單路計算化學攢機配置推薦
后記：本文的配置已經過時，此文也不再更新。時下最理想的配置見《計算化學購機配置推薦》（http://www.shanxitv.org/444），其中的配置會不斷更新
單路計算化學攢機配置推薦
文/Sobereva @北京科音
First release: 2014-Jul-21 Last update: 2016-Apr-18
計算化學并非總是需要雙路及以上的服務器，如今的普通PC已經足夠完成很多計算了。特別是那些搞計算化學的專業民科，由于沒有經費的支持，通常沒法花很多錢買服務器。也有些課題組的確比較窮。曾有些人問我攢個PC機做計算什么配置合適，這里就推薦一下當前性價比最高、最適合計算的配置，并且進行一些相關的討論。由于各公司產品不斷更新，顯然不可能最初撰文時的最佳配置在以后幾年都適用，所以此文可能會隔比如一年更新一次，請注意本文開頭標注的更新日期。
以下是推薦配置，后面會對每一項挨個進行說明。報價都是撰文時的情況。由于顯示器和計算沒直接關系，所以這里就不提了。所有涉及的配件目前在淘寶上都是可以買到的。所有CPU、GPU和芯片組的型號、規格都可以在筆者整理的《硬件資料庫》中方便地查到：http://www.shanxitv.org/datasheet.rar。
2016年4月18日的推薦配置：
CPU：E3-1230 V5 (Skylake，四核八線程3.4，散，無集顯) 1500
顯卡：索泰GTX960-4GD5至尊PLUS OC 1479 或 索泰GTX970-4GD5毀滅者HA 2199
散熱器：九州風神大霜塔普通版 199
主板：技嘉 X150M PLUS WS (C232芯片組) 660
硬盤：希捷 2TB 64MB SATA3 460
固態硬盤：OCZ饑餓鯊 Trion 100 240G 399
內存：2*8/16G 金士頓 DDR4-2133 2*220/2*440
電源：康舒上品550（額定550W）269
機箱：任意 200
光驅：先鋒 DVR-221CHV 125
鍵盤鼠標：羅技MK200 多媒體套裝 85
顯示器：優派VA2249s 21.5寸AH-IPS LED背光 599
總價：約4800 （不含顯卡、顯示器，32GB時）
----------------------------以下是2014年10月時寫的推薦配置-----------------------------
CPU（散片）：i5-4670(四核3.4，6MB，集顯) 1350 或 XEON E3-1230 v3(四核八線程3.3，8MB，無集顯) 1400
顯卡：CPU集顯 或 旌宇GTX770 Super狂版 2G 1899 或 耕昇GTX970趙云版(4G) 2499
散熱器：九州風神大霜塔普通版 199
主板：映泰Hi-Fi Z87W 618
硬盤：希捷 2TB 64MB SATA3 550
固態硬盤：影馳戰將 240GB 599
內存：2/4*8G Kingston DDR3-1600 440*2/4
電源：康舒上品550（額定550W）279
機箱：撒哈拉 走線大師GL6 159
光驅：先鋒 DVR-221CHV 125
鍵盤鼠標：羅技MK200 多媒體套裝 85
總價：約4800 （集顯+16GB時）
1 CPU
計算化學計算速度看的是浮點運算能力。自打AMD的CPU幾年前開始用了推土機架構之后，浮點性能就變得弱爆了，在高性能計算市場已幾乎沒有立足之地。當前的AMD CPU，核心數除以2才大致相當于同頻的Intel CPU的浮點性能。而在每瓦功耗產出的性能上，以及性價比上也都弱于Intel CPU。另外用Intel CPU在軟件兼容性上也占優勢，編譯程序會比較省心，所以AMD的產品根本不考慮。
Intel產品型號繁多，雖然這幾年Intel的消費級CPU產品在性能上沒什么進步，但是型號卻翻來覆去地頻繁大量地更新，完全就像是論文灌水。完全不必搭理型號的名稱，像是i3/i5/i7這樣的分類純粹是愚弄外行的。比如若看到有些人瞎叫嚷什么做計算不要i5要i7，這明顯就是小白。對CPU性能有關鍵性的影響只有這些：CPU架構、核數、頻率。只要這三樣確定了，那么CPU的性能就基本確定了。一般來說，架構越新，頻率越高，核數越多性能越好。次要的還可以留意一下三級緩存（L3）、是否支持超線程(HT)、是否集顯、熱設計功耗(TDP)等。這些信息在前面提到的《硬件資料庫》中直接查到，也可以到Intel ARK去查：http://ark.intel.com，在網頁右上角輸入型號即可。
