Puesto de trabajo
Computadora monousuario de alta gama
Una estación de trabajo NeXTcube , del mismo tipo en el que Tim Berners-Lee creó la World Wide Web en el CERN de Suiza . [1]

Una estación de trabajo es una computadora especial diseñada para aplicaciones técnicas o científicas . [2] Destinadas principalmente a ser utilizadas por un solo usuario, [2] suelen estar conectadas a una red de área local y ejecutan sistemas operativos multiusuario . El término estación de trabajo se ha utilizado de forma vaga para referirse a todo, desde una terminal de computadora mainframe hasta una PC conectada a una red , pero la forma más común se refiere a la clase de hardware que ofrecen varias empresas actuales y desaparecidas, como Sun Microsystems , [3] Silicon Graphics , Apollo Computer , [4] DEC , HP , NeXT e IBM , que impulsaron la revolución de los gráficos de computadora en 3D de fines de la década de 1990. [5]

Anteriormente, las estaciones de trabajo ofrecían un mayor rendimiento que las computadoras personales convencionales , especialmente en CPU , gráficos , memoria y multitarea. Las estaciones de trabajo están optimizadas para la visualización y manipulación de diferentes tipos de datos complejos, como diseño mecánico 3D, simulaciones de ingeniería como dinámica de fluidos computacional , animación , edición de video , edición de imágenes , imágenes médicas , renderizado de imágenes, ciencia computacional y gráficos matemáticos. Por lo general, el factor de forma es el de una computadora de escritorio , que consta de una pantalla de alta resolución, un teclado y un mouse como mínimo, pero también ofrece múltiples pantallas, tabletas gráficas y ratones 3D para manipular objetos y navegar por escenas. Las estaciones de trabajo fueron el primer segmento del mercado de computadoras [6] en presentar accesorios avanzados y herramientas de colaboración como videoconferencia . [5]

Las crecientes capacidades de los PC convencionales desde finales de la década de 1990 han reducido la distinción entre los PC y las estaciones de trabajo. [7] Las estaciones de trabajo típicas de la década de 1980 tienen hardware propietario costoso y sistemas operativos para distinguirlas categóricamente de los PC estandarizados. Desde la década de 1990 y la de 2000, el RS/6000 y el IntelliStation de IBM tienen CPU POWER basadas en RISC que ejecutan AIX , y sus PC IBM PC Series y Aptiva para empresas y consumidores tienen CPU Intel x86. Sin embargo, a principios de la década de 2000, esta diferencia desapareció en gran medida, ya que las estaciones de trabajo utilizan hardware altamente comercializado dominado por grandes proveedores de PC, como Dell , Hewlett-Packard y Fujitsu , que venden sistemas x86-64 que ejecutan Windows o Linux .

Historia

Primeras estaciones de trabajo Xerox
Estación de trabajo HP 9000 modelo 425 que ejecuta HP-UX 9 y Visual User Environment (VUE)
Modelo 735 de HP 9000 que ejecuta HP-UX y el entorno de escritorio común (CDE)

Orígenes y desarrollo

Las estaciones de trabajo son más antiguas que la primera computadora personal (PC). [8] La primera computadora que podría calificarse como una estación de trabajo es la IBM 1620 , una pequeña computadora científica diseñada para ser utilizada de forma interactiva por una sola persona sentada en la consola. [9] Fue presentada en 1959. [10] Una característica peculiar de la máquina es que carece de cualquier circuito aritmético. [11] Para realizar sumas, requiere una tabla residente en memoria de reglas de suma decimal. [12] Esto redujo el costo de los circuitos lógicos, lo que le permitió a IBM hacerla económica. La máquina tiene el nombre en código CADET y se alquilaba inicialmente por $1000 por mes.

En 1965, la computadora científica IBM 1130 se convirtió en la sucesora de la 1620. Ambos sistemas ejecutan Fortran y otros lenguajes. [13] Están integrados en gabinetes del tamaño de un escritorio, con máquinas de escribir de consola. Tienen unidades de disco adicionales opcionales, impresoras y E/S de cinta de papel y de tarjeta perforada.

