文/吳泳江

近期，聯(lián)想發(fā)布了新一代 ThinkStation P350 系列基礎(chǔ)專業(yè)工作站。和ThinkStation P520、P620相比，P350更加輕巧，外觀上經(jīng)典的蜂窩開孔面板、堅(jiān)固牢靠的金屬側(cè)板、免工具拆卸、一體化設(shè)計(jì)以及機(jī)箱底部凸起的膠墊等，聯(lián)想工作站家族所有的經(jīng)典元素都在P350上得到了延續(xù)。緊湊、干練、簡約是ThinkStation P350給人的第一印象。

在配置方面，P350系列支持英特爾第 11 代core桌面CPU及至強(qiáng)處理器，其突出亮點(diǎn)是配備了PCIe 4.0接口，這使其I/O性能達(dá)到上一代 PCIe 3.0的兩倍，可以連接新一代PCIe 4.0顯卡以及第四代M.2 SSD存儲(chǔ)設(shè)備。ThinkStation P350在顯卡方面配備了NVIDIA 最新的Ampere 架構(gòu)專業(yè)顯卡，最高可支持24G顯存的NVIDIA RTX A5000。在電源方面有500W和750W 92PLUS高擴(kuò)展性大電源兩種可選方案，17L塔式機(jī)箱與高擴(kuò)展性電源的組合，可以支持多核高主頻CPU和更強(qiáng)性能的專業(yè)顯卡。

通過以上信息，基本可以對這一款新機(jī)型有大致的了解，接下來我們將通過實(shí)際測試檢驗(yàn)這款機(jī)器在實(shí)際工作中的表現(xiàn)。

1 基礎(chǔ)測試

ThinkStation P350亮點(diǎn)之一是支持了全新的NVIDIA Ampere構(gòu)架專業(yè)顯卡，測試樣機(jī)配備的是 RTX A5000顯卡，其擁有8192 CUDA核心數(shù)，支持PCIe 4.0最高達(dá)到24G GDDR6 ECC顯存，可以勝任大部分顯存密集型工作負(fù)載。

RTX A5000和A4000是今年早些時(shí)候NVIDIA在RTX 6000之后新推出的兩款顯卡, A5000出色地平衡了功耗、性能和顯存之間的關(guān)系，同時(shí)繼承了A6000幾乎全部的特性，同樣采用的是GA102的芯片架構(gòu)， 8nm工藝，與上一代產(chǎn)品RTX5000相比，實(shí)現(xiàn)了單精度浮點(diǎn)計(jì)算性能的大幅提升。

圖1 從RTX A5000與RTX5000相比各項(xiàng)指標(biāo)都有大幅提升

另外，NVIDIA Ampere架構(gòu)RT Core升級(jí)到了第二代，Tensor Core升級(jí)到了第三代。隨著AI技術(shù)在制造業(yè)的應(yīng)用越來越廣泛和深入，對AI性能的需求也在不斷增加，這也將逐步成為制造業(yè)用戶選擇工作站產(chǎn)品時(shí)需要考慮的重要參數(shù)。

圖2 RTX A5000 與 Quadro RTX 5000 AI性能對比

測試樣機(jī)主要配置為主頻3.6GHz的intel Core i7-11700K，這款 CPU采用14nm工藝，并采用全新的 Cypress Cove 核心，主要性能參數(shù)見表1。

表1 intel Core i7-11700K主要性能參數(shù)

CPU主頻 最高睿頻 核心數(shù)量 線程數(shù)量 三級(jí)緩存 熱設(shè)計(jì)功耗(TDP)3.6GHz 5GHz 八核心 十六線程糾錯(cuò) 16MB 125W

整個(gè)測試過程的第一個(gè)環(huán)節(jié)是，通過SPECviewperf軟件對這款機(jī)器進(jìn)行基本性能測試。SPECview是一個(gè)專業(yè)級(jí)、符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的OpenGL圖形顯示卡效能測試分析軟件，主要用于測量運(yùn)行在OpenGL應(yīng)用程序接口之下硬件的3D圖形性能，其結(jié)果對于制造業(yè)中廣泛需要的三維建模與仿真分析工作來說，具有一定的參考價(jià)值。

圖3 SPECviewperf 13 測試軟件

圖4 SPECviewperf 中solidworks軟件模型

圖5 SPECviewperf 中solidworks軟件模型

表2 ThinkStation P350 SPECviewperf 測試結(jié)果

Viewset Composite Score Window 3dsmax-06 298.11 1900 x 1060 catia-05 449.11 1900 x 1060 creo-02 403.28 1900 x 1060 energy-02 95.19 1900 x 1060 maya-05 461.74 1900 x 1060 medical-02 163.66 1900 x 1060 showcase-02 202.7 1900 x 1060 snx-03 508.2 1900 x 1060 sw-04 258.03 1900 x 1060