Intel的產品雖然型號眾多情況復雜，但桌面產品線在性能上總的定位是這樣的XEON E3>Core>Pentium>Celeron。Pentium和Celeron定位太低，雖價格便宜，卻不適合計算。Core是中、高端PC市場的主力，分i7、i5、i3。其中i3是雙核，顯然不適合計算。i5包括雙核（支持超線程）和四核產品。i7包括4~8核產品，都支持超線程。做計算，至少要有4核，所以只能在i5、i7里面選。4核產品中，i7比同頻的i5的產品主要優勢是在于支持超線程，L3普遍大2MB，其實這些對計算化學計算速度的提升較小，而價格卻高了近一半，很不值得，所以用i5里較高頻率的4核，比如i5-4670(四核3.4)，性價比是最為理想的。i7里面還有6核和即將發布的8核，但是價格都很貴，遠高于同性能的XEON，而且必須用LGA2011的主板（價錢遠高于目前主流的LGA1150接口的主板），故完全不值得，與其用它不如加點錢整個廉價的（特別是使用ES版CPU的）雙路服務器。之所以i7的>4核的產品很貴，是因為Intel認為買那些的人屬于發燒玩家，錢多人傻速來。
Core系列產品都只支持單路。定位于服務器的XEON產品包括E3、E5、E7三大系列，定位由低到高，具體編號很多，相互穿插。8x00系列都是支持8路的，E7才有。4x00系列都是支持4路的，E5、E7都有。2x00系列都是支持雙路的，E5、E7都有。1x00系列是最低端的，E3、E5都有。如果覺得糊涂，查一下《硬件資料庫》就清楚了。XEON E3就是定位于單路服務器的產品，這是我們這里最值得關注的。同一代產品，XEON E3和Core系列用的核心本質上是一樣的，同頻、同核數下計算，性能是完全相同的。有人覺得會不會XEON系列CPU更穩定，實際上沒這回事，Core系列長時間一直跑同樣不會有絲毫問題。XEON E3的主力產品目前都是四核8線程，8MB L3，因此和Core i7在規格上十分相似。而Intel卻很良心，把XEON E3的價格定得比較便宜，和i5系列在同一個檔次。XEON E3-1230 v3(四核八線程3.3，8MB)就是這樣，和1300元左右的i5-4670差不多價格，規格上卻與近2000元的i7相仿佛，在攢機市場目前也挺暢銷。XEON E3的接口和同時代的Core系列的接口是相同的，因此普通PC機主板就能支持，用的也是普通PC的內存。所以說，選XEON E3對于計算化學攢機來說是個非常贊的選擇。XEON E3絕對不是只給服務器用的，自家PC也很適合使用。雖然剛才也說了，i7在支持超線程、L3容量上的優勢不會給計算性能上帶來很明顯的提升，實際上XEON E3-1230 v3比i5-4670的性能也就高一絲而已，從性價比來看也沒太大優勢，但我還是傾向于用前者，原因之一在于用定位于服務器的XEON顯得更高大上一些。很值得一提的是，XEON系列產品很多是沒有集顯的，E3-1230 v3就是這樣。如果你不打算買顯卡，手頭也沒有閑置的，那么還是買i5吧，或者買帶有集顯的E3也可以。E3的型號很雜，編號個位數是5、6的都是肯定有集顯的，比如E3-1225 v3，其價格和E3-1230 v3差不多，但可能在當地市場沒那么容易買到（淘寶上肯定有）。
CPU架構是影響性能的一個關鍵因素，Intel每推出一個新架構，都會對幾乎整個產品線進行更新。很多年前隨著Intel不斷更新架構，CPU在頻率不變的情況下性能不斷在提升。但是近3年來，從Sandy Bridge、Ivy Bridge再到如今的Haswell架構，除非計算程序專為新的架構進行了充分優化，否則同頻同核情況下速度提升并不很顯著。所以架構問題可以忽略。但是架構的更新卻總是帶來接口的改變，目前基于Haswell的四核Core i5/i7和XEON E3用的都是LGA1150接口，適用于基于8、9系列的芯片組（如Z87）的主板。XEON E3/5/7系列產品大家會看到v2、v3這樣的后綴，沒這樣的后綴的基本是基于Sandy Bridge的，v2的是基于Ivy Bridge的，v3的是基于Haswell的。由于如今架構帶來的性能提升很小，所以比如看到同頻同核下v3的比v2的貴好多，那么完全沒必要去買或升級到v3。