Las primeras estaciones de trabajo eran generalmente minicomputadoras dedicadas , un sistema multiusuario reservado para un usuario. [8] Por ejemplo, la PDP-8 de Digital Equipment Corporation , se considera la primera minicomputadora comercial. [14]

Las estaciones de trabajo han sido históricamente más avanzadas que los PC contemporáneos, con arquitecturas de CPU más potentes, redes más tempranas, gráficos más avanzados, más memoria y multitarea con sistemas operativos sofisticados como Unix. Debido a su herencia de minicomputadoras, desde el principio las estaciones de trabajo han ejecutado software profesional y costoso como CAD y diseño gráfico, a diferencia de los juegos y editores de texto de las PC. [8] Las máquinas Lisp desarrolladas en el MIT a principios de la década de 1970 fueron pioneras en algunos principios de estaciones de trabajo, como sistemas de alto rendimiento, en red y de un solo usuario destinados a un uso altamente interactivo. Las máquinas Lisp fueron comercializadas a principios de 1980 por empresas como Symbolics , Lisp Machines , Texas Instruments ( TI Explorer ) y Xerox (las estaciones de trabajo Interlisp-D ). La primera computadora diseñada para un solo usuario, con gráficos de alta resolución (y por lo tanto una estación de trabajo en el sentido moderno), es la Alto desarrollada en Xerox PARC en 1973. [15] Otras estaciones de trabajo tempranas incluyen la Terak 8510/a (1977), [16] Three Rivers PERQ (1979) y la posterior Xerox Star (1981).

Aumento de popularidad en los años 1980

A principios de la década de 1980, con la llegada de los microprocesadores de 32 bits como el Motorola 68000 , aparecieron varios competidores nuevos, entre ellos Apollo Computer y Sun Microsystems , [17] con estaciones de trabajo basadas en 68000 y Unix . [18] [19] Mientras tanto, el Proyecto VLSI de DARPA creó varios productos gráficos derivados, como el Silicon Graphics 3130. Los mercados objetivo se diferenciaron, y Sun y Apollo se consideraron estaciones de trabajo en red y SGI como estaciones de trabajo gráficas. Las CPU RISC aumentaron a mediados de la década de 1980, algo típico de los proveedores de estaciones de trabajo. [20] La competencia entre los proveedores de RISC redujo los precios de las CPU a tan solo 10 dólares por MIPS, mucho menos costoso que el Intel 80386 ; [21] Después de grandes recortes de precios en 1987 y 1988, una estación de trabajo personal adecuada para CAD 2D costaba entre 5.000 dólares (equivalentes a 12.000 dólares en 2023) y 25.000 dólares (equivalentes a 61.000 dólares en 2023) y estaba disponible en varios proveedores. Los modelos de gama media capaces de gráficos 3D costaban entre 35.000 dólares (equivalentes a 86.000 dólares en 2023) y 60.000 dólares (equivalentes a 147.000 dólares en 2023), mientras que los modelos de gama alta que se superponían con minicomputadoras costaban entre 80.000 dólares (equivalentes a 197.000 dólares en 2023) y 100.000 dólares (equivalentes a 246.000 dólares en 2023) o más. [22]

Para entonces, una "estación de trabajo personal" de 12 000 dólares (equivalente a 29 000 dólares en 2023) podría ser una PC de gama alta como Macintosh II o IBM PS/2 Model 80 , una estación de trabajo de gama baja o un dispositivo híbrido como NeXT Computer , todos con especificaciones similares y superpuestas. [8] Un diferenciador entre PC y estación de trabajo era que era mucho más probable que esta última tuviera un acelerador de gráficos con soporte para un estándar de gráficos como PHIGS o X Window , mientras que la primera generalmente dependía de la renderización de software o aceleradores propietarios. Las necesidades de la industria de la animación por computadora generalmente causaron mejoras en la tecnología gráfica, y el CAD utilizó las mismas mejoras más tarde. [22] BYTE predijo en 1989 "Pronto, la única forma en que podremos diferenciar entre estaciones de trabajo tradicionales y PC será por el sistema operativo que ejecuten", con las primeras ejecutando Unix y las segundas ejecutando OS/2 , Mac OS clásico y/o Unix. Para entonces, muchas estaciones de trabajo contaban con algún método para ejecutar software de PC cada vez más popular y potente, como Lotus 1-2-3 o Microsoft Word . [8] La revista demostró ese año que una persona podía construir una estación de trabajo con componentes básicos con especificaciones comparables a las estaciones de trabajo de gama baja disponibles comercialmente. [23]

Las estaciones de trabajo solían incluir sistemas de almacenamiento en disco SCSI o Fibre Channel , aceleradores 3D de alta gama , procesadores de 64 bits simples o múltiples , [24] grandes cantidades de RAM y refrigeración bien diseñada. Además, las empresas que fabrican los productos tienden a tener planes integrales de reparación/reemplazo. Sin embargo, a medida que se desvanece la distinción entre estación de trabajo y PC, los fabricantes de estaciones de trabajo han empleado cada vez más componentes de PC y soluciones gráficas "listos para usar" en lugar de hardware o software propietario. Algunas estaciones de trabajo "de bajo costo" aún son caras para los estándares de PC, pero ofrecen compatibilidad binaria con estaciones de trabajo y servidores de gama alta fabricados por el mismo proveedor. Esto permite que el desarrollo de software se realice en máquinas de escritorio de bajo costo (en relación con el servidor).