將這一結(jié)果與一份SPECviewperf官網(wǎng)上公布測試結(jié)果做了比較。

圖6 P350對照機(jī)型配置對比圖

對照機(jī)型主要配置為：NVIDIA Quadro P5000顯卡，主頻3.70GHz 的Intel Xeon W-2135 CPU，64G內(nèi)存，在2～3年前這代表了中端專業(yè)工作站的主流配置，而ThinkStation P350做為一款基礎(chǔ)專業(yè)工作站，在本項(xiàng)測試中表現(xiàn)的大幅領(lǐng)先很好的證明了自身的性能。

2 應(yīng)用測試

本次測試選擇SolidWorks 2021 SP1.0，在目前市場上主要三維CAD解決方案中，SolidWorks以其設(shè)計(jì)過程簡便、易學(xué)易用著稱，同時(shí)也擁有著眾多忠實(shí)用戶。完全集成于SolidWorks的SolidWorks Simulation提供了一系列便捷的仿真分析工具，設(shè)計(jì)人員可在設(shè)計(jì)過程中快速了解產(chǎn)品性能，驗(yàn)證產(chǎn)品可靠性。本次應(yīng)用測試，對ThinkStation P350在三維設(shè)計(jì)與仿真分析兩個(gè)方面都進(jìn)行了實(shí)測。

（1） CAD測試

為充分展現(xiàn)工作站的性能，選擇了一個(gè)較大規(guī)模的裝配體，這個(gè)裝配體是一個(gè)大型傳送機(jī)構(gòu)，由多個(gè)機(jī)架、運(yùn)輸設(shè)備和提升設(shè)備組成，總零部件數(shù)超過12 000個(gè)。

圖7 裝配體總體結(jié)構(gòu)

圖8 裝配體主要構(gòu)成

圖9 SolidWorks 軟件對裝配體模型的性能評估

CAD模型文件的打開過程從硬盤讀取開始，CPU會(huì)先將模型文件數(shù)據(jù)解壓并調(diào)用到內(nèi)存中供編輯使用， 這個(gè)過程中如果內(nèi)存不足，那么部分?jǐn)?shù)據(jù)就只能先存放在虛擬內(nèi)存中。因此，當(dāng)物理內(nèi)存耗盡，系統(tǒng)啟動(dòng)虛擬內(nèi)存后，系統(tǒng)對硬盤的存取操作就會(huì)大大增加，這時(shí)數(shù)據(jù)讀寫的硬錯(cuò)誤也會(huì)不可避免地快速增加，從而極大地影響速度，在實(shí)際使用過程中的表現(xiàn)主要是操作卡頓，甚至完全無法工作。

模型文件讀取到內(nèi)存后進(jìn)入人機(jī)交互的過程，工程師會(huì)根據(jù)工作需要不斷地對模型進(jìn)行修改、移動(dòng)、變換等操作，在整個(gè)交互設(shè)計(jì)過程中CPU承擔(dān)的主要是關(guān)聯(lián)運(yùn)算，而模型的三維圖像生成、渲染則主要由GPU完成，所以隨著模型的復(fù)雜度越高，也需要配備更高性能的CPU和更大的內(nèi)存。

圖10 插入子裝配體時(shí)CPU性能表現(xiàn)

圖11 打開多個(gè)裝配體文件時(shí)內(nèi)存性能表現(xiàn)

圖12 裝配體旋轉(zhuǎn)縮放時(shí)GPU性能表現(xiàn)

在CAD建模測試中，各項(xiàng)常規(guī)操作如平移、旋轉(zhuǎn)、放大縮小以及對模型進(jìn)行細(xì)節(jié)展示，快速切換視圖，打開多個(gè)裝配體，包括在向裝配體中插入子裝配體的操作過程中ThinkStation P350都始終保持流暢，無卡頓現(xiàn)象發(fā)生。

在對ThinkStation P350進(jìn)行CAD建模測試整個(gè)過程中，唯一一次出現(xiàn)反應(yīng)遲緩的情況，是在進(jìn)行整體裝配體的動(dòng)畫播放過程中出現(xiàn)的，對于如此規(guī)模的大型裝配體動(dòng)畫演示來說，這樣的性能表現(xiàn)可以說很出色了。

圖13 裝配體的動(dòng)畫播放過程

CAD測試小結(jié)

