スイスのCERNでティム・バーナーズ＝リーがワールド・ワイド・ウェブを構築したのと同じタイプのNeXTcubeワークステーション[1]

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、あらゆるもの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サンマイクロシステムズ、[3]シリコングラフィックス、アポロコンピュータ、[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かつて、特に処理、グラフィックス、メモリ、マルチタスクの点で、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仕様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工学シミュレーション、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、少なくとも高解像度ディスプレイ、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の機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は、 AIXを実行するRISCベースのPOWER CPUを搭載していましたが、企業向けIBM PCシリーズと消費者向けAptiva PCはIntel x86 CPUを搭載し、通常はMicrosoft Windowsを実行していました。しかし、2000年代初頭までに、ワークステーションはDell、HP Inc.、富士通などの大手PCベンダーがWindowsまたはLinuxを実行するx86-64システムを販売する、高度にコモディティ化されたハードウェアを使用しているため、この違いはほぼ消滅しました。

歴史

初期のゼロックスワークステーション
HP-UX 9とVisual User Environment（VUE）を実行するHP 9000モデル425ワークステーション
HP-UXとCommon Desktop Environment（CDE）を実行するHP 9000モデル735

起源と発展

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）よりも古い歴史を持つ。[8]ワークステーションと呼べる最初のコンピュータはIBM 1620である。これは、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科学コンピュータである。[9]これは1959年に発表された。 [10]このマシンの特徴の一つは、算術回路が全くないことである。[11]加算を実行するには、メモリ上に常駐する10進加算規則のテーブルが必要である。[12]これにより論理回路のコストが削減され、IBMはこれを安価に製造することができた。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た。

1965年、IBM 1130科学計算機が1620の後継機となりました。これらのシステムはどちらもFortranなどの言語を実行できます。[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ます。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を追加できます。

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]例えば、Digital Equipment Corporation （DEC）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 などの高度なオペレーティング 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 エディタではなく、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導しました。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。高解像度グラフィックス（つまり現代的な意味でのワークステーション）を備えた、シングルユーザー向けに設計された最初のコンピュータは、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）、そして後のXerox Star（1981年）などがあります。

1980年代の人気の高まり

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出現により、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する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。対象市場は差別化され、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。1980年代半ばには、ワークステーションベンダーに典型的なRISC CPUが増加した。 [20] RISCベンダー間の競争により、CPUの価格は1MIPSあたり10ドルまで下がり、 Intel 80386よりもはるかに安価になった。[21] 1987年と1988年の大幅な値下げ後、2D CADに適したパーソナルワークステーションは、複数のベンダーから5,000ドル（2024年には13,000ドルに相当）から25,000ドル（2024年には63,000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は35,000ドル（2024年には89,000ドルに相当）から60,000ドル（2024年には152,000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は80,000ドル（2024年には203,000ドルに相当）から100,000ドル（2024年には254,000ドルに相当）以上でした。[22]

1989年のInfoWorld誌は、サンを「ワークステーション分野における揺るぎないリーダー」と評した。サンとヒューレット・パッカードなどのRISCワークステーションベンダーは、より高い価格性能比でDECやデータ・ゼネラルといった従来のミニコンピュータメーカーから顧客を奪い取ることに成功し、各社にその年に独自のワークステーションをリリースさせた。 [23]当時、 1万2000ドル（2024年には3万ドルに相当）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、あるいはNeXT Computerのようなハイブリッドデバイスなど、いずれも似たような、あるいは重複する仕様を持つものであった。 [8] PCとワークステーションの違いの一つは、後者はPHIGSやX Windowのようなグラフィック標準をサポートするグラフィックアクセラレータを搭載し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や独自のアクセラレータに依存していたことである。コンピュータアニメーション業界のニーズは、グラフィック技術の進歩を促し、後にCADにも同様の進歩がもたらされました。 [22] BYTE誌は1989年に、「近い将来、従来のワークステーションとPCを区別する唯一の方法は、オペレーティングシステムの違いになるだろう」と予測しました。前者はUnix、後者はOS/2、クラシックMac OS、そして/またはUnixです。当時までに多くのワークステーションは、 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手段を備えていました。 [8]同誌は同年、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示しました。 [24]