Clientes ligeros

Las estaciones de trabajo se diversificaron hasta llegar a los puntos de precio más bajos posibles en lugar de los de rendimiento, lo que se denomina cliente ligero o computadora de red . Al depender de una red y un servidor, esto reduce la máquina a no tener disco duro y solo CPU, teclado, mouse y pantalla. Algunos nodos sin disco aún ejecutan un sistema operativo tradicional y realizan cálculos localmente, con almacenamiento en un servidor remoto . [25] Estos tienen como objetivo reducir el costo inicial de compra del sistema y el costo total de propiedad al reducir la cantidad de administración requerida por usuario. [26]

Este enfoque se intentó por primera vez como reemplazo de las PC en aplicaciones de productividad de oficina, con la 3Station de 3Com . En la década de 1990, los terminales X cumplieron una función similar para la informática técnica. Los clientes ligeros de Sun incluyen la línea de productos Sun Ray . [27] Sin embargo, las estaciones de trabajo y las PC tradicionales continuaron bajando de precio y complejidad a medida que se disponía de herramientas de gestión remota para el personal de TI, lo que socavó este mercado.

Computadora 3M

Una estación de trabajo gráfica NeXTstation de 1990
Estación de trabajo Sony NEWS : 2× 68030 a 25 MHz, 1280×1024 píxeles y pantalla de 256 colores
Estación de trabajo gráfica SGI Indy
Estación de trabajo gráfica SGI O2
Estación de trabajo HP C8000 que ejecuta HP-UX 11i con CDE
Seis estaciones de trabajo: cuatro HP Z620, una HP Z820, una HP Z420

Una estación de trabajo de gama alta de principios de los años 1980 con las tres M, o una "computadora 3M" (acuñado por Raj Reddy y sus colegas en CMU), tiene un megabyte de RAM, una pantalla de megapíxeles (aproximadamente 1000×1000 píxeles) y un rendimiento computacional de " MegaFLOPS " (al menos un millón de operaciones de punto flotante por segundo). [28] RFC 782 define el entorno de la estación de trabajo de manera más general como "hardware y software dedicados a servir a un solo usuario", y que proporciona recursos compartidos adicionales. Esto es al menos un orden de magnitud más allá de la capacidad de la computadora personal de la época. La computadora personal IBM original de 1981 tiene 16 KB de memoria, una pantalla de solo texto y un rendimiento de punto flotante de alrededor de 100 KB.1  kFLOPS (30 kFLOPS con el coprocesador matemático 8087 opcional. Otras características que van más allá de las típicas de las computadoras personales incluyen redes, aceleración de gráficos y buses de datos internos y periféricos de alta velocidad.

Otro objetivo era reducir el precio por debajo de un "megapenique", es decir, menos de 10.000 dólares (equivalentes a 28.000 dólares en 2023), lo que se logró a finales de los años 80. A lo largo de la primera mitad de los años 90, muchas estaciones de trabajo costaban entre 15.000 y 100.000 dólares (equivalentes a 200.000 dólares en 2023) o más.

Rechazar

La adopción más generalizada de estas tecnologías en las PC convencionales fue un factor directo en la decadencia de la estación de trabajo como segmento de mercado separado: [29]

