Workstation cho ngành Cơ khí

Hình 1 : Workstation dùng trong thiết kế máy

1. Workstation là gì ?

Workstation hay máy trạm làm việc có thể hiểu đơn giản là những máy tính có cấu hình mạnh và độ ổn định cao được sử dụng trong các lĩnh vực đồ họa kỹ thuật cơ khí, kiến trúc, xây dựng, làm phim 3D, xử lí âm thanh, hình ảnh, biên tập phim… Mặc dù nhiều người vẫn có thói quen dùng máy desktop để thực hiện những công việc nói trên và ngày nay cấu hình của máy desktop cũng mạnh hơn trước rất nhiều nhưng việc sử dụng workstation vẫn rất cần thiết bởi những lí do sau đây :

• Cấu hình và hiệu năng cao. Đây là ưu điểm dễ nhận ra nhất giữa workstation và desktop vì các workstation thường có cấu hình cao để đảm nhiệm khối lượng tính toán lớn, xử lí đồ họa chuyên nghiệp kèm theo một không gian lưu trữ dữ liệu rộng lớn, an toàn và có thể truy xuất nhanh chóng.
• Chuyên nghiệp. Workstation được thiết kế hướng đến các ứng dụng chuyên biệt và luôn được kiểm tra trong những điều kiện nghiêm ngặt nhất (chứ không đơn giản là láp ráp các linh kiện rời rạc sẵn có như dòng máy desktop phổ thông) bảo đảm mang đến cho người dùng một sự kết hợp hoàn hảo giữa phần cứng và phần mềm.
• Độ tin cậy cao. Workstation có độ tin cậy cao hơn PC do được trang bị những phần cứng cao cấp như bộ nhớ có tính năng kiểm tra lỗi ECC, nguồn công suất lớn, hệ thống giải nhiệt hiệu quả cao để duy trì tính ổn định khi workstation hoạt động liên tục trong thời gian dài.
• Dễ nâng cấp. Đa số workstation đều được thiết kế ở dạng tool-less nên việc tháo lắp, nâng cấp, thay thế linh kiện hoàn toàn có thể thực hiện nhanh chóng bằng tay mà không cần dùng đến những dụng cụ tháo lắp.

2.Các thành phần cơ bản của Workstation

CPU (chỉ xét dòng CPU của Intel)

Trong lĩnh vực cơ khí, workstation dùng để thiết kế, phân tích, kiểm nghiệm độ bền của sản phẩm; mô phỏng quá trình lắp ráp, hoạt động của máy móc và lập trình gia công CNC… Để xử lí được khối lượng công việc nói trên một cách nhanh chóng và hiệu quả, các workstation thường không dùng những CPU phổ thông (Core 2 Duo, i Series) mà được trang bị bộ vi xử lí Xeon với những ưu điểm vượt trội về tốc độ, bộ nhớ đệm và các công nghệ cao cấp như ECC RAM Support, Intel Demand Based Switching… Ngoài những ưu điểm về phần cứng, dòng CPU Xeon còn được nhiều hãng cung cấp phần mềm độc lập (Independent Software Vendors – ISV) như AutoDesk, PTC, Dassault Systèmes tiến hành thử nghiêm và đưa ra những chứng thực về mức độ hiệu quả trong từng ứng dụng cụ thể. Đây cũng là một yếu tố giúp người dùng có cơ sở để lựa chọn CPU phù hợp nhất với công việc trong hiện tại và tương lai.

Hình 2 : CPU Intel Xeon 5600

Hiện tại, Intel có 5 dòng CPU Xeon hướng đến việc cung cấp cho các worstation bao gồm các dòng Xeon E3-1200, Xeon E5-1600, Xeon E5-2600, Xeon 3600 và Xeon 5600. E3-1200 là dòng CPU dựa trên kiến trúc Sandy Bridge 32nm, tích hợp công nghệ đồ họa Intel HD Graphic P3000 và tiêu thụ ít điện năng. Nó được dùng trong các workstation cơ bản để chạy những ứng dụng không có yêu cầu cao về xử lí đồ họa. Hai dòng Xeon 3600 và 5600 dành cho những workstation trung cấp và cao cấp. Chúng không tích hợp công nghệ đồ họa như dòng Xeon E3 mà thay vào đó là những công nghệ tăng cường khả năng tính toán và trao đổi dữ liệu. Đối tượng mà hai dòng CPU này hướng đến là những phần mềm CAD/CAM và đặc biệt là những phần mềm CAE dựa trên phương pháp phần tử hữu hạn như Ansys, Moldex3D … Xeon E5-1600 & E5-2600 là hai dòng CPU mới dựa trên kiến trúc Sandy Bridge-EP vừa được Intel phát hành trong quí I năm 2012 để thay thế cho hai dòng 3600 & 5600 (kiến trúc Nehalem 32nm). Hiện tại chúng chỉ mới có mặt trong một số workstation của HP. Thông số cơ bản về năm dòng CPU Xeon được cho trong bảng 1.