IBMがRS/6000を発表した1990年までに、ワークステーションはPC市場で最も急速に成長するセグメントとなっていました。[25]競争の激化により価格が急落したため、ガートナー・グループはその年のUnix RISCシステムの減価償却率を通常の2倍となる年間45%以上と推奨しました。[26]ワークステーションは、 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、ハイエンド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、[27]大容量RAM、そして優れた設計の冷却装置を備えていることが多かったです。さらに、製品メーカーは包括的な修理・交換プランを用意している傾向があります。しかし、ワークステーションとPCの区別が薄れていくにつれ、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コンポーネントやグラフィックス・ソリューションを採用するようになりました。一部の「低価格」ワークステーションは、PCの基準からすると依然として高価ですが、同じベンダーのハイエンド・ワークステーションやサーバーとのバイナリ互換性を提供しています。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ます。

シンクライアント

パフォーマンスではなく、可能な限り低価格に多様化されたワークステーションは、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ます。ネットワークとサーバーに依存するため、マシンはハードドライブを持たず、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のストレージを使用してローカルで計算を実行します。[28]これらは、ユーザーごとに必要な管理量を削減することにより、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。 [29]

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の代替として初めて試みられました。1990年代には、X端末が技術計算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。[30]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るにつれて、従来のワークステーションとPCの価格と複雑さは低下し続け、この市場を圧迫しました

3Mコンピュータ

1990年のNeXTstationグラフィックワークステーション
Sony NEWSワークステーション：25MHzの68030 ×2、1280×1024ピクセル、256色ディスプレイ
SGI Indyグラフィックス・ワークステーション
SGI O2グラフィックス・ワークステーション
HP-UX 11i（CDE搭載）搭載のHP C8000ワークステーション
ワークステーション6台：HP Z620×4台、HP Z820×1台、HP Z420×1台

1980年代初頭の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）、1メガFLOPSの計算性能（1秒あたり少なくとも100万回の浮動小数点演算）を備えていました。[31] RFC 782では、ワークステーション環境をより一般的に「単一ユーザーにサービスを提供する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能力を少なくとも1桁超えるものです。1981年に発売されたオリジナルのIBMパーソナルコンピュータは、16KBのメモリ、テキスト専用ディスプレイ、約1kFLOPS（オプションの8087数値演算コプロセッサを使用すると30kFLOPS）の浮動小数点性能を備えています。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メガペニー以下、つまり1万ドル（2024年には29,000ドルに相当）未満にすることで、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15,000ドルから10万ドル（2024年には206,000ドルに相当）以上でした。

衰退

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でした。[32]

