怎样配置更完美的图形工作站

- 日理万妓 2023-06-11 10:29 49阅读 0赞

现在网上太多计算机“专业人士”，推出各种图形工作站选购方案，似乎采购一台理想的图形工作站，是一件轻松简单事情。客户方面：资金充裕，买个高端的，资金比较紧，买个低端的，找个大品牌工作站就可以厂家/代理商方面：推荐最贵的就是高端的，推荐便宜的就是低端的。

但是实际情况：

可能1 招标采购的高端工作站（大品牌，配置双Xeon 56核），HFSS运行表现不尽人意，

可能2 拥有48核工作站的运行Comsol Multiphysics计算速度还不如8核的工作站快

可能3 代理商推荐专业高端配置的工作站（双Xeon+图卡），MatLAB软件计算很慢

可能4 花高价买回来的配备Quadro RTX6000的工作站，Solidwork三维模型还是卡顿

可能5 倾斜摄影建模工作站配备双Xeon（56核@3GHz）性能表现不如6核

可能6 大屏拼接工作站用双Xeon工作站，图形流畅度远不如单CPU配置机器

如何推荐图形工作站，专业人说专业事情。

（一）了解图形工作站

首先我们的了解图形工作站应用场景，

A1 工程计算类：数值模拟、科学计算、工程仿真计算、量子化学计算、分子动力模拟、油藏模拟计算...

A2 图形设计类：三维CAD、三维建模、三维建筑设计...

A3 图像处理类： 航空影像处理，医学成像，视频处理、GIS、地震资料处理...

A4 视景仿真类：三维视景生成、科学可视化、虚拟现实、大屏拼接...

A5 影视后期类：基于高清/2K/4K/5K/6K/8K视频的剪辑、特效合成、调色...

A6 大数据与AI类：金融期货量化策略高频交易、深度学习应用（人脸识别、汽车自动驾驶、医学图像、语音翻译）..

图形工作站广泛用于航空航天、国防军工、船舶海洋、石油、电力、电子、金融、冶金重工、基础建设、科研、广电、公共安全等行业，图形工作站运行各种专业应用软件，其软件算法和数据计算量有很大的差异图形工作站对运行环境（温度、湿度）、机箱结构（空间）、移动便携、供电方式等也有特殊要求。

因此选购图形工作站需要充分了解运行软件及数据规模，给出匹配与均衡合理的硬件配置才靠得住，再加上专业公司需要图形工作站系统性能优化、完善的三年硬件系统支持体系，这样的图形工作站从配置到使用，机器性能表现满意。因此，从应用到软件，到工作站硬件架构，都要非常清楚了解，才更好的配置一台工作站。

二）图形工作站选型推荐

下面是不同应用场景和相应的软件及图形工作站硬件配置参考

应用场景A1 科学与工程仿真计算

该应用场景以计算为主，如：数值模拟、有限元仿真计算、量子化学计算、分子动力模拟、材料模拟、油藏模拟计算、电子系统仿真、光学设计仿真等。

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主要应用软件

科学计算、数值模拟、数学规划 Matlab、Mathematica、Octave、Gurobi…

结构、流体、热分析、多物理场耦合 Ansys、Abaqus、Nastran、LS-Dyna、Fluent、STAR CCM+、COMSOL Multiphysics...

电磁场仿真 HFSS、CST Studio Suit、Feko、安捷伦…

电子系统设计与后仿模拟计算（EDA） HSPICE、…

量子化学、分子动力模拟 Gaussian、Lammps、Amber、NAMD、Docks、

材料模拟 Material Studio

油藏模拟、地震资料解释 Eclips、Nexus、Paradigm GeoDepth

光学设计与仿真 CodeV、Zemax、Lightools、OptiWave

电力系统仿真 PSASP、Siemens PSS/E、ETAP、EMTP-RV、RSCAD、PSCAD

这类应用涉及到行业和专业不同，其算法特点有很多不同，对硬件配置要求也有很大的差异

**例如1-1 结构仿真理想的硬件配置**

计算特点：多核@高频+大容量内存+高io，其中最高48核，核再多性能没有多少提升，高频才是加速的关键，内存少数据在硬盘与内存之间来回导入导出或硬盘io性能差，整机计算等待时间加长

