三维图形工作站的性能评测标准与选购
时间：2009-06-01 23:48:00
来源：UltraLAB图形工作站方案网站
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作者：admin
机械工程和数字媒体制作（DCC）是应用三维图形工作站最多的行业之一，用户在选购工作站的时候，面对多种选择，应该如何采用合适的标准进行评测，是非常重要的，如果能参考合适的评测标准，将能选出优选的机型和比较经济的代价，本文就对工作站的评测标准做一简单的介绍并对如何选购做一定的讨论。
当我们拿到工作站生产厂商所提供的产品介绍资料时，除了阅读文字介绍以了解产品的功能特性和技术优势以外，最重要的就是技术指标（Specification）。通常出现在产品介绍上的技术指标有关于性能、硬件规范、物理尺寸、环境要求、电气规范、配置方法等等，这里我们只讨论用户首先关心的性能指标。
基本计算性能指标SPEC
目前最通用的是SPEC组织定义的SPEC指标。SPEC包括两组基准数学逻辑运算程序，一组用于测定系统的整数性能，称为SPECint，另一组用于测定浮点运算性能，称为SPECfp，这两个测定指标越高，则代表性能越好。
SPEC的指标是随着计算机硬件水平的提高和应用要求的改变而不断更新的，每隔几年都会公布新的基准测试程序，例如在1992年公布的称为SPEC92，利用SPEC92基准测试程序测定的系统性能就包括SPECint92和SPECfp92，目前最常用的是SPEC于1995公布的SPEC95基准测试程序，各大公司的传统工作站产品几乎都提供该指标，即都提供SPECint95和SPECfp95，而最近SPEC又公布了最新的SPEC2000基准测试程序。必须注意的是，在不同版本的SPEC指标之间不存在简单的换算关系，因而已知某系统的SPEC95性能并不能借此推算其SPEC2000性能。SPEC组织的网站http://www.spec.org上能查到大部分目前市场上主流机型的SPEC指标，也能获得SPEC公布的基准测试程序。
SPEC指标对于衡量系统的计算能力有一定的参考价值，对于机械设计MDA的用户而言，SPEC指标可用于评估系统运行一般CAD和CAE应用的能力，其中SPECfp的重要性稍高于SPECint。
另外，SPEC还有针对多CPU系统的两组测试程序，称为SPECrate，SPECrate用于衡量多处理器系统在整数处理和浮点处理方面的总体吞吐能力，这项指标对于MDA用户而言没有太大意义，因为多数MDA应用不具备利用多处理器的能力。例外的情况是，如果用户运行支持多CPU的多处理器版CAE应用，则SPECfp_rate有一定参考意义，而如果把系统用于网络文件服务器，则SPECint_rate有一些参考意义。
基本图形性能指标SPECviewperf
SPECopc是SPEC组织中负责开发的用于测试OpenGL图形系统性能的基准测试的工作小组，SPECopc开发了多种OpenGL图形性能测试标准，其中最为流行的是用于测试图形系统三维渲染性能的SPECviewperf。
SPECviewperf不是一个单一的测试程序，SPECviewperf测试包括了5组基准测试程序，并且也一直在更新，目前SPECviewperf 6.1.1的5组测试分别是：
Advanced Visualizer Viewset (AWadvs-03)
DesignReview Viewset (DRV-06)
Data Explorer (DX-05)
Lightscape Viewset (Light-03)
ProCDRS-02 Viewset
对于机械设计MDA的用户而言，这些测试分别代表不同的用途，所以对特定用户的参考意义也不相同，要特别注意。其中各组测试的内容和意义如下：
Awadvs-03：
来自于Alias/Wavefront中的一组测试，主要测试物体表面渲染，其中55％的测试是带有表面纹理的渲染，另有部分光顺渲染和线框绘制，该测试代表较典型的产品形体外观设计，对于用工作站进行工业造型设计的用户和DCC用户有一定参考价值，而对普通实体造型的用户没有什么参考价值。
DRV-06：
内容是以三维渲染方式多角度及移动视点观察一座钻井平台模型，模型中包括大量的管道、设备和建筑构件，主要测试系统的实时渲染性能，大部分渲染不包括纹理。这个测试对一般的MDA用户没有太大的意义。
DX-05：
来自于IBM的一套科学数据视算处理系统，主要内容是以图形方式表示管道内各处流动液体造成的压强，并包括了用户交互模拟过程。这套测试的数据量较小，对MDA用户没有太大意义。 #p#page_title#e#
