ワークステーション

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1990年代初頭からのCRTモニター付きSunSPARCstation 10

ワークステーションは、技術的または科学的なアプリケーション用に設計された特別なコンピューターです。[1]主にシングルユーザーが使用することを目的としており、[1]通常、ローカルエリアネットワークに接続され、マルチユーザー オペレーティングシステムを実行しますワークステーションという用語は、メインフレームコンピュータ端末からネットワークに接続されたPCまで、あらゆるものを指すために大まかに使用されていますが、最も一般的な形式はSunMicrosystemsなどの現在および廃止されたいくつかの企業が提供するハードウェアのクラスを指します[2 ]シリコングラフィックス Apollo Computer[3] DECHPNeXTIBMは、1990年代後半の3Dグラフィックアニメーション革命 への扉を開きました。

ワークステーションは、特にCPUグラフィックス、メモリ容量、およびマルチタスク機能に関して、主流のパーソナルコンピュータよりも高いパフォーマンスを提供します。ワークステーションは、3D機械設計、工学シミュレーション(計算流体力学など)、アニメーション、画像のレンダリング、数学プロットなど、さまざまなタイプの複雑なデータの視覚化と操作用に最適化されています。通常、フォームファクタデスクトップコンピュータのフォームファクタであり、少なくとも高解像度ディスプレイ、キーボード、およびマウスで構成されますが、複数のディスプレイも提供します。グラフィックタブレット3Dマウス(3Dオブジェクトを操作してシーンをナビゲートするためのデバイス)など。ワークステーションは、高度なアクセサリとコラボレーションツールを提供するコンピュータ市場の最初のセグメントでした。

1990年代後半以降、主流のPCの機能が向上したことで、PCと技術的/科学的ワークステーションの間の境界線が曖昧になりました。[4]典型的なワークステーションは、以前は独自のハードウェアを採用していたため、PCとは区別されていました。たとえば、IBMは、1990年代と2000年代に、ワークステーションにRISCベースのCPUを使用し、ビジネス/コンシューマーPCにIntel x86CPUを使用していました。ただし、2000年代初頭までに、ワークステーションは、 DellHewlett-Packard(後のHPInc。およびHewlettPackard Enterprise)、富士通などの大手PCベンダーが独占する高度にコモディティ化されたハードウェアを使用するようになったため、この違いはほとんどなくなりました。x86-64プロセッサ で実行されているMicrosoftWindowsまたはLinuxシステム。

歴史

初期のXeroxワークステーション
HP -UX9およびVisualUser Environment(VUE)を実行するHP9000モデル425ワークステーション
HP -UXおよびCommonDesktop Environment(CDE)を実行しているHP9000モデル735

起源と発展

おそらく、「ワークステーション」として適格となる可能性のある最初のコンピューターは、コンソールに座っている1人の人がインタラクティブに使用するように設計された小型の科学コンピューターであるIBM1620でした1960年に導入されました。このマシンの特徴の1つは、実際の演算回路がないことです。加算を実行するには、10進数の加算ルールのメモリ常駐テーブルが必要でした。これにより論理回路のコストが節約され、IBMはそれを安価にすることができました。このマシンはコード名がCADETで、最初は月額$ 1000でレンタルされていました。

1965年、IBMは、1620の後継となるIBM 1130科学計算機を発表しました。これらのシステムは両方とも、 Fortranや他の言語で書かれたプログラムを実行する機能を備えていました。1620と1130はどちらも、おおよそデスクサイズのキャビネットに組み込まれていました。どちらもアドオンディスクドライブ、プリンター、および紙テープとパンチカードの両方のI / Oで利用できました。直接対話用のコンソールタイプライターがそれぞれに標準装備されていました。

ワークステーションの初期の例は、一般的に専用のミニコンピューターでした。代わりに、多数のユーザーをサポートするように設計されたシステムは、1人だけに予約されます。注目すべき例は、最初の商用ミニコンピューターと見なされている Digital EquipmentCorporationのPDP-8です。

