ワークステーション

ワークステーションは、技術的または科学的アプリケーション用に設計された特別なコンピュータです。^[2]主に単一のユーザーによって使用されることを目的としており、^[2]通常は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まですべてを指すために緩く使用されていますが、最も一般的な形式は、1990年代後半の3Dコンピュータグラフィックス革命を推進したSun Microsystems、^[3] Silicon Graphics、Apollo Computer、^[4] DEC、HP、NeXT、IBMなどの現在および消滅した企業によって提供されたハードウェアクラスを指します。^[5]

ワークステーションは、以前は、特にCPU、グラフィックス、メモリ、マルチタスクにおいて、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ていました。ワークステーションは、3D 機械設計、数値流体力学などのエンジニアリングシミュレーション、アニメーション、ビデオ編集、画像編集、医療用画像処理、画像レンダリング、計算科学、数学的プロットの生成、ソフトウェア開発など、さまざまな種類の複雑なデータの視覚化と操作に最適化されています。通常、フォームファクタはデスクトップコンピュータのものであり、少なくとも高解像度のディスプレイ、キーボード、マウスで構成されますが、オブジェクトを操作したりシーンをナビゲートしたりするために、複数のディスプレイ、グラフィックスタブレット、3Dマウスも提供されます。ワークステーションは、高度なアクセサリやビデオ会議などのコラボレーションツールを発表したコンピュータ市場の最初のセグメントでした^[6]。^[5]

1990年代後半以降、主流のPCの性能が向上したことにより、PCとワークステーションの区別は薄れてきました。^[7] 1980年代の典型的なワークステーションは、標準化されたPCと明確に区​​別するために、高価な独自のハードウェアとオペレーティングシステムを搭載していました。1990年代から2000年代にかけて、IBMのRS/6000とIntelliStationには、 AIXを実行するRISCベースのPOWER CPUが搭載され、IBM PCシリーズとAptivaの企業向けおよび消費者向けPCにはIntel x86 CPUが搭載されました。しかし、2000年代初頭までに、この違いはほぼなくなりました。ワークステーションは、 WindowsやLinuxを実行するx86-64システムを販売するDell、Hewlett-Packard、Fujitsu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ためです。

ワークステーションは、最初のパーソナルコンピュータ（PC）よりも古いものです。^[8]ワークステーションとみなされる最初のコンピュータは、コンソールの前に座った1人の人間が対話的に使用できるように設計された小型の科学コンピュータであるIBM 1620です。 ^[9]これは1959年に発表されました。 ^[10]このマシンの奇妙な特徴の1つは、算術回路がまったくないことです。^[11]加算を実行するには、メモリ常駐の10進加算規則のテーブルが必要です。^[12]これにより論理回路のコストが削減され、IBMはそれを安価に作ることができました。このマシンはCADETというコードネームで呼ばれ、当初は月額1000ドルでレンタルされていました。

1965年、IBM 1130科学計算機が1620の後継機となった。これらのシステムは両方ともFortranやその他の言語を実行できる。^[13]これらはコンソールタイプライターとともに、ほぼデスクサイズのキャビネットに組み込まれている。オプションでディスクドライブ、プリンター、紙テープとパンチカードの両方のI/Oを追加できる。

初期のワークステーションは、一般的に専用のミニコンピュータ、つまり1人のユーザー専用のマルチユーザーシステムでした。^[8]たとえば、Digital Equipment CorporationのPDP-8は、最初の商用ミニコンピュータと見なされています。^[14]

ワークステーションは歴史的に見て、現代の PC よりも進んでおり、より強力な CPU アーキテクチャ、初期のネットワーク、より高度なグラフィックス、より多くのメモリ、Unix などの洗練されたオペレーティングシステムによるマルチタスクなどを備えています。ミニコンピュータの伝統があるため、ワークステーションは最初から PC のゲームやテキストエディタとは対照的に、CAD やグラフィックデザインなどの専門的で高価なソフトウェアを実行してきました。^{[8] 1970 年代初頭に}MITで開発されたLispマシンは、インタラクティブな使用を目的とした高性能でネットワーク化されたシングルユーザーシステムとして、ワークステーションのいくつかの原理を先駆けて導入しました。Lisp マシンは、1980 年以降、Symbolics、Lisp Machines、Texas Instruments ( TI Explorer )、Xerox ( Interlisp-Dワークステーション) などの企業によって商品化されました。高解像度のグラフィックスを備え、単一ユーザー向けに設計された最初のコンピュータ（つまり現代的な意味でのワークステーション）は、1973年にゼロックスPARCで開発されたAltoです。 ^{[15]その他の初期のワークステーションには、} Terak 8510/a（1977年）、^[16] Three Rivers PERQ（1979年）、および後のXerox Star （1981年）があります。

