MitWorkstation (deutsch: „Arbeitsstation“) bezeichnet man einen besonders leistungsfähigenArbeitsplatzrechner für technisch-wissenschaftliche Zwecke oder die Bearbeitung großer Datenmengen (Audio-, Video-, 3D-, KI-Daten) für meist professionelle Anwendungen, in Abgrenzung zum handelsüblichenPersonal Computer für den Privat- oder Bürogebrauch.[2]
Workstations sind im Bereich Grafikdarstellung, Rechenleistung, Speicherplatz undMultitasking überdurchschnittlich gut ausgestattet. Oft können zusätzlicheTerminals verwendet werden. Zur Erhöhung derAusfallsicherheit und Langlebigkeit kommen teilweise Technologien und Komponenten aus demServer-Bereich zum Einsatz.
Sowohl Hardware als auch Software sind oft zertifiziert und damit für den jeweiligen Anwendungsbereich zugelassen.
Typischerweise werden Workstations in Unternehmen und Forschungseinrichtungen für rechenintensive Anwendungen wie die3D-Konstruktion,Computersimulationen,Videobearbeitung undanimierte3D-Computergrafik eingesetzt.
Durch den zunehmenden Computereinsatz in derProduktentwicklung haben Workstations heute eine zentrale Bedeutung im Entstehungsprozess von industriell gefertigten Produkten. Das Einsatzspektrum umfasst unter anderem die Konstruktion mittelsCAD-Software, Funktionssimulation, die Erstellungdigitaler Prototypen komplexer Produkte und den Entwurfder Werkzeuge undFormen für die Fertigung.
Ein stetig wachsendes Anwendungsgebiet ist auch die Erstellung vonComputeranimationen für Spielfilme und Fernsehproduktionen und Computerspiele. Dabei werden zum Teil viele, über Standorte in mehreren Ländern verteilte Einzelplatz-Workstations eingesetzt, die zur Erhöhung derRender-Rechenleistung zu einemRechencluster zusammengeschaltet werden.[3]
Auch in der Bau- und Tragwerksplanung (Gebäude, Straßen, technische Bauten (Brücken, Dämme) usw.), der Baustatik und der Architekturvisualisierung kommen Workstations zum Einsatz.
Satellitensteuerung, Weltraumflug und deren Datenauswertung (etwa Wetterbeobachtung) sind ebenso Anwendungen.
Programmierer schätzen die schnellen Compilierungszeiten und generell den Komfort einer großen Maschine (viele Bildschirme, Plattencages, schnelle Netzwerkverbindungen), Aufrüstbarkeit und Modularität.[4][5][6][7][8]
Der Begriff ist nicht synonym mitArbeitsplatzrechner. Eine Workstation ist, ebenso wie ein Personal Computer, ein Arbeitsplatzrechner – aber nicht jeder Arbeitsplatzrechner ist auch eine Workstation. Da jedoch Personal Computer heute ebenfalls sehr leistungsfähig sind und zunehmend im technisch-wissenschaftlichen Bereich eingesetzt werden, verwischen die Grenzen zwischen Personal Computer und Workstation immer mehr. Unterstützt wird dieser Trend durch die häufige Praxis im Computer-Marketing, einemDesktop-Computer durch den BegriffWorkstation einen Anstrich besonderer Leistungsfähigkeit zu geben.
Insbesondere für den Einsatz moderner 3D-Computerspiele werden so genannteGaming-PCs angeboten, die ebenfalls mit schnellen Prozessoren und Grafikkarten sowie großem Arbeitsspeicher ausgestattet sind. Diese werden jedoch nicht zu den hier behandelten Workstations gezählt – unter anderem, da sie technisch und qualitativ nicht auf die für professionellen Arbeitseinsatz notwendige hohe Zuverlässigkeit ausgelegt sind und auch nicht unter diesem Gesichtspunkt vermarktet werden.
