maggior parte .
- Supporto hardware per operazioni in virgola mobile : opzionale sul PC IBM originale; rimase su un chip separato per i sistemi Intel fino al processore 80486DX . Anche allora, le prestazioni in virgola mobile x86 hanno continuato a rimanere indietro rispetto ad altri processori a causa delle limitazioni nella sua architettura. Oggi anche i PC a basso prezzo hanno prestazioni nella gamma gigaFLOPS.
- Grandi configurazioni di memoria: i PC (cioè compatibili con IBM) erano originariamente limitati a una capacità di memoria di 640 KB (senza contare la "memoria espansa" a commutazione di banco ) fino all'introduzione nel 1982 del processore 80286 ; le prime workstation fornivano l'accesso a diversi megabyte di memoria. Anche dopo che i PC hanno superato il limite di 640 KB con l'80286, erano necessarie tecniche di programmazione speciali per indirizzare quantità significative di memoria fino all'80386, al contrario di altri processori a 32 bit come SPARC che fornivano un accesso diretto a quasi l'intero indirizzo di memoria da 4 GB gamma. Le workstation e i server a 64 bit che supportano un intervallo di indirizzi ben oltre i 4 GB sono disponibili dall'inizio degli anni '90, una tecnologia che ha appena iniziato ad apparire nel mercato dei PC desktop e dei server a metà degli anni 2000.
- Sistema operativo : le prime workstation eseguivano il sistema operativo Unix (OS), una variante simile a Unix o un sistema operativo equivalente non correlato come VMS . Le CPU dei PC dell'epoca avevano limitazioni nella capacità di memoria e nella protezione dell'accesso alla memoria , rendendole inadatte a eseguire sistemi operativi di questa sofisticatezza, ma anche questo iniziò a cambiare alla fine degli anni '80 come PC con 80386 a 32 bit con MMU paginati integrati divenne ampiamente accessibile.
- Rete ad alta velocità (10 Mbit/s o superiore): le interfacce di rete a 10 Mbit/s erano comunemente disponibili per i PC all'inizio degli anni '90, sebbene a quel tempo le workstation stessero perseguendo velocità di rete ancora più elevate, passando a 100 Mbit/s, 1 Gbit /s e 10 Gbit/s. Tuttavia, le economie di scala e la domanda di reti ad alta velocità anche in aree non tecniche hanno drasticamente ridotto il tempo necessario alle nuove tecnologie di rete per raggiungere i prezzi delle materie prime.
- Display di grandi dimensioni (da 17 a 21 pollici) con risoluzioni elevate e frequenza di aggiornamento elevata, che erano rari tra i PC alla fine degli anni '80 e all'inizio degli anni '90, ma sono diventati comuni tra i PC alla fine degli anni '90.
- Hardware grafico 3D ad alte prestazioni per la progettazione assistita da computer (CAD) e l' animazione di immagini generate al computer (CGI): sebbene questo sia sempre più popolare nel mercato dei PC intorno alla metà degli anni '90, principalmente guidato dai giochi per computer. Per Nvidia , l'integrazione dell'hardware di trasformazione e illuminazione nella GPU stessa distingue la GeForce 256 dai vecchi acceleratori 3D che si affidavano alla CPU per eseguire questi calcoli (noti anche come trasformazione e illuminazione del software). Questa riduzione della complessità della soluzione grafica 3D ha portato il costo di tale hardware a un nuovo minimo e lo ha reso accessibile alle schede grafiche di consumo economiche invece di essere limitato alla precedente nicchia costosa e professionale progettata per la progettazione assistita da computer (CAD). Il motore T&L di NV10 ha anche permesso a Nvidia di entrare per la prima volta nel mercato CAD, con la linea Quadro che utilizza gli stessi chip di silicio delle schede GeForce, ma ha un supporto driver diverso e certificazioni su misura per i requisiti unici delle applicazioni CAD. Tuttavia, gli utenti possono modificare in modo soft la GeForce in modo che possa svolgere molte delle attività previste per la molto più costosa Quadro.