三級緩存的容量對性能有一定影響，影響的多少也和程序、任務類型有關。通常來說，4MB和8MB的差距會相對明顯，但是，6MB和8MB四核之間差距就很小了，不值得為了8MB L3額外花太多錢。
再說下Turbo Boost (TB)和超頻問題。Intel的大部分主流消費級CPU和XEON都支持TB技術，也就是在CPU運行程序時，根據具體情況和CPU型號，適當提升一些頻率（通常在零點幾GHz）來提升性能，這不會對穩定性有任何影響。雖然以前超頻很流行，即便是做計算的機子我也鼓勵適度超頻提升性能，但對于如今的CPU，我還是建議別考慮超頻了，油水不大，何況TB也已經在某種意義上可以理解為小幅自動超頻了。
如果你買了四核八線程的E3-1230 v3，跑計算化學任務的時候建議將并行數設為4，而留下額外的4個線程去處理后臺任務或者一些其它應用程序（比如上網）。并行數設為8雖然經常會帶來性能的提升，但相對于4核并行時提升通常最多不超過15%，意義不很大，同時在某些情況下還有可能反倒降低性能，這要視具體程序、任務類型而定，需實際測試才能確定。另外，絕對不要聽信一些計算化學小白的謠言在BIOS里關閉超線程。
2 散熱器
別用盒裝CPU自帶的散熱器，太爛。由于跑計算化學任務往往可能要跑十天半個月甚至更長，所以弄個好些的散熱器是很有必要的。其實，對于4核，花100塊錢買個玄冰400這樣的散熱器就已經基本夠了，但是為了讓CPU更舒服，尤其是在環境溫度較高情況下長期穩定運行，我建議別吝嗇那點錢，多花一張毛爺爺買個九州風神大霜塔普通版是值得的。大霜塔普通版的性能很好，在這個價位上性價比最高，值這個價錢。而花三百以上買更貴的散熱器（諸如貓頭鷹D14等）純屬燒包，沒意義。
3 內存
要多大內存取決于干什么事。比如分子動力學對內存容量的要求很低，8GB都完全足夠跑一般任務，而對于量化計算，內存則是多多益善。不過，不管干什么，我都推薦用至少16GB，這可以說是目前做計算的機子的標配。如果缺錢，也至少不能低于8GB。
目前LGA1150口的四核i5/i7、XEON E3通常支持的都是雙通道DDR3-1600內存，上限是32GB。這就是說，想用64GB也沒戲，這是CPU里的內存控制器的限制。PC主板上一般是4個槽，現在市售的通常是單條8GB，插滿了正好是32GB。
雙通道的意思是，如果你插兩條或四條內存，內存帶寬在理論上將是單條內存時的兩倍，因此有助于提升運算性能。內存頻率越高，也越有助于提升運算性能。但是，計算性能和內存帶寬根本沒有正比關系！對于如今的配置，計算化學的運算能力瓶頸通常在于CPU速度，需要大量硬盤讀寫時在于硬盤速度，但幾乎不會在于內存帶寬！有人以為用DDR3-1600時計算速度是DDR3-1333時的1600/1333=1.2倍，真是很天真。實際上，對于4核機子，DDR3-1333時，對于絕大多數計算化學任務，開啟雙通道通常尚不比單通道時在計算速度上有很明顯提升，提升內存頻率對運算能力提升有明顯幫助才怪。不過，假設你只需要8GB內存，還是建議用兩條4GB組雙通道而不是單條8GB，價格也差不多。
至于內存品牌的選擇，選市場占有率最高的金士頓就可以了，價格不貴，質量穩定，兼容性不錯，口碑較好。只是假貨很多，注意分辨。
4 顯卡