Historisch war die Eigenschaftfür einen Benutzer, oder zumindestfür wenige Benutzer eine wichtige Unterscheidung zu den sonst üblichenMehrbenutzersystemen. Statt wie beim Mehrplatzsystem über einTerminal (meist seriell und im Textmodus) mit einem Computer verbunden zu sein, dessen Rechenzeit man sich mit vielen Anderen teilen musste, stand nun dem Ingenieur, dem Wissenschaftler oder einer kleinen Arbeitsgruppe mit einer Workstation praktisch exklusiv ein eigenes Gerät zur Verfügung. Im Unterschied zu den oft langsamen seriellen Terminalverbindungen der klassischen Mehrplatzsysteme verfügen Workstations über direkt angebundene, zum Teil mehrere leistungsfähigere Grafiksysteme und Monitore, zusätzlich können sie aber auch über schnelle Netzwerkverbindungen angeschlossene leistungsstarke grafischeX-Terminals betreiben. Damit eröffneten sich gerade für technisch-wissenschaftliche Anwendungen ganz neue Visualisierungsmöglichkeiten. Vor diesem Hintergrund sind auch die für Workstations und für X-Terminals typischen hochwertigen großformatigenBildschirme zu sehen. Durch die rasanten Entwicklungen bei Standard-PCs, vor allem auch im BereichCPUs,GPUs undBetriebssystemen, verschwamm in den Jahren ab 1990 der Unterschied zwischen Workstation und PC immer mehr und führte ab etwa dem Jahr 2000 zum Ausdünnen und in der Folge auch zum Verschwinden der üblicherweise eigenentwickelten Workstation-Architekturen.
Als erste Workstation gilt dieIBM 1620 (1959). Bekannte Hersteller in den 1970er Jahren warenWang,Xerox, insbesondere mit demXerox Alto (1973),Olivetti, dieCPT Corporation,AES Wordplex undETAP.[9]
Workstations entwickelten sich in den 1980er Jahren zu einer eigenständigen Rechnerform. Die großen Workstationhersteller dieser Zeit warenApollo,DEC,HP,Sun[10][11][12][13][14],SGI[15][16][17][18],Intergraph,DataGeneral[19] undNeXT. Ihnen gelang es, die Vorzüge einer Workstation gegenüber Mehrbenutzersystemen aufzuzeigen.
Ein früher Meilenstein war die sogenannte 3-M Maschine. Die Idee war dabei einen kleinen Computer zu haben, der 1 MegaMIPS Rechenleistung mit mindestens 1 MegaByte RAM und einem Display mit 1 MegaPixel Auflösung kombinierte.
Hinzu kam zu der Zeit die Idee desClient/Server-Computing, bei dem Workstations als Client ebenfalls einen Platz haben. Sie dienen dann etwa als Bedienerplatz für die Anzeige und Auswertung der Rechenergebnisse eines Großrechners.[20]
In den 1980er und 1990er Jahren war der Markt durch Workstations mitUnix- undVMS-Betriebssystemen dominiert, viele Hersteller produzierten eigeneHardware auf Basis herstellerspezifischer Hochleistungs-RISC-Mikroprozessoren wie derPA-RISC-,MIPS- oderSPARC-Serie oderPowerPC bzw.Alpha-Prozessor. Die Anschaffungskosten betrugen in der Regel ein Vielfaches von denen durchschnittlicher PCs. Später hat sich auch im Workstation-Segment weitgehend die Kombination aus den jeweils leistungsfähigstenIntel- oderAMD-Prozessoren (z. B.Xeon oderOpteron) mitMicrosoft-Windows- oderLinux[21] -Betriebssystem durchgesetzt, und die meisten Hersteller bieten ihre eigenen Prozessor-Linien für Workstations nicht mehr an oder haben diese ganz eingestellt.[22][23][24][25]
Der Markt wird heute von großen PC-Herstellern wieHewlett-Packard (Z Series),Dell (Precision) undLenovo (Thinkstation) dominiert. Daneben gibt es spezialisiertere Anbieter wie Tarox, Exone, Boston IT oder Supermicro.Die meisten heute alsWorkstation angebotenen Systeme sind normaleHigh-End-PCs mit einemx86-Prozessor. Häufig werden dabei Prozessoren aus denServer- und Workstation-Serien wie z. B. IntelXeon oder AMDRyzen bzw.Threadripper[26] verwendet.