  • Componentes confiables
  • El hardware de gráficos 3D de alto rendimiento para diseño asistido por computadora (CAD) y animación de imágenes generadas por computadora (CGI) se hizo cada vez más popular en el mercado de PC a mediados y fines de la década de 1990, impulsado principalmente por los juegos de computadora, lo que produjo la primera GPU oficial en la NV10 de Nvidia y la revolucionaria GeForce 256 .
  • CPU de alto rendimiento : los primeros procesadores RISC de principios de los años 1980 ofrecen aproximadamente un orden de magnitud de mejora en el rendimiento con respecto a los procesadores CISC de costo comparable. La familia CISC x86 de Intel siempre tuvo la ventaja en participación de mercado y las economías de escala que esto implicaba. A mediados de los años 1990, algunos procesadores CISC como el Motorola 68040 y el 80486 y Pentium de Intel tenían paridad de rendimiento con RISC en algunas áreas, como el rendimiento de números enteros (a costa de una mayor complejidad del chip) y los cálculos de punto flotante de hardware , relegando a RISC a mercados aún más sofisticados. [30]
  • Soporte de hardware para operaciones de coma flotante : opcional en el IBM PC original; permaneció en un chip independiente para los sistemas Intel hasta el procesador 80486DX . Incluso entonces, el rendimiento de coma flotante x86 estaba por detrás de otros procesadores debido a limitaciones en su arquitectura. Hoy en día, incluso los PC de bajo precio tienen un rendimiento en el rango de los gigaFLOPS.
  • Almacenamiento de datos de alto rendimiento y alta capacidad: las primeras estaciones de trabajo tendían a utilizar interfaces de disco propietarias hasta que apareció el estándar SCSI a mediados de los años 1980. Aunque las interfaces SCSI pronto estuvieron disponibles para los IBM PC, eran comparativamente caras y tendían a estar limitadas por la velocidad del bus periférico ISA del PC . SCSI es una interfaz de controlador avanzada que es buena para la multitarea y la conexión en cadena. Esto la hace adecuada para su uso en servidores, y sus beneficios para los PC de escritorio que en su mayoría ejecutan sistemas operativos de un solo usuario son menos claros, pero es estándar en los Macintosh de los años 1980 y 1990. Serial ATA es más moderno, con un rendimiento comparable al SCSI pero a un costo menor.
  • Redes de alta velocidad (10 Mbit/s o más): las interfaces de red de 10 Mbit/s eran comunes para los PC a principios de la década de 1990, aunque en ese momento las estaciones de trabajo buscaban velocidades de red aún mayores, pasando a 100 Mbit/s, 1 Gbit/s y 10 Gbit/s. Sin embargo, las economías de escala y la demanda de redes de alta velocidad incluso en áreas no técnicas han reducido drásticamente el tiempo que tardan las tecnologías de red más nuevas en alcanzar precios de consumo.
  • Pantallas grandes (de 17 a 21 pulgadas) con altas resoluciones y altas frecuencias de actualización para gráficos y trabajo CAD, que eran poco comunes entre las PC a fines de la década de 1980 y principios de la de 1990, pero se volvieron comunes entre las PC a fines de la década de 1990.
  • Configuraciones de memoria de gran tamaño: las PC (como los clones de IBM) originalmente estaban limitadas a 640 KB de RAM hasta la introducción en 1982 del procesador 80286 ; las primeras estaciones de trabajo tenían megabytes de memoria. Los clones de IBM requieren técnicas de programación especiales para direccionar más de 640 KB hasta el 80386, a diferencia de otros procesadores de 32 bits como SPARC que brindan acceso directo a casi todo su rango de direcciones de memoria de 4 GB. Las estaciones de trabajo y servidores de 64 bits que admiten un rango de direcciones mucho más allá de los 4 GB han estado disponibles desde principios de la década de 1990, una tecnología que recién comenzó a aparecer en el mercado de PC de escritorio y servidores a mediados de la década de 2000.
  • Sistema operativo : las primeras estaciones de trabajo ejecutaban el sistema operativo (SO) Unix , una variante similar a Unix o un SO equivalente no relacionado como VMS . Las CPU de PC de la época tenían limitaciones en la capacidad de memoria y la protección de acceso a la memoria , lo que las hacía inadecuadas para ejecutar sistemas operativos de esta sofisticación, pero esto también comenzó a cambiar a fines de la década de 1980 cuando las PC con el 80386 de 32 bits con MMU paginadas integradas se volvieron ampliamente asequibles y permitieron OS/2 , Windows NT 3.1 y sistemas similares a Unix basados ​​en BSD y Linux en hardware de PC comercial.
  • Integración estrecha entre el sistema operativo y el hardware: los proveedores de estaciones de trabajo diseñan el hardware y mantienen la variante del sistema operativo Unix que se ejecuta en él. Esto permite realizar pruebas mucho más rigurosas que las que se pueden realizar con un sistema operativo como Windows. Windows requiere que los proveedores de hardware de terceros escriban controladores de hardware compatibles que sean estables y confiables. Además, pequeñas variaciones en la calidad del hardware, como la sincronización o la calidad de construcción, pueden afectar la confiabilidad de la máquina en general. Los proveedores de estaciones de trabajo pueden garantizar tanto la calidad del hardware como la estabilidad de los controladores del sistema operativo al validar estas cosas internamente, y esto conduce a una máquina en general mucho más confiable y estable.