目前主要的三維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件的主模塊大都不能完全利用雙核及以上的CPU，主要是一個(gè)內(nèi)核在發(fā)揮作用。因此，三維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為主選配工作站時(shí)，CPU應(yīng)優(yōu)先選擇高主頻，而在渲染或PDM等相關(guān)工作為主時(shí)，CPU的多核優(yōu)勢則可以得到充分發(fā)揮。

在日常CAD建模和各項(xiàng)任務(wù)中，大型裝備體都非常考驗(yàn)工作站的CPU計(jì)算性能。模型通過約束定義確定零部件之間的相互位置和連接關(guān)系，形成一個(gè)完整的產(chǎn)品。模型裝配是設(shè)計(jì)中較為復(fù)雜的操作，如果工作站的CPU性能不夠或者是內(nèi)存容量不充足，通常會(huì)直接影響工作效率。輕松勝任12 000個(gè)零部件的大型裝配體工作，ThinkStation P350的CAD建模能力可見一斑。

（2）仿真分析測試

在Solidworks中進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)證與仿真分析是非常便捷的，仿真界面、仿真流程無縫融入到了SolidWorks的設(shè)計(jì)過程中，可以快速進(jìn)行應(yīng)力、頻率、扭曲、熱和優(yōu)化等一系列仿真分析工作。

為盡量全面地模擬ThinkStation P350在制造業(yè)企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)過程中可能遇到的工作場景，也對其進(jìn)行了仿真分析的測試。

模型是一個(gè)相對簡單的支撐結(jié)構(gòu)，底部4條支腿，支腿支撐支座，支座與支座間通過腹板進(jìn)行連接，支座與腹板中間放置一個(gè)筒體。靜力學(xué)分析條件是假設(shè)支腿的底部完全固定，給支座上表面施加一定的力，分析整個(gè)模型的受力情況。

圖14 網(wǎng)格劃分過程中GPU性能表現(xiàn)

圖15 靜力學(xué)分析過程中GPU性能表

圖16 靜力學(xué)分析完成后動(dòng)畫演示過程中GPU性能

仿真分析測試小結(jié)

在仿真分析的過程中，對硬件平臺(tái)的需求主要體現(xiàn)在內(nèi)存和CPU兩方面，內(nèi)存的大小決定了可以處理模型的大小和復(fù)雜程度，而CPU的性能決定了計(jì)算要花多長時(shí)間。對仿真分析而言，分析的種類和求解器不同對CPU的利用率也不同。CPU較高的時(shí)鐘頻率會(huì)影響網(wǎng)格劃分速度和計(jì)算收斂速度， 高速緩存大小也會(huì)影響性能，而CPU核心數(shù)量決定并行計(jì)算的速度，但是對于一些計(jì)算量較少（自由度少）的模型來說，過多的內(nèi)核有可能會(huì)將時(shí)間消耗在通信上，這時(shí)需要針對不同模型進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。

ThinkStation P350在整個(gè)仿真分析測試過程，從網(wǎng)格劃分到靜力學(xué)分析都表現(xiàn)的相當(dāng)出色，完全能夠勝任一般的設(shè)計(jì)驗(yàn)證與仿真分析工作。

3 總結(jié)

對于制造工程師來說，不同任務(wù)需求對于工作站的要求也是不同的。工程師需要根據(jù)工作的性質(zhì)，模型大小等因素合理配置、平衡工作站的CPU、內(nèi)存、GPU和硬盤等關(guān)鍵部件。這樣才能在保證工作效率的同時(shí)，減少不必要的浪費(fèi)。本次測試，希望盡量貼近制造業(yè)用戶的實(shí)際應(yīng)用場景，體現(xiàn)出真實(shí)的產(chǎn)品性能，也為工作站選型提供一些參考。在各項(xiàng)測試面前，ThinkStation P350顯得得心應(yīng)手、游刃有余，順暢、穩(wěn)定的表現(xiàn)證明ThinkStation P350可以輕松應(yīng)對絕大多數(shù)常規(guī)設(shè)計(jì)與仿真任務(wù)。

聯(lián)想ThinkStation以多年的專業(yè)圖形圖像開發(fā)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合廣泛的ISV支持，成功地建立了業(yè)界最完善和齊備的工作站產(chǎn)品陣營，而P350的出色表現(xiàn)，不僅使其在整個(gè)聯(lián)想工作站系列產(chǎn)品中占據(jù)一席之地，也讓聯(lián)想工作站產(chǎn)品線的組和更加合理，可以為廣大制造業(yè)用戶提供更加多樣、合理的選擇方案。