1970年代初頭にMITで開発されLispマシンは、高度にインタラクティブな使用を目的とした高性能のネットワーク化されたシングルユーザーシステムであるため、ワークステーションコンピュータの原理のいくつかを開拓しました。Lisp Machinesは、 SymbolicsLisp MachinesTexas InstrumentsTI Explorer)、XeroxInterlisp-Dワークステーション)などの企業によって1980年から商品化されました。シングルユーザー向けに設計された、高解像度のグラフィックス機能を備えた最初のコンピューター(つまり、現代的な意味でのワークステーション)は、XeroxPARCで開発されたXeroxAltoでした。他の初期のワークステーションには、Terak 8510 / a(1977)、Three Rivers PERQ(1979)、および後のXerox Star(1981)が含まれます。

1980年代の人気上昇

1980年代初頭、モトローラ68000などの32ビット マイクロプロセッサの出現により、このプロセッサに基づいてUnixベースのワークステーションを作成したApolloComputerSunMicrosystemsなど、この分野の多くの新しい参加者が登場しました。一方、DARPAVLSIプロジェクトは、いくつかのスピンオフグラフィックス製品、特にSGI 3130と、それに続くシリコングラフィックスの一連のマシンも作成しました。製品のターゲット市場を差別化することは珍しくありませんでした。SunとApolloはネットワークワークステーションと見なされていましたが、SGIマシンはグラフィックワークステーションRISCマイクロプロセッサが1980年代半ばに利用可能になると、これらは多くのワークステーションベンダーに採用されました

ワークステーションは非常に高価になる傾向があり、通常は標準のPCの数倍のコストであり、場合によっては新車と同じくらいのコストがかかります。しかし、ミニコンピューターは家と同じくらいの費用がかかることがあります。高い費用は通常、地元のコンピュータストアで見られるものよりも高速に動作する高価なコンポーネントを使用すること、および高速ネットワークや洗練されたグラフィックスなど、当時のPCには見られなかった機能を含めることから生じました。ワークステーションメーカーはまた、システム設計に「バランスの取れた」アプローチを採用する傾向があり、ボトルネックを回避して、コンピューター内の多くの異なるサブシステム間でデータが妨げられることなく流れるようにします。さらに、ワークステーションは、より専門的な性質を持っているため、商品よりも利益率が高くなる傾向があります。駆動型PC。

ワークステーション会社から提供されるシステムは、多くの場合、SCSIまたはファイバーチャネルディスクストレージシステム、ハイエンド3Dアクセラレータ、単一または複数の64ビット プロセッサ、大量のRAMを備えています。、および適切に設計された冷却。さらに、製品を製造する会社は、包括的な修理/交換計画を持っている傾向があります。ただし、ワークステーションとPCの区別が薄れるにつれて、ワークステーションメーカーは、独自のハードウェアやソフトウェアではなく、「既成の」PCコンポーネントとグラフィックスソリューションをますます採用するようになりました。一部の「低コスト」ワークステーションは、PC標準では依然として高価ですが、同じベンダー製のハイエンドワークステーションおよびサーバーとのバイナリ互換性を提供します。これにより、ソフトウェア開発を(サーバーに比べて)低コストのデスクトップマシンで実行できます。

グラフィックワークステーション

グラフィックワークステーション(例: Silicon Graphicsのマシン)には、グラフィックアクセラレータが付属していることがよくあります。

シンクライアントとX端末

パフォーマンスではなく、可能な限り低い価格でワークステーションのようなマシンを製造するためのいくつかの試みがありました。1つのアプローチは、ローカルストレージを削除し、マシンをプロセッサ、キーボード、マウス、および画面に縮小することです。場合によっては、これらのディスクレスノードは従来のオペレーティングシステムを実行し、リモートサーバーにストレージを使用してローカルで計算を実行します。これらのアプローチは、システムの初期購入コストを削減するだけでなく、ユーザーごとに必要な管理の量を削減することにより 、総所有コストを削減することを目的としています。