如果只是看分子結構、動力學軌跡的話，其實Intel CPU集成的顯示芯片就已經足夠用了。機子如果是純粹做量化的話，若沒有其它閑置的顯卡可用，推薦就用Intel的集顯（i5-4670或E3-1225 v3），省得額外花錢。如果是做分子動力學，那么買個好點的顯卡實現GPU加速是必不可少的，關于GPU加速問題在幻燈片《分子動力學方法和程序簡介》（http://www.shanxitv.org/242）最后一節有簡略的介紹和討論，如果不熟悉的話建議看看，這里就不多提了。對于預算不多的情況，十分建議E3-1230 v3搭配GTX770，此時Gromacs跑MD的性能相當于使用Intel 16核的水平，即主流的雙路服務器。GTX770的性價比極高，已經降到2000元以內，價格是最便宜的GTX780的66%，但性能卻是它的83%，GTX770產品中我很推薦旌宇的GTX770 Super狂版。旌宇是老牌顯卡大廠，這個狂版是非公版設計，外形像烤肉架，筆者用了半年多，十分穩定，噪音也不大，而且價格還很便宜，比起昂達之流的公版GTX770只高一點點。AMD的顯卡目前不推薦，主要是因為支持GPU加速的MD程序絕大多數都是基于CUDA的。等以后支持OpenCL的MD程序多了的時候，可以再考慮AMD的。
另外，預算稍微多一些的話，也很推薦考慮買耕升GTX970趙云版，顯存達4GB，是GTX770的兩倍。性能比GTX770強25%，同時得益于架構的進步（Maxwell架構，770為Fermi架構），功耗降低約60W。
5 主板
上面推薦的i5-4670和E3-1230 v3都是Haswell核心的，接口都是LGA1150。這類CPU最適合搭配Intel 8系列芯片組的主板。雖然9系列芯片組的主板也能用，但是目前普遍很貴不劃算。8系列芯片組有Z87、H87、H81、Q87、Q85、B85。這些版本性能差異很小，主要是硬盤、USB接口數目和規格、支持的技術特性上有差異，因此芯片組出貨價格也不同。Z87定位最高，H81定位最低。芯片組的定位也一定程度上反映到了基于這些芯片組的實際產品上。
實際上，如果只是插不多于兩個硬盤、不超頻、不組Raid，那么用哪種8系列芯片組都是無所謂的（但不建議用H81，它不支持AHCI）。不過我還是推薦基于Z87的映泰Hi-Fi Z87W。因為它雖然是Z87，但是價錢卻很劃算，甚至低于其它一線廠商的很多B85、H87芯片組的產品，而且這塊板子用料也很好。映泰也是口碑很好的老牌一線主板廠商，質量放心。雖然還有些更便宜的基于B85、H87的主板，賣四五百塊錢，有些也是一線或二線大廠生產，但是省這點錢沒什么意思。對于價格很低的產品來說，一分錢一分貨，而且主板是影響計算機穩定性的最關鍵的部件，在這方面太摳門往往會貪小便宜吃大虧。華碩、技嘉之類頂級廠商都有價格賊貴的，八九百甚至上千的8系列產品，買這樣的高價主板沒任何好處，純粹是錢多人傻速來，增加一些花哨的功能和浮華的設計，卻并不會給產品穩定性帶來什么益處。凡是看到攢機配置單里對于<6000元的機子用了>800元的主板，那么寫這個配置的人一定不懂攢機的藝術，不懂得如何在性能、價格、穩定性上尋求最佳平衡。
6 硬盤
不同類型計算化學任務對硬盤的要求很不同。比如大基組大體系的后HF計算，往往需要在硬盤上持續讀寫大文件，硬盤持續傳輸速度對此很重要，但是對容量要求不太高，也不需要很快的隨機訪問速度；而分子動力學，對硬盤速度很不敏感，但是需要儲存很多軌跡文件，對容量要求較高。
目前來說，如果只買一個硬盤，那么2T的容量是比較合適的選擇，容量足夠用，而1T的也就便宜150元而已，沒什么意思。現在的大容量硬盤質量普遍不算非常穩健，希捷和西數的可靠性也都半斤八兩，但目前我更推薦希捷的。西數也可以買，分為綠版、藍版和黑版三種，綠盤便宜但是速度慢，黑版速度快但是太貴，藍版速度介于二者之間，但是目前還沒有2T版本，速度也略遜于希捷的。
由于如今的硬盤質量不算很穩健，所以多備份為宜，可以額外買一個硬盤用于備份重要數據。也可以買更貴但是質量也更可靠的企業級硬盤。對于希捷來說，同容量的企業級硬盤比家用版價格貴將近一倍。還有一類硬盤叫監控級硬盤，其特征主要適合長期記錄監控攝像機數據，并不適合PC機，不要去買。
如果經常做后HF，硬盤需要經常大量持續讀寫，一種策略是買一個1T硬盤當成working horse，臨時文件都在那里讀寫，用壞了就換。而另一個1T盤儲存系統和應用程序，輕量級讀寫。
有興致且有能力的話也可以買兩塊硬盤組Raid，Raid 0可提升一倍讀寫速度，但數據風險較大。而Raid 1可以避免一塊硬盤完蛋時機子里的數據出現損失。