Workstations sind typischerweise sowohl in Bezug auf ihre Hardware als auch ihre Software besonders robust ausgestattet. Als vergleichsweise teure Systeme sind sie für professionelle Anwendungen ausgelegt, bei denen Ausfallzeiten einen erheblichen Kostenfaktor darstellen.
Nur die Unix- und Unix-artigen Systeme sowie VMS boten in der Anfangszeit die von Workstations erwartete Zuverlässigkeit und Leistungsfähigkeit. Insbesondere bei normalen PC-Rechnern unterWindows 3.1, das ein Aufsatz aufMS-DOS war, aber auch noch beiWindows NT standen noch regelmäßigSystemabstürze auf der Tagesordnung. In der Folgezeit sind die Unterschiede zwischen Workstations und PCs immer mehr geschwunden.
Ein wesentliches Kriterium, das auch der Abgrenzung hin zum normalen PC dienen kann, war und ist das Vorhandensein von Zertifizierungen für bestimmte Soft- und Hardwarekombinationen. Damit garantiert der Hersteller die uneingeschränkte und stabile Verwendbarkeit einer Anwendung auf einer definierten Hardware.
Arbeitsspeicher in Workstations wird üblicherweise als ECC RAM ausgeführt. Damit können auftretende Bitfehler abgefangen und korrigiert werden.
Da es sich ja oft um wenig flexible Systeme (im Vergleich mit PC) hinsichtlich der vom Hersteller angebotenen Zusatzoptionen handelt, müssen gar nicht alle am Markt vorhandenen Controller unterstützt werden. Stattdessen kann die Qualität der Gerätetreiber für die bekannten Zusatzkarten und Spezialchips deutlich höher ausfallen. Insbesondere deren Einbindung in das Gesamtsystem und Abstimmung auf andere potentiell vorhandene Komponenten kann so optimiert werden – sowohl hinsichtlich Geschwindigkeit als auch Stabilität.
Als Betriebssystem kamen bis Mitte der 1990er Jahre hauptsächlich die kommerziellen UNIX-Versionen der großen Anbieter zum Einsatz: SunOS /Solaris (Sun Microsystems),HP-UX (Hewlett-Packard),IRIX (Silicon Graphics),AIX (IBM) undSCO, aber auch OSF/1 bzw. Digital UNIX /Tru64 UNIX (DEC) sowie dasVMS (Virtual Memory System) / OpenVMS (DEC), das Domain/OS (Apollo) und andere Unix-artige Systeme wieSinix (Siemens) oderNeXTStep (NeXT). Bereits ab 1985 gab es Bemühungen und die Anforderung zumindest die wichtigsten Systemschnittstellen und Programmwerkzeuge unter dem BegriffPOSIX zu standardisieren. Ab 1994 war die Entwicklung des Funktionsumfangs derLinux-Distributionen so weit fortgeschritten, dass dieses – als quelloffene Neuimplementierung von Unix – die kommerziellen Systeme ersetzen konnte.[27]
Zum Ende der 1980er Jahre begann sich mitWindows auch auf PCs die graphische Oberfläche (WIMP) durchzusetzen. Bis dahin hatte sie größere Verbreitung im Wesentlichen nur auf denMac- (1984),GEM-,Atari- undCommodore Amiga (1985) Systemen gefunden. Diese wurden hauptsächlich von kreativen Anwendern und teilweise im universitären Bereich genutzt.Die Workstations benutzen dagegen mitX Window System (1984) bereits ein netzwerkfähiges Grafiksystem, das es ermöglicht grafische Ausgaben beliebiger verbundener Rechner (auch des eigenen) anzuzeigen. Mit einemMotif genannten Softwarezusatz werden die Grafikausgaben der Programme in Fenstern angeordnet. Durch herstellerspezifische Zusatzprogramme und optische Anpassungen entstanden aus diesen Komponenten die Desktops der meisten Workstations. Teils war es auch möglich die BildbeschreibungssprachePostscript für die Ausgabe am Monitor zu benutzen (NeWS).