このアプローチは、実際には、オフィスの生産性アプリケーションでPCの代わりとして最初に試みられました。初期の例として、3Station by3Comあります。1990年代には、X端末がテクニカルコンピューティングで同様の役割を果たしました。Sunはまた、「シンクライアント」、特にSunRay製品ラインを導入しました。ただし、従来のワークステーションやPCの価格は下がり続けており、このタイプの製品の市場を下回る傾向があります。

3Mコンピューター

1990年のNeXTstationグラフィックワークステーション
Sony NEWSワークステーション:2x 68030 @ 25 MHz、1280x1024256色ディスプレイ
SGIIndyグラフィックワークステーション
SGIO2グラフィックワークステーション
CDEを搭載したHP - UX11iを実行しているHPC8000ワークステーション
6台のワークステーション:4台のHP Z620、1台のHP Z820、1台のHPZ420。

1980年代初頭、ハイエンドワークステーションは3つのMに対応する必要がありました。いわゆる「3Mコンピュータ」には、メガバイトのメモリ、メガピクセルディスプレイ(約1000×1000)、および「MegaFLOPS」コンピューティングパフォーマンス( 1秒あたり少なくとも100万回の浮動小数点演算)。[5] [a] これは今日のように限られていますが、当時のパーソナルコンピュータの容量を少なくとも1桁超えていました。オリジナルの1981年のIBMパーソナルコンピュータは、16 KBのメモリ、テキストのみのディスプレイ、および約1キロFLOPS(オプションの8087数学コプロセッサを使用した30キロFLOPS)の浮動小数点パフォーマンスを備えていました。当時のデスクトップコンピュータには見られなかったその他の望ましい機能には、ネットワーク、グラフィックアクセラレーション、高速の内部および周辺データバスが含まれていました。

もう1つの目標は、このようなシステムの価格を「メガペニー」、つまり10,000ドル未満に下げることでした。[6]これは1980年代後半まで達成されませんでしたが、多くのワークステーション、特にミッドレンジまたはハイエンドは、1990年代初頭から中期にかけて15,000ドルから100,000ドル以上の費用がかかりました。