- Archiviazione dati ad alte prestazioni/elevata capacità: le prime workstation tendevano a utilizzare interfacce disco proprietarie fino all'emergere dello standard SCSI a metà degli anni '80. Sebbene le interfacce SCSI divennero presto disponibili per i PC, erano relativamente costose e tendevano ad essere limitate dalla velocità del bus periferico ISA del PC (sebbene SCSI diventasse standard su Apple Macintosh ). SCSI è un'interfaccia controller avanzata che è particolarmente utile quando il disco deve far fronte a più richieste contemporaneamente. Ciò lo rende adatto per l'uso nei server, ma i suoi vantaggi per i PC desktop che eseguono principalmente sistemi operativi per utente singolo sono meno chiari. Al giorno d'oggi, con i sistemi desktop che acquisiscono più capacità multiutente, la nuova interfaccia del disco scelta è Serial ATA , che ha un throughput paragonabile a SCSI ma a un costo inferiore.
- Componenti estremamente affidabili: insieme a più CPU con maggiore cache e memoria per la correzione degli errori, questa può rimanere la caratteristica distintiva di una workstation oggi. Sebbene la maggior parte delle tecnologie implementate nelle moderne workstation siano disponibili anche a costi inferiori per il mercato consumer, trovare buoni componenti e assicurarsi che funzionino in modo compatibile tra loro è una grande sfida nella costruzione di workstation. Poiché le workstation sono progettate per attività di fascia alta come previsioni del tempo, rendering video e progettazione di giochi, è scontato che questi sistemi debbano funzionare a pieno carico, senza interruzioni per diverse ore o addirittura giorni senza problemi. Qualsiasi componente standard può essere utilizzato per costruire una workstation, ma l'affidabilità di tali componenti in condizioni così rigorose è incerta. Per questo motivo, quasi nessuna workstation viene costruita dal cliente stesso, ma piuttosto acquistata da un fornitore come Hewlett-Packard / HP Inc. , Fujitsu , IBM / Lenovo , Sun Microsystems , SGI , Apple o Dell .
- Stretta integrazione tra il sistema operativo e l'hardware: i fornitori di workstation progettano l'hardware e mantengono la variante del sistema operativo Unix che viene eseguito su di esso. Ciò consente test molto più rigorosi di quanto sia possibile con un sistema operativo come Windows. Windows richiede che i fornitori di hardware di terze parti scrivano driver hardware conformi che siano stabili e affidabili. Inoltre, piccole variazioni nella qualità dell'hardware, come i tempi o la qualità di costruzione, possono influire sull'affidabilità dell'intera macchina. I fornitori di workstation sono in grado di garantire sia la qualità dell'hardware che la stabilità dei driver del sistema operativo convalidando queste cose internamente e questo porta a una macchina generalmente molto più affidabile e stabile.
Posto nel mercato
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Dall'inizio del millennio, la definizione di "stazione di lavoro" si è in parte offuscata. Molti dei componenti utilizzati nelle "workstation" di fascia bassa sono ora gli stessi utilizzati nel mercato consumer, e il differenziale di prezzo tra la workstation di fascia bassa e i PC consumer può essere più ristretto di quanto non fosse una volta (e in alcuni casi in il mercato dei consumatori di fascia alta, come il mercato dei giochi "appassionati", può essere difficile dire cosa si qualifica come un "PC desktop" e una "stazione di lavoro"). In un altro caso, la scheda grafica Nvidia GeForce 256 ha generato la Quadro , che aveva la stessa GPU ma un diverso supporto per driver e certificazioni su misura per i requisiti unici delle applicazioni CAD e venduta a un prezzo molto più alto, quindi molti hanno iniziato a utilizzare la GeForce come la scheda workstation dei "poveri" poiché l'hardware era in gran parte altrettanto capace e poteva essere modificato in modo software per sbloccare funzionalità nominalmente esclusive della Quadro.
