怎样配置更完美的图形工作站
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。
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。
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
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
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
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
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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