Bảng 1 : Thông số cơ bản 5 dòng CPU Xeon

Mainboard

Có cùng chức năng với những mainboard sử dụng trong các dòng máy tính phổ thông nhưng mainboard thiết kế cho workstation có những điểm khác biệt cơ bản sau đây:

• Sử dụng các chipset cao cấp như x58, 5520, C602
• Cho phép gắn nhiều CPU
• Hỗ trợ nhiều kênh nhớ hơn, số lượng khe cắm RAM và dung lượng RAM cũng lớn hơn
• Tích hợp chipset cấu hình RAID và hỗ trợ nhiều chuẩn giao tiếp ổ cứng SATA, SAS, SSD
• Linh kiện có chất lượng cao hơn để bảo đảm workstation có thể hoạt động ổn định trong thời gian dài
• Mainboard dành cho workstation không phổ biến trên thị trường linh kiện máy tính. Nếu muốn tìm mua chúng, người dùng sẽ không bắt gặp những thương hiệu quen thuộc như Gigabyte, ASUS, MSI mà thay vào đó là những tên tuổi hơi lạ như Supermicro, Tyan. Tuy ít được biết đến nhưng đây mới chính là những workstation được đánh giá cao nhất trên thế giới.

Memory

Nguyên tắc càng nhiều càng nhanh thì càng tốt vẫn đúng đối với bộ nhớ dành cho workstation. Ngày nay, hầu hết các workstation đều được trang bị bộ nhớ tối thiểu 4GB DDR3 SDRAM 1333/1066/800MHz và có thể mở rộng lên tới 32GB hoặc thậm chí 768GB. Tuy nhiên người dùng nên cân nhắc việc nâng cấp dung lượng RAM khổng lổ nói trên vì giá của chúng không hề rẻ. Ví dụ, để nâng cấp lên 96GB  DDR3 1333GHz cho workstation Dell Precision T7500 người dùng phải trả thêm 6720USD trong khi giá của workstation tiêu chuẩn với bộ nhớ 6GB DDR3 chỉ có 1849USD !

Một đặc điểm quan trọng nhưng ít người để ý đến là giá trị của những thanh RAM dành cho workstation không chỉ nằm ở dung lượng hay tốc độ mà còn ở tính năng ECC – Error Correcting Code. Nhờ tính năng này mà lỗi trong quá trình truyền tải dữ liệu có thể được khắc phục kịp thời để duy trì máy hoạt động liên tục, không bị treo hay xuất hiện lỗi màn hình xanh. Theo tài liệu do Intel công bố, ECC RAM có thể khắc phục đến 99.9998% lỗi liên quan đến bộ nhớ, giúp workstation hoạt động liên tục, ổn định trong thời gian dài.

Trong quá trình sử dụng workstation, một số người dùng có nhu cầu nâng cấp RAM để cải thiện hiệu suất làm việc của nó. Công việc này khá đơn giản tuy nhiên cần xem xét thật cẩn thận những thông số có liên quan như đặc tính kỹ thuật và dung lượng RAM hiện có, loại RAM được mainboard hỗ trợ, số khe cắm RAM trên mainboard, vị trí cắm RAM để đạt dung lượng và tốc độ như yêu cầu. Nếu cần RAM dung lượng lớn, tốt nhất là đặt hàng từ nhà sản xuất workstation vì những thanh RAM dung lượng lớn hơi khó tìm tại Việt Nam và nếu có, chưa chắc đã tương thích và hoạt động tốt với workstation hiện có.