  • 信頼性の高いコンポーネント
  • 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、1990年代半ばから後半にかけて、主にコンピュータゲームに牽引されてPC市場で人気が高まり、 NVIDIAのNV10や画期的なGeForce 256といった最初の公式GPUが誕生しました
  • 高性能CPU：1980年代初頭の最初のRISCは、同価格帯のCISCプロセッサと比較して、約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に伴う規模の経済において優位に立っていました。1990年代半ばまでに、Motorola 68040やIntelの80486、Pentiumなどの一部のCISCプロセッサは、整数性能（チップの複雑さが増すという犠牲を払って）やハードウェア浮動小数点計算など、一部の分野でRISCと同等の性能を実現し、RISCはさらにハイエンド市場へと追いやられました。[33]
  • 浮動小数点演算のハードウェアサポート：最初のIBM PCではオプションでしたが、Intelシステムでは80486DXプロセッサまで別のチップに残っていました。それでも、x86の浮動小数点性能は、そのアーキテクチャの制限により他のプロセッサに遅れをとっています。今日では、低価格のPCでもギガフロップス級の性能を実現しています
  • 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規格が登場するまで、独自のディスクインターフェースを使用する傾向がありました。SCSIインターフェースはIBM PCでもすぐに利用可能になりましたが、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接続に適した高度なコントローラインターフェースです。そのため、サーバーでの使用に適しており、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へのメリット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はより新しい規格で、SCSIに匹敵するスループットを持ちながら、コストが低くなっています
  • 高速ネットワーク（10Mビット/秒以上）：1990年代初頭までに、10Mビット/秒のネットワークインターフェースはPCで一般的に利用可能になりましたが、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、100Mビット/秒、1Gビット/秒、10Gビット/秒へと移行していました。しかし、規模の経済性と、技術分野以外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技術がコモディティ価格に達するまでの時間は劇的に短縮されました。
  • グラフィックスやCAD作業用の高解像度、高リフレッシュレートの大型ディスプレイ（17～21インチ）は、1980年代後半から1990年代初頭にかけてはPCでは珍しかったのですが、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、RAMが640KBに制限されていました。初期のワークステーションは数メガバイトのメモリを搭載していました。IBMクローンでは、80386が登場するまで、640KBを超えるアドレスを指定するには特別なプログラミング技術が必要でした。一方、SPARCなどの他の32ビットプロセッサは、4GB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。4GB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、この技術がPCデスクトップおよびサーバー市場に登場し始めたのは2000年代半ばになってからでした。
  • オペレーティングシステム：初期のワークステーションは、 Unixオペレーティングシステム（OS）、Unixライクな派生版、またはVMSなどの無関係な同等のOSを実行していました。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の実行には適していませんでしたが、1980年代後半には、ページング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ベースのUnixライクなシステムを市販のPCハードウェアで実行できるようになり、これ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、その上で動作する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っています。これにより、Windowsなどのオペレーティングシステム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、安定性と信頼性を備えた準拠した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ばらつきが、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で、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ます。

市場ポジション

AMD OpteronプロセッサとSolaris 10を搭載したSun Ultra 20

1990年代後半以降、ワークステーション市場とコンシューマ市場の融合はさらに進みました。ローエンドワークステーションの多くのコンポーネントは、現在ではコンシューマ市場と同じになり、価格差は縮小しました。例えば、Macintosh Quadraコンピュータのほとんどは、もともと科学研究や設計業務向けに設計されており、すべてMotorola 68040 CPUを搭載し、68000 Macintoshと下位互換性がありました。コンシューマ向けの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。「多くのプロフェッショナルが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が「スタジオ品質の3Dレンダリングとアニメーションを家庭のデスクトップにもたらした」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として機能します。[34]もう1つの例は、Nvidia GeForce 256コンシューマー向けグラフィックスカードです。このカードは、同じGPUを搭載しながらも、CADアプリケーション向けのドライバーサポートと認証が異なり、価格もはるかに高い Quadroワークステーションカードを生み出しました。

ワークステーションは、一般的にCPU技術の進歩を推進してきました。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（基本的には、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は、複数のCPU、より多くのオンダイキャッシュ、ECCメモリを備えています。

一部のワークステーションは、 AutoCAD、Avid Xpress Studio HD、3D Studio Maxなど、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。認証プロセスにより、ワークステーションの価格が上昇します。

現代の市場

このHewlett-Packard Z6は、x86-64ベースのワークステーションで、2つのRTX 5000 GPUを搭載しています。

GPUワークステーション

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行うために、AMDまたはNVIDIAのGPUを搭載したデスクトップコンピュータです。[35]

RISCワークステーションの衰退

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は廃止されました

2018年初頭、 Raptor Computing SystemsはIBM POWER9ベースのシステムシリーズでRISCワークステーションを再導入しました。[40] [41] 2024年10月、System 76は自動車ソフトウェア開発向けにカスタマイズされたARMワークステーション、Thelio Astraを発表しました。 [42]

x86-64

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。[43]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）[44]
  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）

定義

ハイエンドデスクトップ市場セグメントには、PCオペレーティングシステムとコンポーネントを備えたワークステーションが含まれます。コンポーネント製品ラインは、コンシューマーモデルと機能的には類似しているが、より高い堅牢性または性能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。[45]

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

参照

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