Le workstation sono state in genere i driver dei progressi nella tecnologia delle CPU. Sebbene sia il desktop consumer che la workstation beneficino di CPU progettate attorno al concetto multicore (essenzialmente più processori su un die , la cui applicazione POWER4 di IBM è stata un pioniere), le workstation moderne utilizzano tipicamente più CPU multicore, memoria di correzione degli errori e molto cache on-die più grandi di quelle che si trovano su CPU "consumer". Tale potenza e affidabilità non sono normalmente richieste su un computer desktop generico. Le schede del processore IBM basate su POWER e le schede del processore Xeon basate su Intel a livello di workstation, ad esempio, hanno più CPU, più cache on-die e memoria ECC, che sono caratteristiche più adatte alla creazione di contenuti impegnativi, all'ingegneria e al lavoro scientifico rispetto a al desktop computing generale.
Alcune workstation sono progettate per l'utilizzo con una sola applicazione specifica come AutoCAD , Avid Xpress Studio HD , 3D Studio Max , ecc. Per garantire la compatibilità con il software, gli acquirenti di solito richiedono un certificato dal fornitore del software. Il processo di certificazione fa salire di parecchie tacche il prezzo della workstation, ma per scopi professionali l'affidabilità può essere più importante del costo di acquisto iniziale.
Mercato attuale delle workstation
Declino delle workstation basate su RISC
Entro gennaio 2009, tutte le linee di prodotti workstation basate su RISC erano state interrotte:
- SGI ha terminato la disponibilità generale delle sue workstation SGI Fuel e SGI Tezro basate su MIPS nel dicembre 2006.
- Hewlett-Packard ha ritirato dal mercato i suoi ultimi prodotti desktop HP 9000 basati su PA-RISC nel gennaio 2008.
- Sun Microsystems ha annunciato la fine del ciclo di vita delle sue ultime workstation Sun Ultra SPARC nell'ottobre 2008.
- IBM ha ritirato IntelliStation POWER il 2 gennaio 2009.
L'inizio del 2018 ha visto la reintroduzione di workstation basate su RISC disponibili in commercio sotto forma di una serie di sistemi basati su IBM POWER9 di Raptor Computing Systems .
Passare a workstation x86-64
L'attuale mercato delle workstation utilizza microprocessori x86-64. I sistemi operativi disponibili per queste piattaforme includono Microsoft Windows , FreeBSD , varie distribuzioni Linux , Apple macOS (precedentemente noto come OS X) e Oracle Solaris . Alcuni fornitori commercializzano anche sistemi mono-socket di base come workstation.
Tre tipi di prodotti sono commercializzati sotto l'ombrello della workstation:
- Sistemi blade workstation (IBM HC10 o Hewlett-Packard xw460c. Sun Visualization System è simile a queste soluzioni)
- Workstation di fascia alta ( SGI Virtu VS3xx)
- Sistemi deskside contenenti CPU e chipset di classe server su grandi schede madri di classe server con RAM di fascia alta (workstation HP serie Z e workstation Fujitsu CELSIUS)
Definizione della stazione di lavoro
Un segmento significativo del mercato desktop sono i computer che dovrebbero funzionare come workstation, ma utilizzando sistemi operativi e componenti per PC. I produttori di componenti spesso segmentano la loro linea di prodotti e commercializzano componenti premium che sono funzionalmente simili ai modelli "consumer" più economici ma presentano un livello più elevato di robustezza o prestazioni.
Un PC di classe workstation può avere alcune delle seguenti caratteristiche:
- Supporto per la memoria ECC
- Numero maggiore di socket di memoria che utilizzano moduli registrati (bufferizzati)
- Prese multiple per processori, CPU potenti
- Display multipli
- Esegui un sistema operativo affidabile con funzionalità avanzate
- Scheda grafica affidabile ad alte prestazioni
Guarda anche
- Elenco dei produttori di sistemi informatici
- Postazione di lavoro musicale
- Supercomputer personale
- Software di grafica remota