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登場により、アポロコンピュータやサンマイクロシステムズなど、 68000とUnixをベースにしたワークステーションを開発した新しい競合企業が登場した。 [ ^{17 ] [18] [19]}一方、DARPAのVLSIプロジェクトでは、シリコングラフィックス3130など、いくつかのスピンオフグラフィックス製品が開発された。ターゲット市場は差別化され、サンとアポロはネットワークワークステーション、SGIはグラフィックスワークステーションとみなされた。RISC CPUは1980年代半ばに増加し、ワークステーションベンダーに典型的であった。^{[20] RISCベンダー間の競争により、CPUの価格は1MIPSあたりわずか10ドルにまで下がり、} Intel 80386よりもはるかに安価になった。^[21] 1987年と1988年に大幅な値下げが行われた後、2D CADに適したパーソナルワークステーションが複数のベンダーから5,000ドル（2023年には12,000ドルに相当）から25,000ドル（2023年には61,000ドルに相当）で販売されました。3Dグラフィックスが可能なミッドレンジモデルの価格は35,000ドル（2023年には86,000ドルに相当）から60,000ドル（2023年には147,000ドルに相当）で、ミニコンピュータと重複するハイエンドモデルの価格は80,000ドル（2023年には197,000ドルに相当）から100,000ドル（2023年には246,000ドルに相当）以上です。^[22]

その頃までに、12,000ドル（2023年には29,000ドルに相当）の「パーソナルワークステーション」は、 Macintosh IIやIBM PS/2 Model 80のようなハイエンドPC 、ローエンドワークステーション、またはNeXT Computerのようなハイブリッドデバイスであり、すべて同様の重複した仕様を持っている可能性があります。^{[8] PCとワークステーションの1つの違いは、後者は}PHIGSやX Windowのようなグラフィックス標準をサポートするグラフィックアクセラレータを持っている可能性がはるかに高いのに対し、前者は通常ソフトウェアレンダリングまたは独自のアクセラレータに依存していたことです。コンピュータアニメーション業界のニーズは通常、グラフィック技術の改善をもたらし、後にCADでも同じ改善が使用されました。^[22] BYTEは1989年に「まもなく、従来のワークステーションとPCを区別できる唯一の方法は、それらが実行するオペレーティングシステムになります」と予測し、前者はUnixを実行し、後者はOS/2、クラシックMac OS、および/またはUnixを実行します。当時のワークステーションの多くは、Lotus 1-2-3やMicrosoft Wordなど、ますます人気が高まり強力なPCソフトウェアを実行するための何らかの方法を備えていました。^[8]この雑誌はその年、市販のローエンドワークステーションに匹敵する仕様のワークステーションを、市販の部品を使って個人で構築できることを実証しました。^[23]

ワークステーションには、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、高性能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、^[24]大容量のRAM、適切に設計された冷却装置が搭載されていることが多い。さらに、製品を製造する企業は、包括的な修理/交換プランを用意している傾向がある。しかし、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、「既製の」 PC コンポーネントとグラフィックス ソリューションを採用するようになった。一部の「低コスト」ワークステーションは、PC の標準からするとまだ高価であるが、同じベンダーが製造したハイエンドのワークステーションやサーバーとのバイナリ互換性を備えている。これにより、ソフトウェア開発を低コスト (サーバーに比べて) のデスクトップ マシンで行うことができる。

ワークステーションは、性能よりも価格をできるだけ低く抑えるよう多様化しており、シンクライアントまたはネットワークコンピュータと呼ばれています。ネットワークとサーバーに依存するため、マシンにはハードドライブがなく、CPU、キーボード、マウス、画面のみになります。一部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、リモートサーバー上にストレージを置いてローカルで計算を実行します。^[25]これらは、ユーザーごとに必要な管理量を減らすことで、システムの初期購入コストと総所有コストを削減することを目的としています。 ^[26]

このアプローチは、 3Comの3Stationで、オフィス生産性アプリケーションにおけるPCの代替として最初に試みられました。1990年代には、X端末が技術コンピューティングで同様の役割を果たしました。Sunのシンクライアントには、 Sun Ray製品ラインが含まれます。 ^[27]しかし、ITスタッフ向けのリモート管理ツールが利用可能になったため、従来のワークステーションとPCは価格と複雑さが低下し続け、この市場を圧迫しました。

1980年代初期の3つのMを備えたハイエンドワークステーション、または「3Mコンピュータ」（CMUのRaj Reddyと彼の同僚による造語）は、1メガバイトのRAM、1メガピクセルディスプレイ（約1000×1000ピクセル）、および1メガフロップスの計算性能（少なくとも1秒あたり100万回の浮動小数点演算）を備えています。^[28] RFC 782は、ワークステーション環境をより一般的に「単一のユーザー専用のハードウェアとソフトウェア」と定義し、追加の共有リソースを提供します。これは、当時のパーソナルコンピュータの容量を少なくとも1桁超えています。1981年のオリジナルのIBMパーソナルコンピュータは、 16KBのメモリ、テキストのみのディスプレイ、および約100万回の浮動小数点演算性能を備えています。1kFLOPS （​オプションの 8087 数値演算コプロセッサを使用すると30 kFLOPS になります。一般的なパーソナル コンピュータを超えるその他の機能には、ネットワーク、グラフィックス アクセラレーション、高速内部および周辺データ バスなどがあります。