Posición en el mercado

Sun Ultra 20 con procesador AMD Opteron y Solaris 10

Desde finales de los años 90, los mercados de estaciones de trabajo y de consumo se han fusionado aún más. Muchos componentes de estaciones de trabajo de gama baja son ahora los mismos que los del mercado de consumo, y la diferencia de precios se redujo. Por ejemplo, la mayoría de las computadoras Macintosh Quadra estaban pensadas originalmente para trabajos científicos o de diseño, todas con la CPU Motorola 68040 , compatible con versiones anteriores de Macintosh 68000. Los modelos Macintosh IIcx y Macintosh IIci para consumo se pueden actualizar a la Quadra 700. "En una época en la que muchos profesionales preferían las estaciones de trabajo Silicon Graphics, la Quadra 700 era una opción interesante a una fracción del costo", ya que el software que consume muchos recursos, como Infini-D, trajo "renderizado y animaciones 3D con calidad de estudio al escritorio del hogar". La Quadra 700 puede ejecutar A/UX 3.0, lo que la convierte en una estación de trabajo Unix . [31] Otro ejemplo es la tarjeta gráfica de consumo Nvidia GeForce 256 , que dio origen a la tarjeta de estación de trabajo Quadro , que tiene la misma GPU pero diferente compatibilidad con controladores y certificaciones para aplicaciones CAD y un precio mucho más alto.

Las estaciones de trabajo han sido las que han impulsado los avances en la tecnología de CPU. Todas las computadoras se benefician de los diseños multiprocesador y multinúcleo (esencialmente, varios procesadores en una matriz ). El diseño multinúcleo fue iniciado por el POWER4 de IBM ; este y el Intel Xeon tienen múltiples CPU, más caché en la matriz y memoria ECC.

Algunas estaciones de trabajo están diseñadas o certificadas para usarse solo con una aplicación específica, como AutoCAD , Avid Xpress Studio HD o 3D Studio Max . El proceso de certificación aumenta los precios de las estaciones de trabajo.

Mercado moderno

Esta Hewlett-Packard Z6, una estación de trabajo basada en x86-64, tiene dos GPU RTX 5000.

Estaciones de trabajo con GPU

Las estaciones de trabajo modernas son típicamente computadoras de escritorio con GPU AMD o NVIDIA para realizar cálculos de alto rendimiento en programas de software como edición de video , modelado 3D , diseño asistido por computadora y renderizado . [32]

Declive de las estaciones de trabajo RISC

En enero de 2009, se habían discontinuado todas las líneas de productos de estaciones de trabajo basadas en RISC :

A principios de 2018, Raptor Computing Systems reintrodujo las estaciones de trabajo RISC en una serie de sistemas basados ​​en IBM POWER9 . [37] [38] La transición de Mac al silicio de Apple aumentó enormemente la eficiencia energética y de tamaño con respecto a x86-64 con su arquitectura RISC basada en ARM. [39]

x86-64

La mayor parte del mercado actual de estaciones de trabajo utiliza microprocesadores x86-64. Los sistemas operativos incluyen Windows , FreeBSD , distribuciones Linux , macOS y Solaris . [40] Algunos proveedores también comercializan sistemas mono-socket básicos como estaciones de trabajo.

Existen tres tipos de estaciones de trabajo:

  1. Sistemas blade para estaciones de trabajo (IBM HC10 o Hewlett-Packard xw460c. Sun Visualization System es similar a estas soluciones) [41]
  2. Estación de trabajo de gama ultraalta ( SGI Virtu VS3xx)
  3. Sistemas de escritorio que contienen CPU y conjuntos de chips de clase servidor en placas base de clase servidor de gran tamaño con RAM de alta gama ( estaciones de trabajo HP serie Z y estaciones de trabajo Fujitsu CELSIUS )

Definición

Un segmento de mercado de equipos de escritorio de alta gama incluye estaciones de trabajo con sistemas operativos y componentes para PC. Las líneas de productos de componentes pueden segmentarse, con componentes premium que son funcionalmente similares a los modelos de consumo pero con mayor robustez o rendimiento. [42]

Una PC de clase estación de trabajo puede tener algunas de las siguientes características:

Véase también

Referencias

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  • Medios relacionados con Workstations en Wikimedia Commons
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