衰退につながるトレンド

これらのテクノロジーが主流のPCに広く採用されたことは、独立した市場セグメントとしてのワークステーションの衰退の直接的な要因でした。

  • 非常に信頼性の高いコンポーネント:より多くのキャッシュとエラー訂正メモリを備えた複数のCPUとともに、これは今日のワークステーションの際立った機能であり続ける可能性があります。最新のワークステーションに実装されているほとんどのテクノロジーは、消費者市場でも低コストで利用できますが、優れたコンポーネントを見つけて、それらが相互に互換性を持って動作することを確認することは、ワークステーションの構築における大きな課題です。ワークステーションは、天気予報、ビデオレンダリング、ゲームデザインなどのハイエンドタスク用に設計されているため、これらのシステムは、問題なく数時間または数日間、全負荷でノンストップで実行する必要があることは当然のことです。既製のコンポーネントを使用してワークステーションを構築できますが、このような過酷な条件下でのそのようなコンポーネントの信頼性は不確かです。このために、Hewlett-Packard / HP Inc.FujitsuIBM / LenovoSun MicrosystemsSGIApple、またはDell
  • 浮動小数点演算のハードウェアサポート:元のIBMPCではオプション。80486DXプロセッサまで、Intelシステム用の別のチップに留まりました。それでも、x86浮動小数点のパフォーマンスは、そのアーキテクチャーの制限により、他のプロセッサーに遅れをとっていました。今日では、低価格のPCでさえgigaFLOPS範囲のパフォーマンスを備えています。
  • コンピューター支援設計(CAD)およびコンピューター生成画像(CGI)アニメーション用の高性能3Dグラフィックスハードウェア:これは、主にコンピューターゲームによって推進される1990年代半ばから後半にかけてPC市場でますます人気が高まっています。Nvidiaの場合、変換および照明ハードウェアをGPU自体に統合することで、GeForce 256は、これらの計算を実行するためにCPUに依存していた古い3Dアクセラレータ(ソフトウェア変換および照明とも呼ばれます)とは一線を画しています。この3Dグラフィックスソリューションの複雑さの軽減により、このようなハードウェアのコストが新たに低くなり、安価な消費者向けグラフィックスカードにアクセスできるようになりました。コンピューター支援設計(CAD)用に設計された、以前の高価で専門的なニッチに限定されるのではなく。NV10のT&Lエンジンにより、Nvidiaは初めてCAD市場に参入することができました。Quadroラインは、GeForceカードと同じシリコンチップを使用していますが、CADアプリケーションの固有の要件に合わせて異なるドライバーサポートと認定を受けています。ただし、ユーザーはGeForceをソフトモッドして、はるかに高価なQuadro向けのタスクの多くを実行できるようにすることができます。
  • 高性能CPU:初期(1980年代初頭)のRISCは、同等のコストのCISCプロセッサに比べて、ほぼ1桁のパフォーマンスの向上をもたらしましたが、 CISCプロセッサの特定のファミリであるIntelx86は、常に優位に立っていました。市場シェアとこれが意味する規模の経済。1990年代半ばまでに、一部のx86 CPUは、整数パフォーマンスなどの一部の領域でRISCと同等のパフォーマンスを達成し(チップの複雑さが増すという犠牲を払っていますが)、ほとんどの場合、後者をさらにハイエンド市場に追いやっていました。
  • 高性能/大容量のデータストレージ:初期のワークステーションは、1980年代半ばにSCSI標準が登場するまで、独自のディスクインターフェイスを使用する傾向がありました。SCSIインターフェイスはすぐにPCで利用できるようになりましたが、比較的高価であり、PCのISAペリフェラルバスの速度によって制限される傾向がありました(ただし、SCSIはApple Macintoshで標準になりました)。SCSIは、ディスクが一度に複数の要求に対処する必要がある場合に特に優れた高度なコントローラーインターフェイスです。これにより、サーバーでの使用に適していますが、ほとんどがシングルユーザーオペレーティングシステムを実行するデスクトップPCへのメリットはあまり明確ではありません。最近では、デスクトップシステムがより多くのマルチユーザー機能を取得しているため、選択される新しいディスクインターフェイスはシリアルATAです。、SCSIに匹敵するスループットを備えていますが、コストは低くなります。
  • 高速ネットワーク(10 Mbit / s以上):1990年代初頭までにPCで10 Mbit / sネットワークインターフェイスが一般的に利用可能でしたが、その頃にはワークステーションはさらに高速のネットワーク速度を追求し、100 Mbit / s、1Gbitに移行していました。 / s、および10 Gbit / s。ただし、規模の経済と非技術分野での高速ネットワークの需要により、新しいネットワーク技術が商品価格に到達するまでの時間が大幅に短縮されました。
  • 高解像度と高リフレッシュレートを備えた大型ディスプレイ(17〜21インチ)。これは、1980年代後半から1990年代初頭にかけてPCでまれでしたが、1990年代後半までにPCで一般的になりました。
  • 大容量メモリ構成:PC(つまり、IBM互換機)は、1982年に80286プロセッサが導入されるまで、元々640 KBのメモリ容量(バンク切り替えの「拡張メモリ」は含まない)に制限されていました。初期のワークステーションは、数メガバイトのメモリへのアクセスを提供していました。PCが80286で640KBの制限を超えた後でも、SPARCなどの他の32ビットプロセッサとは対照的に、80386までの大量のメモリに対応するには特別なプログラミング技術が必要でした。これにより、4GBのメモリアドレス範囲のほぼ全体に簡単にアクセスできます。4 GBをはるかに超えるアドレス範囲をサポートする64ビットワークステーションとサーバーは、1990年代初頭から利用可能でした。このテクノロジは、2000年代半ばにPCデスクトップおよびサーバー市場に登場し始めたばかりです。
  • オペレーティングシステム:初期のワークステーションは、Unixオペレーティングシステム(OS)、Unixライクなバリアント、またはVMSなどの無関係の同等のOSを実行していました。当時のPCCPUには、メモリ容量とメモリアクセス保護に制限があり、この高度なOSの実行には適していませんでしたが、これも1980年代後半に、ページングされたMMUが統合された32ビット 80386を搭載したPCとして変化し始めました。広く手頃な価格になりました。
  • OSとハードウェアの緊密な統合:ワークステーションベンダーは、ハードウェアを設計し、その上で実行されるUnixオペレーティングシステムのバリアントを維持します。これにより、Windowsなどのオペレーティングシステムで可能なテストよりもはるかに厳密なテストが可能になります。Windowsでは、サードパーティのハードウェアベンダーが、安定性と信頼性の高い準拠したハードウェアドライバーを作成する必要があります。また、タイミングやビルド品質などのハードウェア品質のわずかな変動が、マシン全体の信頼性に影響を与える可能性があります。ワークステーションベンダーは、これらを社内で検証することにより、ハードウェアの品質とオペレーティングシステムドライバーの安定性の両方を保証できます。これにより、一般的にはるかに信頼性が高く、安定したマシンになります。