もう 1 つの目標は、価格を 1 メガペニー、つまり1 万ドル(2023 年には 2 万 8 千ドルに相当) 未満にすることでしたが、これは 1980 年代後半に達成されました。1990 年代前半から中頃にかけて、多くのワークステーションの価格は1 万 5 千ドルから10 万ドル(2023 年には 20 万ドルに相当) 以上でした。

これらの技術が主流のPCに広く採用されたことは、ワークステーションが独立した市場セグメントとして衰退する直接的な要因となった。^[29]

• 信頼性の高いコンポーネント
• 1990 年代半ばから後半にかけて、コンピュータ支援設計(CAD) やコンピュータ生成画像(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は、主にコンピュータ ゲームによって PC 市場で人気が高まり、 Nvidiaの NV10 や画期的なGeForce 256などの最初の公式 GPU が誕生しました。
• 高性能CPU : 1980年代初頭の最初のRISCは、同等のコストのCISCプロセッサに比べて、およそ1桁の性能向上を実現しました。Intelのx86 CISCファミリは、常に市場シェアとそれが意味する規模の経済で優位に立っていました。1990年代半ばまでに、 Motorola 68040やIntelの80486やPentiumなどの一部のCISCプロセッサは、整数性能(チップの複雑さは増すが)やハードウェア浮動小数点計算など、一部の領域でRISCと同等の性能を実現し、RISCはさらにハイエンドの市場に追いやられました。^[30]
• 浮動小数点演算のハードウェア サポート: オリジナルの IBM PC ではオプションでしたが、80486DXプロセッサまでは Intel システムでは別のチップに残っていました。それでも、x86 の浮動小数点パフォーマンスは、アーキテクチャの制限により他のプロセッサより遅れていました。今日では、低価格の PC でもギガフロップス レベルのパフォーマンスを実現しています。
• 高性能/大容量データ 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 IBM PC で使用できるようになりましたが、比較的高価で、PC のISA周辺機器バスの速度によって制限される傾向がありました。SCSI は、マルチタスクとデイジー チェーンに適した高度なコントローラ インターフェイスです。このため、サーバーでの使用に適しています。主にシングル 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 に対する利点は明確ではありませんが、1980 年代から 1990 年代の Macintosh では標準となっています。シリアル ATAはより新しいもので、スループットは SCSI に匹敵しますが、コストは低くなります。
• 高速ネットワーク(10 Mbit/s 以上): 1990 年代初頭には、10 Mbit/s のネットワーク インターフェイスが PC で一般的に利用できるようになりましたが、その頃にはワークステーションはさらに高速なネットワーク速度を追求し、100 Mbit/s、1 Gbit/s、10 Gbit/s へと移行していました。しかし、規模の経済性と、非技術的な領域でも高速ネットワークの需要が高まったため、新しいネットワーク テクノロジが一般的な価格に達するまでの時間は大幅に短縮されました。
• グラフィックスや CAD 作業に適した高解像度、高リフレッシュ レートの大型ディスプレイ (17 ～ 21 インチ)。1980 年代後半から 1990 年代前半の PC では珍しかったが、1990 年代後半には PC で一般的になりました。
• 大容量メモリ構成: PC (IBM クローンなど) は、1982 年に80286プロセッサが導入されるまで、当初は 640 KB の RAM に制限されていました。初期のワークステーションには数メガバイトのメモリがありました。IBM クローンでは、80386 までは 640 KB を超えるアドレスを指定するために特別なプログラミング技術が必要でしたが、SPARCなどの他の 32 ビット プロセッサでは、4 GB 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が、このテクノロジは 2000 年代半ばに PC デスクトップとサーバー市場に登場し始めました。
• オペレーティング システム: 初期のワークステーションでは、Unixオペレーティング システム (OS)、Unix に似た変種、またはVMSなどの無関係な同等の OS が実行されていました。当時の PC CPU はメモリ容量とメモリ アクセス保護に制限があり、これほど高度な OS を実行するには適していませんでした。しかし、1980 年代後半には、ページMMUを統合した32 ビット 80386を搭載した PC が広く手頃な価格になり、OS/2、Windows NT 3.1、BSDおよびLinuxに基づく Unix に似たシステムを一般的な PC ハードウェアで実行できるようになると、この状況も変わり始めました。
• 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、ハードウェアの設計と、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の保守の両方を行います。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、安定性と信頼性のある準拠ハードウェア ドライバーを作成することが求められます。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、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確保することができ、これにより、一般的に信頼性と安定性が大幅に向上したマシンが実現します。