推荐机型1 UltraLAB AX400（18核@4.2GHz+192GB+高速缓存盘）

推荐机型2 UltraLAB EX630 （36核@3.9GHz+384GB+并行存储）

推荐机型3 UltraLAB Alpha730（48核@4.3GHz+768GB+并行存储）

推荐集群 计算节点（18核@4.2GHz）x N

**例如1-2 流体仿真理想硬件配置**

计算特点：多核@高频，最高64核，核再多没有提升

推荐机型1 UltraLAB AX400（18核@4.2GHz+128GB）

推荐机型2 UltraLAB EX630i（32~48核@高频）

推荐机型3 UltraLABAlpha730（64~72核@高频）

**例如1-3 电磁仿真软件HFSS理想配置**

计算特点：多核@高频，最高28核，提升频率是加速的关键

推荐机型1 UltraLAB AX400（18核@4.2GHz+256GB）

推荐机型2 UltraLAB GT400M（28核@4.6GHz+384GB）

推荐机型3 UltraLAB EX630i（36核@3.9GHz+768GB）

推荐集群 计算节点（18核@4.2GHz+192GB）x N

**例如1-4 多物理场耦合(Comsol Multiphysics)仿真计算理想配置**

计算特点：多核@高频，最多8核，核再多没多少提升

推荐机型1 UltraLAB H380(8核@5.2GHz+64GB)

推荐机型2 UltraLAB AX400（10核@4.6GHz+128GB~256GB）

推荐集群 计算节点（8核@4.6GHz+128GHz）x N

**例如1-5 分子动力模拟软件Amber/Gromacs/Lammps、电磁仿真软件CST理想硬件配置**

计算特点：支持GPU加速，性能提升显著

推荐机型1 UltraLAB GX380M（8核@5.0GHz+1~2双RTX2080Ti）

推荐机型2 UltraLAB EX630i（32~核~@高频+2~4块RTX2080Ti）

推荐机型3 UltraLAB GX630M（32~核~@高频+4~8块RTX2080Ti）

应用场景A2 三维图形设计类

由于intel X86架构性能强大，进入图形工作站领域，IBM、SGI、SUN专业图形工作站厂家于2006年前后相继退出市场，新的图形工作站厂家，似乎为了利益最大化，与其他厂家竞争重点放在生产规模和渠道拓展，只要能卖，其他都不重要，忽视图形工作站销售员对技术素质要求，忽视代理商的专业知识培训，实际情况是大部分代理商根本不懂应用、不熟悉硬件架构，比如基于三维图形设计的工作站配置片面认为：面对复杂模型，图卡最重要的。

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典型的应用分类及软件：

有限元分析前后处理 ICEM CFD、HyperMesh、ANSA、Femap

三维机械CAD/CAM Catia、UG、Creo、Solidworks

三维建筑、基础设施可视化设计 Revit、ArchiCAD、Microstation、

三维测量、点云处理、逆向工程

电力设计AutoCAD Electrical、Microstation V8、PDMS、PKPM、Protel、Aveva E3D

三维绘图方面知识点

三维CAD就是三维图形生成，就是将设计的产品~3D图形显示在图形工作站屏幕上，这种图形不是三维图像或图片，是参数化的图形数据，三维图形流畅转动过程是随着鼠标移动，计算机一秒内至少生成24幅画面，计算机三维画图两个关键环节：

**环节1** 图形的几何顶点计算---全靠CPU，图形移动缩放流畅的话，说明CPU计算能力满足要求，此环节跟显卡没有一毛关系，也是造成三维模型卡顿最关键点，随着屏幕的分辨率增大（高清—2K---4K---8K），或随着三维模型复杂度大幅提升，几何顶点数据量几何级提升，CPU算力面临巨大的考验。

**环节2** 图形生成—依赖GPU完成，根据CPU计算出的几何顶点，在屏幕上画出相应的三维图形，这个环节，全靠显卡（主要是Nvidia Quadro系列），因为屏幕分辨率有限（通常高清），三维图形的几何顶点数据量，显卡显存2GB~4GB足够了，现有中低端显卡（QP2000、RTX4000）的像素填充率性能完全能保证3D模型的流畅 ，用RTX5000以上纯属画蛇添足。