市場に出す

デュアルPentiumIIIプロセッサを搭載したDellPrecision 620MT
AMDOpteron プロセッサとSolaris10を搭載したSunUltra 20

ミレニアムの変わり目以来、「ワークステーション」の定義はある程度曖昧になっています。ローエンドの「ワークステーション」で使用されるコンポーネントの多くは、現在、消費者市場で使用されているものと同じであり、ローエンドのワークステーションと消費者向けPCの価格差は、以前よりも狭くなる可能性があります(場合によっては「マニア」ゲーム市場などのハイエンドの消費者市場では、「デスクトップPC」と「ワークステーション」のどちらに該当するかを判断するのが難しい場合があります。別の例では、Nvidia GeForce256グラフィックカードがQuadroを生成しました、GPUは同じですが、CADアプリケーションの固有の要件に合わせてドライバーのサポートと認定が異なり、はるかに高い価格で販売されていたため、ハードウェアの大部分がそれに加えて、Quadroに名目上排他的な機能のロックを解除するためにソフトモッドすることができます。[7]

ワークステーションは通常、CPUテクノロジーの進歩の原動力となっています。消費者向けデスクトップとワークステーションの両方が、マルチコアの概念に基づいて設計されたCPU(基本的には、ダイ上の複数のプロセッサー、そのアプリケーションはIBMのPOWER4 )の恩恵を受けています。はパイオニアでした)、最近のワークステーションは通常、複数のマルチコアCPU、エラー訂正メモリ、および「コンシューマーレベル」のCPUよりもはるかに大きなオンダイキャッシュを使用します。このような電力と信頼性は、通常、一般的なデスクトップコンピュータでは必要ありません。たとえば、IBMのPOWERベースのプロセッサボードとワークステーションレベルのIntelベースのXeonプロセッサボードには、複数のCPU、より多くのオンダイキャッシュ、ECCメモリがあり、要求の厳しいコンテンツ作成、エンジニアリング、および科学的作業により適した機能です。一般的なデスクトップコンピューティングよりも。

一部のワークステーションは、 AutoCADAvid Xpress Studio HD3D StudioMaxなどの1つの特定のアプリケーションでのみ使用するように設計されていますソフトウェアとの互換性を確保するために、購入者は通常、ソフトウェアベンダーに証明書を要求します。認証プロセスにより、ワークステーションの価格は数ノッチ上昇しますが、専門的な目的では、初期購入コストよりも信頼性が重要になる場合があります。

現在のワークステーション市場

Hewlett-Packard Z820、x86-64ベースのワークステーション
HPZ820ワークステーションの内部

RISCベースのワークステーションの衰退

2009年1月までに、すべてのRISCベースのワークステーション製品ラインが廃止されました。

2018年の初めに、Raptor ComputingSystemsによる一連のIBMPOWER9ベースのシステムの形で市販のRISCベースのワークステーションが再導入されました。[12] [13]

x86-64ワークステーションに変更

現在のワークステーション市場では、x86-64マイクロプロセッサが使用されています。これらのプラットフォームで使用可能なオペレーティングシステムには、Microsoft WindowsFreeBSD、さまざまなLinuxディストリビューションApple macOS(旧称OS X)、およびOracleSolarisが 含まれます。一部のベンダーは、コモディティモノソケットシステムをワークステーションとして販売しています。