1990 年代後半以降、ワークステーション市場と消費者市場は、さらに融合しました。多くのローエンド ワークステーション コンポーネントは、現在では消費者市場と同じであり、価格差は縮小しました。たとえば、ほとんどのMacintosh Quadraコンピュータは、もともと科学研究や設計作業を目的としており、すべてMotorola 68040 CPU を搭載しており、 68000 Macintoshと下位互換性があります。消費者向けMacintosh IIcxおよびMacintosh IIciモデルは、 Quadra 700にアップグレードできます。「多くの専門家が Silicon Graphics ワークステーションを好んでいた時代に、Quadra 700 は、わずかなコストで魅力的な選択肢でした」。Infini -Dなどのリソース集約型ソフトウェアにより、「スタジオ品質の 3D レンダリングとアニメーションを自宅のデスクトップに」実現できたからです。Quadra 700 はA/UX 3.0を実行できるため、 Unixワークステーションになります。^[31]もう1つの例は、 Nvidia GeForce 256コンシューマーグラフィックスカードです。このカードからQuadroワークステーションカードが生まれました。Quadroワークステーションカードは同じGPUを搭載していますが、CADアプリケーション用のドライバーサポートと認証が異なり、価格もはるかに高くなっています。

ワークステーションは、一般的に CPU 技術の進歩を牽引してきました。すべてのコンピューターは、マルチプロセッサおよびマルチコア設計 (基本的に、ダイ上に複数のプロセッサ)の恩恵を受けています。マルチコア設計は、IBM のPOWER4によって開拓されました。POWER4 と Intel Xeon には、複数の CPU、より多くのオンダイ キャッシュ、および ECC メモリが搭載されています。

一部のワークステーションは、AutoCAD、Avid Xpress Studio HD、3D Studio Maxなどの特定のアプリケーションのみで使用するように設計または認定されています。認定プロセスにより、ワークステーションの価格が上昇します。

現代のワークステーションは、通常、ビデオ編集、3Dモデリング、コンピュータ支援設計、レンダリングなどのソフトウェアプログラムで高性能コンピューティングを実行するためにAMDまたはNVIDIA GPUを搭載したデスクトップコンピュータです。^[32]

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。

• ヒューレット・パッカードは2008年1月に最後のHP 9000 PA-RISCベースのデスクトップ製品を市場から撤退させた^。[33]
• IBMは2009年1月2日にIntelliStation POWERの製造を終了した。 ^[34]
• SGIは2006年12月にMIPSベースのSGI FuelおよびSGI Tezroワークステーションの一般提供を終了しました^。[35]
• サン・マイクロシステムズは2008年10月に最後のSun Ultra SPARCワークステーションのサポート終了を発表しました。^[36]

2018年初頭、RISCワークステーションは、ラプターコンピューティングシステムによってIBM POWER9ベースのシステムシリーズに再導入されました。 ^{[37] [38]} 2024年10月、System 76は、自動運転車業界向けのArmワークステーションであるThelio Astraを導入します。^[39]

現在のワークステーション市場のほとんどはx86-64マイクロプロセッサを使用しています。オペレーティングシステムには、Windows、FreeBSD、Linuxディストリビューション、macOS、Solarisなどがあります。^[40]一部のベンダーは、コモディティの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には次の 3 つの種類があります。

1. ワークステーションブレードシステム（IBM HC10またはHewlett-Packard xw460c。Sun Visualization Systemはこれらのソリューションに類似している）^[41]
2. 超ハイエンドワークステーション ( SGI Virtu VS3xx)
3. 高性能 RAM を搭載した大型サーバークラスのマザーボードにサーバークラスの CPU とチップセットを搭載したデスクサイド システム ( HP Z シリーズ ワークステーションおよび富士通 CELSIUSワークステーション)

ハイエンドデスクトップ市場セグメントには、ワークステーション、PCオペレーティングシステム、コンポーネントが含まれます。コンポーネント製品ラインは、機能的には消費者向けモデルと同様ですが、より高い堅牢性やパフォーマンスを備えたプレミアムコンポーネントに細分化される場合があります。^[42]

ワークステーション クラスの PC には、次のような機能が備わっている場合があります。

• DIMMスロットまたはレジスタード（バッファリング）モジュールを使用するメモリソケットの数の増加^[43]
• 複数のディスプレイ^[43]
• 信頼性の高い高性能グラフィックカード^[43]
• 複数のプロセッサソケット、強力なCPU ^[43]
• 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^[43]
• ECCメモリのサポート^[43]
• M.2 ^[44]またはPCI-E NVMe ^[45] SSD

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