Bảng 2 : Các dòng card đồ họa chuyên nghiệp của NVIDIA và AMD

Graphic card

Card đồ họa là một linh kiện rất quan trọng đối với các ứng dụng chạy trên workstation. Mức độ đòi hỏi sức mạnh đồ họa của các ứng dụng này có thể chia thành 4 cấp : Professional 2D, Entry 3D, Midrange 3D và High-end 3D và những giải pháp đồ họa chuyên nghiệp này được cung cấp bởi hai nhà sản xuất lớn là NVIDIA và AMD. Những năm trước NVIDIA có phần chiếm ưu thế hơn với dòng sản phẩm nổi tiếng Quadro nhưng gần đây, AMD cũng bắt đầu quay trở lại và tung ra một loạt sản phẩm FirePro mới cạnh tranh với NVIDIA trong cả bốn phân khúc. Tương quan các dòng sản phẩm của hai hãng cho trong bảng 2

Các card đồ họa chuyên nghiệp này mặc dù sử dụng chung GPU với các dòng card đồ họa phổ thông nhưng  trình điều khiển được viết khác hoàn toàn và được kiểm tra cũng như tối ưu hóa trên từng hệ thống đồ họa riêng biệt để mang lại hiệu quả cao nhất cho người sử dụng. Cũng chính vì điều này nên việc dùng những công cụ đánh giá hiệu suất card đồ họa phổ thông sẽ không thể phản ánh chính xác sức mạnh của những card màn hình chuyên nghiệp. Và tất nhiên, những dòng card màn hình phổ thông dù cao cấp cũng không thể cho ra kết quả như dòng card màn hình chuyên nghiệp đã làm. Người viết bài đã từng dùng workstation HP Z600 với card đồ họa NVIDIA Quadro 2000 để mô phỏng quá trình điền đầy khuôn của dòng nhựa lỏng bằng phần mềm Moldex3D. Kết quả khác biệt hoàn toàn so với khi dùng những card màn hình phổ thông. Với card NVIDIA Quadro 2000, hình ảnh dòng nhựa rất mịn và chảy liên tục đều đặn không hề bị giựt, đứt quãng. Điều này chưa hề làm được với những card màn hình phổ thông dù chúng cũng có thể tạo ra những hình ảnh nước chảy, lửa cháy hết sức mượt mà trong game.

Lựa chọn card đồ họa nào?

Để có câu trả lời chính xác, người dùng nên tham khảo cấu hình đề nghị của phần mềm vì có những phần mềm chỉ hoạt động tốt trên một số dòng card đồ họa nhất định. Ví dụ, dù có thể chạy trên cả 2 hệ thống dùng card đồ hoạ Quadro và FirePro nhưng phần mềm Cimatron chỉ hoạt động tốt nhất trên các dòng card Quadro mà thôi. Việc lựa chọn phân khúc nào cũng rất quan trọng vì giá của một card đồ họa cao cấp có thể lên đến 8000USD (mắc gấp nhiều lần một card đồ họa trung cấp). Theo kinh nghiệm của người viết bài, đa phần các công ty cơ khí tại Việt Nam dùng workstation để thiết kế sản phẩm, thiết kế khuôn và lập trình gia công CNC, ít có công việc nào đòi hỏi phải lắp ráp, mô phỏng chuyển động, phân tích CAE quá phức tạp nên chỉ cần đầu tư một card màn hình trung cấp là quá đủ. Điều quan trọng khi dùng card màn hình chuyên nghiệp là phải cấu hình nó đúng với phần mềm đang sử dụng và thường xuyên cập nhật driver mới nhất để sửa lỗi và tận dụng tối đa sức mạnh vốn có của nó.

Ổ cứng

Vì để phục vụ công việc nên hai yêu cầu cơ bản của ổ cứng trong workstation là truy xuất nhanh và lưu trữ an toàn. Hai yêu cầu này được đáp ứng bằng cách gắn từ hai ổ cứng trở lên và cấu hình RAID cho chúng. Tùy theo tính chất công việc, người dùng có thể cấu hình RAID 0 để tăng tốc truy xuất dữ liệu; cấu hình RAID 1 để tạo bản sao lưu dự phòng hoặc kết hợp cả hai (RAID 10) để có được cả hai ưu điểm nói trên. Những mainboard dành cho workstation đều tích hợp sẵn chipset hỗ trợ các kiểu RAID thông thường như RAID 0,1,10,5. Tuy nhiên nếu muốn nâng cao hiệu suất, người dùng có thể đầu tư thêm card RAID của những hãng khác như Adaptec.