ワークステーションの傘下では、次の3種類の製品が販売されています。

  1. ワークステーションブレードシステム(IBMHC10またはHewlett-Packardxw460c。SunVisualizationSystemはこれらのソリューションに類似しています)
  2. 超ハイエンドワークステーション(SGI Virtu VS3xx)
  3. ハイエンドRAMを搭載した大型サーバークラスマザーボード上のサーバークラスCPUとチップセットを含むデスクサイドシステム(HPZシリーズワークステーションおよびFujitsuCELSIUSワークステーション)

ワークステーションの定義

デスクトップ市場の重要なセグメントは、ワークステーションとして機能することが期待されているが、PCオペレーティングシステムとコンポーネントを使用しているコンピューターです。コンポーネントメーカーは、多くの場合、製品ラインをセグメント化し、より安価な「コンシューマー」モデルと機能的に類似しているが、より高いレベルの堅牢性またはパフォーマンスを備えたプレミアムコンポーネントを販売します。

ワークステーションクラスのPCには、次の機能の一部が含まれている場合があります。

  • 登録された(バッファされた)モジュールを使用する多数のメモリソケット
  • マルチディスプレイ
  • 信頼性の高い高性能グラフィックカード
  • 複数のプロセッサソケット、強力なCPU
  • 高度な機能を備えた信頼性の高いオペレーティングシステムを実行する
  • ECCメモリのサポート

も参照してください

メモ

  1. ^ RFC 782は、ワークステーション環境をより一般的に、単一のユーザーにサービスを提供するための専用のハードウェアおよびソフトウェアとして定義し、追加の共有リソースの使用を提供します。

参考文献

  1. ^ a b "ワークステーション|定義と事実|ブリタニカ"www.britannica.com 、2021年12月5日取得
  2. ^ Bechtolsheim、Andreas; バスケット、フォレスト(1980)。「マイクロコンピュータシステム用の高性能ラスターグラフィックス」コンピュータグラフィックスとインタラクティブ技術に関する第7回年次会議の議事録-SIGGRAPH'80ニューヨーク、ニューヨーク、米国:ACM Press:43–47。土井10.1145 /800250.807466ISBN 0897910214S2CID12045240 _
  3. ^ 「米国とインドはニュートリノ協定に署名します」フィジックスワールド31(5):13。2018年5月。doi10.1088 / 2058-7058 / 31/5/23ISSN0953-8585_ 
  4. ^ 「ワークステーションコンピュータ」OIDair WEB 、2021年12月5日取得
  5. ^ アンドリーズヴァンダム; デビッドH.レイドロー; ローズマリーミシェルシンプソン(2002-08-04)。「科学的可視化のための没入型バーチャルリアリティの実験」。コンピューターとグラフィックス。26(4):535–555。CiteSeerX10.1.1.4.9249。doi:10.1016 / S0097-8493(02)00113-9。1980年代初頭、CMUのRajReddyと彼の同僚は「3MMachine」という用語を作り出しました。
  6. ^ "megapenny" ウィクショナリー 2020-09-21、2021-12-05を取得
  7. ^ ワークステーション製品、Nvidia 、 2007年10月2日取得
  8. ^ 「廃止通知」、c8000ワークステーション、HP、2007年7月
  9. ^ 「ハードウェア撤退の発表」、IntelliStation POWER 185および285(PDF)、IBM
  10. ^ MIPS®IRIX®製品の一般提供の終了、シリコングラフィックス、2006年12月
  11. ^ リマーケティングされたEOLSun Ultra 45ワークステーション、ソーラーシステム
  12. ^ RaptorがTalosII Lite POWER9コンピューターシステムを低コストで発売、Phoronix
  13. ^ Raptorが「Blackbird」Micro-ATX、低コストのPOWER9マザーボード、Phoronixを発表

外部リンク