Light-03：
来自Discreet Logic的高级三维场景模拟，其中利用了各种光源的组合，以及直射、散射、衰减、模糊阴影等等复杂光照效应，并且包括了后期利用光线追踪进行优化。这套测试主要测试图形系统处理复杂逼真景物的性能，对于进行三维数字媒体制作特别是三维动画制作的用户有一定参考价值，对只进行普通实体造型的机械设计用户参考意义不大。
ProCDRS-02：
来自于PTC公司的工业造型设计CDRS软件，主要内容是线框和着色渲染测试，其中包括一部分带纹理的着色，线框测试是在反走样方式下进行，使用三个光源。这个测试在条件上符合工业造型软件的要求，对于外观设计的用户有部分参考意义，对机械设计用户不适用，而对于DCC用户而言，ProCDRS-02过于简单，也没有什么参考价值。特别需要指出的是，CDRS曾是最流行的OpenGL性能测试，因而有部分厂商的产品针对该测试进行了特别优化，从而使该测试无法客观反映实际的图形性能。
总体上看，SPECviewperf的性能结果对于一般用户的参考意义需要具体分析，通常只有某些指标是有用的。总体看基本图形性能指标测试对于用户实际应用性能的参考意义不大。
其他基础性能指标
除了SPEC组织的基础性指标，另外还有一部分传统的常用指标：
Linpack：
线性方程组解算测试，主要测试系统的浮点性能，结果是每秒多少次浮点操作，例如600MFLOPS表示每秒可完成6亿次浮点操作。通常Linpack有100x100和1000x1000两种，其中100x100较常用，1000x1000测得的结果则接近峰值浮点性能。Linpack指标对于运用工作站和服务器进行科学计算的用户有一定的参考价值。
PLB （Picture Level Benchmark）
PLB基本图形测试，此测试可用于PHIGS、PEX和其他非OpenGL图形接口的系统性能测试，分为PLBwire（线框性能）和PLBsurf（曲面性能），该指标对于工程类三维图形应用的用户有一定参考价值。
综合系统性能指标Indy3D
Indy3D是EAI公司利用其三维动画软件Sence8开发的一套综合图形应用性能测试。Indy3D与基本图形性能测试SPECviewperf的主要区别是该测试是直接运行真正的三维图形应用软件而不是专用的测试程序，其结果更接近于真实的应用状况。并且，Indy3D具有分别针对机械CAD、三维动画、三维图形仿真等不同应用市场的基准测试，不仅有运行速度测试，也包括了图形质量检验，测试条件接近实际用户的典型环境，从而更适应专业图形工作站的性能评估，特别是在基于Intel处理器的Windows工作站的性能评估方面非常流行。
Indy3D的测试包括MCAD40、MCAD150、Animation、Simulation、Image Quality和Primitive等6组。
对于主要从事机械CAD的用户，MCAD150较有参考价值，MCAD150的测试模型包括15万个左右的多边形，而MCAD40的数据集对于专业的图形工作站太小，一般不作为主要参考工具。
对于专业从事三维动画设计和视算仿真的用户，Animation和Simulation指标有较实际的参考意义。
Image Quality用来测试系统对图形创建和显示的正确性和质量，往往有某些速度很快的系统在图形质量上不能达到一定的标准，Image Quality对此可以加以检验。
Indy3D作为一种综合性能测试，可以在一定程度上代表某一类型用户的应用环境和特点，所以比基础性的图形性能测试SPECviewperf更能代表实际的系统性能。
Indy3D的缺点是它仍然不能真正代表真正的应用性能，对于不同的应用，Indy3D的参考价值也不同，在硬件厂商中，也只有部分厂商公布其Indy3D结果。
应用性能基准测试指标SPECapc
对于最终用户而言，最有意义的其实就是在工作站上运行所使用的应用软件的性能，即直接衡量工作站在运行用户所选择的应用时的表现。为了能让用户能对不同厂商的硬件产品进行相互比较，SPEC组织依据目前市场上最广泛的应用设计了一些应用性能基准测试，目前可用的有SPECapc Pro/Engineer、SPECapc Unigraphics、SPECapc Solidworks等，并将不断推出新的应用基准测试。 #p#page_title#e#
应用性能基准测试SPECapc是根据典型用户对MDA或DCC应用的使用习惯，设计一套典型测试数据和操作，然后衡量硬件系统在运行这套典型测试数据和操作时的性能。