Về chủng loại ổ cứng, hiện nay có 3 loại ổ cứng được dùng trong workstation. Loại đầu tiên là ổ cứng truyền thống chuẩn SATA có dung lượng lưu trữ lớn nhất, giá thành rẻ nhất nhưng tốc độ đọc ghi dữ liệu thấp nhất. Loại thứ hai là ổ cứng SAS (Serial Attached SCSI) có tốc độ nhanh hơn nhưng dung lượng lưu trữ thấp hơn loại đầu tiên. Cuối cùng là ổ cứng SSD (Solid State Drive) có tốc độ cao nhất nhưng dung lượng lưu trữ thấp nhất và giá thì cực kì cao. Để đạt hiệu năng cao nhất, người dùng có thể kết hợp ổ cứng SSD với ổ cứng SATA : dùng ổ SSD để cài đặt hệ điều hành và chạy ứng dụng, dùng ổ cứng SATA truyền thống để lưu trữ dữ liệu. Cuối cùng, cũng như RAM, nếu người dùng muốn nâng cấp ổ cứng, điều đầu tiên cần làm là kiểm tra khả năng hỗ trợ các loại ổ cứng của mainboard. Những thông số này dễ dàng tìm được trong các tài liệu đi kèm với workstation.

Bảng 3 : Một số loại ổ cứng dùng trong workstation

Màn hình

Đi kèm với các workstation thường là một màn hình LCD có kích thước từ 19” đến 24” ở dạng bình thường hoặc dạng wide screen với các chuẩn kết nối thường gặp như VGA/DVI/Display port. Nếu cần mở rộng không gian làm việc hoặc làm việc với nhiều phần mềm, người dùng có thể chọn mua thêm một màn hình thứ hai. Tất cả các card đồ họa chuyên nghiệp đều hỗ trợ xuất tín hiệu ra nhiều màn hình và giá của một màn hình LCD cũng không quá đắt so với toàn bộ chi phí đầu tư cho một workstation. Trước khi mua, người dùng cần xem lại số lượng cổng xuất tín hiệu trên card đồ họa và mua thêm adapter chuyển đổi nếu cần thiết.

Bàn phím và chuột

Không có yêu cầu đặc biệt cho hai thiết bị này. Hầu hết các ứng dụng CAD/CAM/CAE đều làm việc tốt với bàn phím bình thường và một con chuột 3 nút với nút cuộn (scroll) ở giữa.

Ngoài chuột truyền thống, người dùng có thể lựa chọn một thiết bị khác để nâng cao sự linh hoạt khi làm việc, đó là 3D Connexion. Ưu điểm nổi bật của thiết bị này là có thể vừa xoay vừa phóng to/thu nhỏ các đối tượng giúp người dùng quan sát chúng dễ dàng hơn. Giá của 3D Connexion khoảng 50USD – 300USD tùy tính năng và chất lượng.

Hình 6 : 3D Connexion

3. Lựa chọn Workstation

Hình 7 : Lựa chọn cấu hình workstation của HP

Mặc dù giá của workstation thấp hơn nhiều so với giá của máy móc, thiết bị và phần mềm ứng dụng nhưng sự hoạt động ổn định của workstation lại là tiền đề cho cả quá trình sản xuất của một doanh nghiệp. Chính vì vậy, để có được một workstation hoạt động với độ tin cậy cao đồng thời đạt được tỉ lệ hiệu năng/chi phí tốt nhất khi đầu tư, các doanh nghiệp nên xem xét cẩn thận một số yếu tố sau đây:

• Đối tượng làm việc của workstation. Tìm hiểu xem sẽ dùng workstation vào công việc nào và mức độ của công việc đó. Một workstation dùng cho thiết kế sản phẩm sẽ khác với một workstation dùng trong lập trình gia công hay phân tích kỹ thuật. Ngày nay, để lựa chọn cấu hình workstation  theo yêu cầu cũng khá đơn giản vì ngoài các workstation có sẵn, hai nhà sản xuất workstation phổ biến (dùng tại thị trường Việt Nam) là HP và Dell đều cho phép khách hàng lựa chọn các thành phần bên trong workstation phù hợp nhất với yêu cầu công việc của họ.
• Khả năng tương thích của phần mềm. Đây là một yếu tố rất quan trọng nhưng hay bị bỏ qua dẫn đến tình trạng lãng phí vì không phải phần mềm CAD/CAM/CAE nào cũng hỗ trợ tốt những nền tảng phần cứng và công nghệ mới nhất. Điều này thường xảy ra với những phần mềm quá chuyên biệt và có ít người dùng. Nếu những phần mềm này không cập nhật phiên bản mới để hỗ trợ công nghệ multicore và  HĐH 64bit thì việc đưa chúng vào một hệ thống sử dụng CPU quad core chạy HĐH 64bit sẽ vô cùng lãng phí vì những tài nguyên nói trên sẽ không bao giờ được khai thác triệt để.
• Ý kiến của những người đã dùng workstation. Dù đã chọn được một cấu hình workstation theo khuyến cáo của nhà sản xuất hay từ sự tư vấn của nhà phân phối workstation thì việc tham khảo thêm ý kiến của những người đã từng dùng qua workstation cho những công việc tương tự vẫn rất cần thiết bởi họ là người hiểu rõ về workstation nhất. Nên biết cấu hình do hãng sản xuất đề nghị chỉ mang tính chất tham khảo vì nó phục vụ một phạm vi công việc rất rộng còn những nhà phân phối workstation thì … hầu như chẳng bao giờ dùng đến workstation.
• Dịch vụ và bảo hành. Ngoài cấu hình cao và ổn định thì yếu tố khiến giá của workstation bị đẩy lên cao chính là dịch vụ và bảo hành. Vì vậy, các doanh nghiệp khi mua workstation nên tìm hiểu kỹ các vấn đề có liên quan như hỗ trợ kỹ thuật, khả năng tìm kiếm linh kiện thay thế,  thời gian chờ bảo hành, sửa chữa nếu xảy ra hỏng hóc… Việc ràng buộc đầy đủ các điều khoản này với nhà phân phối sẽ giúp doanh nghiệp hạn chế tối đa rủi ro trong suốt quá trình sử dụng workstation.

4. Giới thiệu một số dòng workstation phổ biến tại Việt Nam

HP có 4 dòng desktop workstation theo thứ tự từ phổ thông đến cao cấp gồm Z210, Z400, Z600, Z800 (2). Bảng dưới đây liệt kê cấu hình cơ bản và giá tham khảo của 4 dòng sản phẩm nói trên. Cấu hình cụ thế cũng như khả năng nâng cấp phần cứng, phần mềm cho từng workstation có thể tham khảo tại trang webhttp://www.hp.com/sbso/busproducts-workstations.html.

Bảng 4 : Cấu hình tiêu chuẩn của 4 dòng workstation HP

Dell có 5 dòng desktop workstation gồm T1600, T3500, T5500, R5500, T7500. Ở mỗi dòng, Dell chỉ đưa ra 4 hoặc 5 cấu hình tiêu chuẩn và cho phép người dùng nâng cấp các thiết bị phần cứng cũng như phần mềm dựa để đáp ứng tốt nhất yêu cầu của công việc. Mỗi tùy chọn đều được Dell cung cấp giá nên người dùng có thể nhanh chóng biết được tổng số tiền cần đầu tư của workstation mà mình đã lựa chọn. Thông tin chi tiết về những dòng workstation của Dell có thể tham khảo tại website http://www.dell.com/us/business/p/precision-desktops. Cấu hình cơ bản và khả năng nâng cấp các workstation của Dell được cho trong bảng 5

Bảng 5 : Khả năng cấu hình 5 dòng workstation Dell

Ngoài desktop workstation, cả HP và Dell đều cung cấp thêm dạng mobile workstation. Tuy cấu hình không thể so sánh những mẫu desktop workstation và khả năng nâng cấp cũng hạn chế nhưng mobile workstation lại có ưu điểm trong việc đạt được sự cân bằng của hai yếu tố hiệu năng và tính cơ động. Cấu hình và giá của một số mobile workstation của HP và Dell cho trong bảng 6

Bảng 6 : Một số mobile workstation của HP và Dell

(1) Chạy đồng thời 2 CPU
(2) HP vừa tung ra thêm 3 dòng workstation mới sử dụng CPU Intel Xeon E5-1600 và Xeon E5-2600 là Z420, Z620 và Z820
(3) Giá tham khảo trên website chính hãng

(theo: Hoàng Khương @ MES Lab.,)