UNIX-basierte Betriebssysteme enthalten oft neben dem eigentlichen Systemkern und der installierten Hauptanwendung eine große Ansammlung verschiedenster Programme. Diese sind (teil)standardisiert und vom Nutzer über die Kommandozeile erreichbar. Daher kommt eine Workstation bereits in den 1980er Jahren standardmäßig mit Möglichkeiten zur direkten Netzwerkbenutzung (uucp, ftp, news, mail),Dateikompression (compress, zip, bzip), Dateiarchivierung (tar,rsync, später wodim und cdrecord), Grafikformatumwandlung (xwdtopnm), den UNIX Texttools (troff, uniq) und teils dem kompletten CCompiler (mit Linker und Standardbibliotheken), manchmal auch anderen Programmiersprachen. Dadurch wurde eine Workstation, oft auch ohne dass es dem Nutzer erlaubt war Programme nachzuinstallieren, zu einem sehr vielseitig verwendbaren Gerät (manchmal auch weit abseits des vorgesehenen Einsatzzweckes (rogue,angband)).
Aktuelle Workstation kommen mit Windows 11 Pro, Linux oder macOS.
Typisch für diese Geräteklasse ist, dass vom Kunden erwartet wird, dass der Hersteller das Betriebssystem mit regelmäßigen (z. B. halbjährlich oder per Netzupdate) Patches und Erweiterungen versorgt.
Bei Workstations warErgonomie von Anfang an ein wichtigeres Thema als beim PC. Während der PC-Nutzer bis in die 1990er Jahre im Allgemeinen mit den sehr eingeschränkten Möglichkeiten von MS-DOS zurechtkommen musste, waren Workstations Multitasking- und Multiuser-fähig und boten eine graphische Benutzeroberfläche, aber auch die deutlich leistungsfähigereKommandozeilenumgebung eines Unix-Systems. Hier gab es unter anderem eineautomatische Befehlszeilenergänzung und eine Historie für die eingegebenen Befehle. Viele auszuführende Aufgaben ließen sich durch das Anlegen sogenanntershell-scripte automatisieren (etwa die täglicheDatensicherung aufMagnetband). Beim Vergleich dieser Systeme mit neueren Computern ist allerdings zu beachten, dass selbst ein durchschnittlichesSmartphone aus dem beginnenden 21. Jahrhundert mehr Rechenleistung bietet als eine Workstation aus den 1980er Jahren. Entsprechend haben sich auch die Ansprüche an die Ergonomie der Systeme geändert. Die klassischenDesktop-Umgebungen der kommerziellen Unix-Systeme wieSuns OpenWindows,IRIX Interactive Desktop,HP-VUE undCDE (Ende des 20. Jahrhunderts die Standardumgebung auf UNIX-Workstations) mögen einem heutigen Mac- oder Windows-Nutzer wenig benutzerfreundlich erscheinen. In ihrer Zeit waren sie jedoch ergonomischer als die gängigen PC-Systeme.
Insbesondere bei Ein- und Ausgabegeräten wurde Wert auf hohe Qualität gelegt. Zudem gab es bestimmte Eingabegeräte, die üblicherweise dem Workstationbereich vorbehalten waren. 3D Mouse, Multibutton Boards, Drehregler, 3D Shutterbrillen oder auch Head-up-Displays sind Beispiele dafür. Bei Monitoren kamen solche mit großen Bildflächen und hohen Bildwiederholfrequenzen zum Einsatz, zudem bei hohen bis sehr hohen Pixelauflösungen. Tastaturen haben sehr oft Mikroschalter (MX, ALPS); einfache Membrankeyboards fanden sich in diesem Bereich eher selten.