SPECapc的优点在于其本身就是实际运行应用软件，并且如果该应用就是用户选择的应用，其结果有很高的参考价值，所以SPECapc越来越为厂商和用户所重视。
SPECapc的缺点在于目前还没有包括所有的主流应用，如果用户的应用尚未包括在SPCapc中，则其他的SPECapc应用测试结果只有有限的参考价值，并且由于Pro/Engineer 和 Unigraphics 等应用软件经常升级，而SPEC组织对此无法控制，所以SPECapc的变动比较频繁，用户要注意不同厂商提供的SPECapc值是否出自同一版本，不同版本SPECapc的结果没有可比性。由于SPECapc变动频繁，许多厂商的硬件产品无法提供完整的SPECapc性能。
当前的SPECapc有三种，Pro/Engineer 2000i、SolidWorks99和Unigraphics V15。
服务器类指标
在工程技术类用户的环境中，部分工作站也常常用作文件服务器、数据库服务、Web服务器等非技术应用平台，另外随着工作站硬件能力的不断提高，工作站的I/O带宽和容量也在逼近中档服务器，可以作为专用服务器的替代方案。
以HP公司为例，其Visualize B系列、C系列和J系列Unix产品都已经被设计成具备服务器性能的多用途工作站。为了衡量其服务器性能，用户需要了解一些相关的性能指标。常用的性能指标有以下几种。
数据库服务器指标（OLTP）：TPC-C
Web服务器指标：SPECweb
网络文件服务器指标：SPECsfs
通常这些指标的提供是因厂商而异，某些厂商的产品因为产品定位不适合服务器应用可能完全不提供该类性能指标。
Java性能指标SPEC jvm98
对于需要经常运行Java应用的用户而言，SPECjvm98可以用来衡量硬件系统上运行Java虚拟机的性能，Java目前在工作站应用中正在变得越来越普及，不过目前只有小部分用户需要经常使用。
以上是对目前图形工作站评测的一些指标介绍，对于特定的用户，需要结合自身的应用要求选择最有价值的性能参数作为采购时的依据。
一般而言，首先应该考察与自己应用相同的应用性能指标，如SPECapc，其次，如果没有符合自己应用的SPECapc，则可以参考综合指标Indy3D，而SPECviewperf则可作为补充参考。而作为考察系统计算能力的SPECint和SPECfp则可以用来判断系统的综合计算能力。如果你采购工作站也要作为服务器用，应当再考察其服务器类指标。
不过，再多的性能基准测试也只能作为选择优选机型的参考条件之一，而决不是唯一的因素，其他因素如质量、软件商的支持程度、厂商的技术服务能力等等，都是考虑条件。
当我们拿到工作站生产厂商所提供的产品介绍资料时，除了阅读文字介绍以了解产品的功能特性和技术优势以外，最重要的就是技术指标（Specification）。通常出现在产品介绍上的技术指标有关于性能、硬件规范、物理尺寸、环境要求、电气规范、配置方法等等，这里我们只讨论用户首先关心的性能指标。
基本计算性能指标SPEC
目前最通用的是SPEC组织定义的SPEC指标。SPEC包括两组基准数学逻辑运算程序，一组用于测定系统的整数性能，称为SPECint，另一组用于测定浮点运算性能，称为SPECfp，这两个测定指标越高，则代表性能越好。
SPEC的指标是随着计算机硬件水平的提高和应用要求的改变而不断更新的，每隔几年都会公布新的基准测试程序，例如在1992年公布的称为SPEC92，利用SPEC92基准测试程序测定的系统性能就包括SPECint92和SPECfp92，目前最常用的是SPEC于1995公布的SPEC95基准测试程序，各大公司的传统工作站产品几乎都提供该指标，即都提供SPECint95和SPECfp95，而最近SPEC又公布了最新的SPEC2000基准测试程序。必须注意的是，在不同版本的SPEC指标之间不存在简单的换算关系，因而已知某系统的SPEC95性能并不能借此推算其SPEC2000性能。SPEC组织的网站http://www.spec.org上能查到大部分目前市场上主流机型的SPEC指标，也能获得SPEC公布的基准测试程序。
SPEC指标对于衡量系统的计算能力有一定的参考价值，对于机械设计MDA的用户而言，SPEC指标可用于评估系统运行一般CAD和CAE应用的能力，其中SPECfp的重要性稍高于SPECint。
另外，SPEC还有针对多CPU系统的两组测试程序，称为SPECrate，SPECrate用于衡量多处理器系统在整数处理和浮点处理方面的总体吞吐能力，这项指标对于MDA用户而言没有太大意义，因为多数MDA应用不具备利用多处理器的能力。例外的情况是，如果用户运行支持多CPU的多处理器版CAE应用，则SPECfp_rate有一定参考意义，而如果把系统用于网络文件服务器，则SPECint_rate有一些参考意义。