例2-1 三维CAD最强配置推荐：8核@5.3GHz+RTX2000或RTX4000

推荐机型：UltraLAB H380（定位于满足大型复杂三维CAD模型参数化设计）

应用场景A3 图像处理类

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这类应用是以图像处理为主，不同的行业，有不同的图像数据和不同的算法，

典型的应用分类及软件：

数字摄影测量ErDAS、PCI Geomatica

倾斜摄影三维建模 Smart3D、Pix4D

地理信息系统ArcGIS，MAPinfo

医学成像 ViTAL、Mimics

工业CT实时图像重建VGStudio Max

气象资料处理 WRF、MM5

例如3-1 无人机倾斜摄影建模合理硬件配置：8核@5.2GHz+RTX2080ti

例如3-2 地理信息系统合理硬件配置：6核@高频+大显存图卡或显卡

例如3-3 医学成像热门硬件配置：多GPU+双Xeon架构

例如3-4 气象资料处理：双Xeon架构的多机集群

应用场景A4 视景仿真、可视化、虚拟现实类

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这类应用的鼻祖是SGI工作站+VegaPrime软件，随着时代发展，视景仿真随着硬件性能提升和应用场景扩展，可视化、虚拟现实、大屏拼接或多屏现实等出现。

主要应用分类及相关软件：

虚拟现实、视景仿真VegaPrime、3DVIA、OpenGVS，Virtools，

三维建筑可视化 Lumion、SketchUp、Navisworks

超大屏幕墙拼接合成

海量数据三维可视化(石油、医学、海洋…) Geoprobe、OpenInventor、VTK、Avizo

大型三维GIS可视化展示系统（资源管理、城市规划、军事指挥、航空管制、应急系统）

全景视频合成拼接

多路实时视景仿真

例如4-1 三维视景仿真最强配置：8核5.3GHz+RTX5000

例如4-2 大屏拼接合理配置：多输出端口合成拼接+8核@5.3Ghz

应用场景A5 影视后期处理

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这类应用主要是影视动画设计、渲染，后期剪辑处理、特效合成、调色等，

涉及到不同规格视频（高清、2K、4K、5K、6K、8K）的视频编码解码、合成计算，涉及到CPU架构和GPU加速支持等

主要应用：

三维建模/动画设计 3DS Max、Maya、Photoshop、Sketchup、Lumion、Rhino

视频剪辑Premiere Pro、Mdeia Composer、FCP 、Edius、Vegas

特效合成After Effects、Nuke X、Fustion Studio、Flame

渲染3DSmax、Maya

调色 DaVinci Resolve、Speed Grade、Lustre

例如5-1 三维动画与平面设计合理配置：高频CPU+RTX游戏卡系列

例如5-2 4K影视后期剪辑、特效合成工作站最强配置：8核@5.2GHz+RTX2080Ti

例如5-3 8K影视后期（剪辑、特效合成、调色）最强配置：28核@4.8GHz+双Titan RTX+雷电3接口或双高io海量存储（最少90TB）

应用场景A6 深度学习、大数据、金融建模类

这类应用主要是人工智能神经元计算、蒙特卡洛算法、数据建模、数据分析为主，

主要应用：

人工智能、深度学习、机器学习 Tensorflow,Torch,Cafe,Nvidia DIGITS

金融计算 KX、Wombat

量化交易、高频交易HFT、程序化交易

期权定价建模计算

大数据分析/挖掘 Hadhoop、R语言、Python、SPSS

**例如6-1 深度学习静音级工作站合理配置**

计算特点：多GPU卡+高频CPU+并行存储

推荐机型1 UltraLAB GP400M（最多7块GPU卡+8~18核@高频）

推荐机型2 UltraLAB GX630M（最多9块GPU卡+双Xeon@高频）

**例如6-2 高频量化交易合理配置**

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计算特点：多核@极致高频+低延迟系统架构  
  
推荐机型1 UltraLAB HF380（8核@5.3GHz）+超低延迟系统  
推荐机型2 UltraLAB F400（10核@4.9GHz,18核@4.8GHz）+超低延迟系统  
推荐机型3 UltraLAB HF630（16核@4.3GHz）+超低延迟系统

应用面临不断扩大和丰富，计算精度和数据规模提升，仿真计算或设计要求越来越高、图像处理数据量越来越大，如何配置好图形工作站，需要长期经验积累和丰富的专业知识，

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