基本图形性能指标SPECviewperf
SPECopc是SPEC组织中负责开发的用于测试OpenGL图形系统性能的基准测试的工作小组，SPECopc开发了多种OpenGL图形性能测试标准，其中最为流行的是用于测试图形系统三维渲染性能的SPECviewperf。
SPECviewperf不是一个单一的测试程序，SPECviewperf测试包括了5组基准测试程序，并且也一直在更新，目前SPECviewperf 6.1.1的5组测试分别是：
Advanced Visualizer Viewset (AWadvs-03)
DesignReview Viewset (DRV-06)
Data Explorer (DX-05)
Lightscape Viewset (Light-03)
ProCDRS-02 Viewset
对于机械设计MDA的用户而言，这些测试分别代表不同的用途，所以对特定用户的参考意义也不相同，要特别注意。其中各组测试的内容和意义如下：
Awadvs-03：
来自于Alias/Wavefront中的一组测试，主要测试物体表面渲染，其中55％的测试是带有表面纹理的渲染，另有部分光顺渲染和线框绘制，该测试代表较典型的产品形体外观设计，对于用工作站进行工业造型设计的用户和DCC用户有一定参考价值，而对普通实体造型的用户没有什么参考价值。
DRV-06：
内容是以三维渲染方式多角度及移动视点观察一座钻井平台模型，模型中包括大量的管道、设备和建筑构件，主要测试系统的实时渲染性能，大部分渲染不包括纹理。这个测试对一般的MDA用户没有太大的意义。
DX-05：
来自于IBM的一套科学数据视算处理系统，主要内容是以图形方式表示管道内各处流动液体造成的压强，并包括了用户交互模拟过程。这套测试的数据量较小，对MDA用户没有太大意义。 #p#page_title#e#
Light-03：
来自Discreet Logic的高级三维场景模拟，其中利用了各种光源的组合，以及直射、散射、衰减、模糊阴影等等复杂光照效应，并且包括了后期利用光线追踪进行优化。这套测试主要测试图形系统处理复杂逼真景物的性能，对于进行三维数字媒体制作特别是三维动画制作的用户有一定参考价值，对只进行普通实体造型的机械设计用户参考意义不大。
ProCDRS-02：
来自于PTC公司的工业造型设计CDRS软件，主要内容是线框和着色渲染测试，其中包括一部分带纹理的着色，线框测试是在反走样方式下进行，使用三个光源。这个测试在条件上符合工业造型软件的要求，对于外观设计的用户有部分参考意义，对机械设计用户不适用，而对于DCC用户而言，ProCDRS-02过于简单，也没有什么参考价值。特别需要指出的是，CDRS曾是最流行的OpenGL性能测试，因而有部分厂商的产品针对该测试进行了特别优化，从而使该测试无法客观反映实际的图形性能。
总体上看，SPECviewperf的性能结果对于一般用户的参考意义需要具体分析，通常只有某些指标是有用的。总体看基本图形性能指标测试对于用户实际应用性能的参考意义不大。
其他基础性能指标
除了SPEC组织的基础性指标，另外还有一部分传统的常用指标：
Linpack：
线性方程组解算测试，主要测试系统的浮点性能，结果是每秒多少次浮点操作，例如600MFLOPS表示每秒可完成6亿次浮点操作。通常Linpack有100x100和1000x1000两种，其中100x100较常用，1000x1000测得的结果则接近峰值浮点性能。Linpack指标对于运用工作站和服务器进行科学计算的用户有一定的参考价值。
PLB （Picture Level Benchmark）
PLB基本图形测试，此测试可用于PHIGS、PEX和其他非OpenGL图形接口的系统性能测试，分为PLBwire（线框性能）和PLBsurf（曲面性能），该指标对于工程类三维图形应用的用户有一定参考价值。
综合系统性能指标Indy3D
Indy3D是EAI公司利用其三维动画软件Sence8开发的一套综合图形应用性能测试。Indy3D与基本图形性能测试SPECviewperf的主要区别是该测试是直接运行真正的三维图形应用软件而不是专用的测试程序，其结果更接近于真实的应用状况。并且，Indy3D具有分别针对机械CAD、三维动画、三维图形仿真等不同应用市场的基准测试，不仅有运行速度测试，也包括了图形质量检验，测试条件接近实际用户的典型环境，从而更适应专业图形工作站的性能评估，特别是在基于Intel处理器的Windows工作站的性能评估方面非常流行。
Indy3D的测试包括MCAD40、MCAD150、Animation、Simulation、Image Quality和Primitive等6组。
对于主要从事机械CAD的用户，MCAD150较有参考价值，MCAD150的测试模型包括15万个左右的多边形，而MCAD40的数据集对于专业的图形工作站太小，一般不作为主要参考工具。
对于专业从事三维动画设计和视算仿真的用户，Animation和Simulation指标有较实际的参考意义。
Image Quality用来测试系统对图形创建和显示的正确性和质量，往往有某些速度很快的系统在图形质量上不能达到一定的标准，Image Quality对此可以加以检验。
Indy3D作为一种综合性能测试，可以在一定程度上代表某一类型用户的应用环境和特点，所以比基础性的图形性能测试SPECviewperf更能代表实际的系统性能。
Indy3D的缺点是它仍然不能真正代表真正的应用性能，对于不同的应用，Indy3D的参考价值也不同，在硬件厂商中，也只有部分厂商公布其Indy3D结果。
应用性能基准测试指标SPECapc
对于最终用户而言，最有意义的其实就是在工作站上运行所使用的应用软件的性能，即直接衡量工作站在运行用户所选择的应用时的表现。为了能让用户能对不同厂商的硬件产品进行相互比较，SPEC组织依据目前市场上最广泛的应用设计了一些应用性能基准测试，目前可用的有SPECapc Pro/Engineer、SPECapc Unigraphics、SPECapc Solidworks等，并将不断推出新的应用基准测试。 #p#page_title#e#
应用性能基准测试SPECapc是根据典型用户对MDA或DCC应用的使用习惯，设计一套典型测试数据和操作，然后衡量硬件系统在运行这套典型测试数据和操作时的性能。
SPECapc的优点在于其本身就是实际运行应用软件，并且如果该应用就是用户选择的应用，其结果有很高的参考价值，所以SPECapc越来越为厂商和用户所重视。
SPECapc的缺点在于目前还没有包括所有的主流应用，如果用户的应用尚未包括在SPCapc中，则其他的SPECapc应用测试结果只有有限的参考价值，并且由于Pro/Engineer 和 Unigraphics 等应用软件经常升级，而SPEC组织对此无法控制，所以SPECapc的变动比较频繁，用户要注意不同厂商提供的SPECapc值是否出自同一版本，不同版本SPECapc的结果没有可比性。由于SPECapc变动频繁，许多厂商的硬件产品无法提供完整的SPECapc性能。
当前的SPECapc有三种，Pro/Engineer 2000i、SolidWorks99和Unigraphics V15。
服务器类指标
在工程技术类用户的环境中，部分工作站也常常用作文件服务器、数据库服务、Web服务器等非技术应用平台，另外随着工作站硬件能力的不断提高，工作站的I/O带宽和容量也在逼近中档服务器，可以作为专用服务器的替代方案。
以HP公司为例，其Visualize B系列、C系列和J系列Unix产品都已经被设计成具备服务器性能的多用途工作站。为了衡量其服务器性能，用户需要了解一些相关的性能指标。常用的性能指标有以下几种。
数据库服务器指标（OLTP）：TPC-C
Web服务器指标：SPECweb
网络文件服务器指标：SPECsfs
通常这些指标的提供是因厂商而异，某些厂商的产品因为产品定位不适合服务器应用可能完全不提供该类性能指标。
Java性能指标SPEC jvm98
对于需要经常运行Java应用的用户而言，SPECjvm98可以用来衡量硬件系统上运行Java虚拟机的性能，Java目前在工作站应用中正在变得越来越普及，不过目前只有小部分用户需要经常使用。
以上是对目前图形工作站评测的一些指标介绍，对于特定的用户，需要结合自身的应用要求选择最有价值的性能参数作为采购时的依据。
一般而言，首先应该考察与自己应用相同的应用性能指标，如SPECapc，其次，如果没有符合自己应用的SPECapc，则可以参考综合指标Indy3D，而SPECviewperf则可作为补充参考。而作为考察系统计算能力的SPECint和SPECfp则可以用来判断系统的综合计算能力。如果你采购工作站也要作为服务器用，应当再考察其服务器类指标。
不过，再多的性能基准测试也只能作为选择优选机型的参考条件之一，而决不是唯一的因素，其他因素如质量、软件商的支持程度、厂商的技术服务能力等等，都是考虑条件。
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