至于固態硬盤，要不要買根據需求來定。固態硬盤比起機械硬盤最大的優點就是隨機存取速度快了幾個數量級（對于大量讀寫零碎小文件速度提升甚巨），而持續讀寫大文件速度雖然也有提升，但一般也就是一倍多的提升而已（因而對后HF這類任務加速有限）。固態硬盤雖然這幾年價格降了很多，但即便是性價比最高的240GB的規格，還是比機械硬盤價格高將近一個數量級。如果要買固態硬盤的話，我比較推薦影馳240G，性價比很高，才600塊錢，速度在同價格產品中名列前茅，筆者用它用了半年多，感覺良好。理論上說，固態硬盤在讀寫次數上的壽命低于機械硬盤，如果時不時要做后HF計算，臨時文件在固態硬盤上讀寫沒關系，但是如果是長年累月總在做后HF計算的話，又擔心把固態硬盤弄壞，那么不太建議在固態硬盤上做。
如果你買的機子不光是做計算，還作為自用，比如上網、執行各種應用程序的話，那么吐血推薦買一塊固態硬盤作為系統盤、存放應用程序和零碎文件用。一旦體驗過固態硬盤給日常應用帶來的好處之后，就再也離不開它了。
7 電源
2008年的時候筆者寫過一個帖子討論電源，感興趣的話可以參考：《計算化學攢機--電源篇》（http://www.shanxitv.org/18）。時過境遷，市售的產品、市場格局早已發生了很大變化。以前那些臺灣、西方的大品牌產品都普遍比較貴。而現在，那些品牌都紛紛推出了面向低端的產品，性價比比起國產的航嘉、先馬、長城之類的甚至還高。雖然價格低了必然導致用料上省不少，但畢竟還是大品牌，再怎么省，也就是在那些客觀指標上有所讓步，在穩定性上還是確保沒問題的，而穩定性才是我們真正所需要關注的。或許有些昂貴的電源測試指標極好（如電壓波動極小、轉換效率極高），但是用幾個月壞了，那又有何用？康舒上品550是我比較推薦的一款產品，額定550W電源當中這幾乎是最便宜的，這樣的功率帶4核+GTX780是毫無問題的。筆者一直在使用這款電源，物美價廉，一點問題也沒有，接口豐富，還帶有電源開關按鈕。
8 機箱、光驅、鍵盤鼠標
2008年的時候寫過一個帖子討論機箱，參見《計算化學攢機--機箱篇》（http://www.shanxitv.org/17）。機箱用不著太好的，200塊錢以內的就足夠了。機箱雖然也有很多品牌，但是在網上看中一款后，往往不一定在市場上買得到。如果是直接去市場攢機，選機箱時可以參考帖子里提及的那些問題，結合自己對外觀的喜好來實際選擇。如果可能的話，最好還是買那些價格便宜，同時品牌又有點名氣的機箱。京東上有很多機箱，價格從便宜到貴很豐富，可根據外觀、參數、用戶評價來挑選。
光驅沒什么好說的。DVD刻錄機是最好的選擇，比起DVD貴不了幾十塊錢，刻錄經常很有用，特別是刻個系統盤什么的。先鋒DVR-221CHV筆者親自用過，感覺不錯。不要光驅也可以，網上不到100塊錢買個USB外置DVD也很方便，裝系統的時候選USB啟動。
鍵盤鼠標比較隨意。買幾百塊錢的毫無意義，但也不建議太廉價，因為用戶與電腦打交道，除了屏幕外，接觸得最多的就是鼠標鍵盤了，省幾十塊錢弄個山寨東西也不值得。羅技MK200這樣的大品牌不到100元的套裝是比較理想的選擇。
***************** 超線程 ********************
很多搞計算化學的人，也不知道是怎么以訛傳訛的，是誰最初造謠的，也不知道他們到底對超線程技術有多少了解，有沒有最基本的考證精神，有沒有常識，居然能干得出來在BIOS里關掉超線程這樣的史詩級昏事！嗚呼哀哉！每次看到有人在群里、論壇里鼓吹要關掉HT就令筆者十分鄙視。為了幫助破除這計算化學中最大的迷信之一，我這里再簡單說一下超線程問題，也免得買了E3-1230 v3的用戶手殘關掉了HT。超線程(Hyper-Threading, HT)最初是2002年Northwood核心的Pentium 4引入的技術。當時CPU都是單核的，同一時間內只能處理一個線程（雖然可以同時跑很多任務，那其實只不過是操作系統讓CPU在不同線程之間反復快速切換，由于間隔很小而給用戶造成CPU能同時處理多個線程的假象而已），因此如果執行的一個程序計算量極大，那么用戶就會發現機子被卡住，而其它的幾乎什么也干不了。現代的CPU由于內部設計的原因，實際上在高負載運行時仍有少量計算資源是時不時會被閑置的。考慮到這點，Intel發明了超線程技術，給CPU加一個入額外的邏輯控制單元，從而額外模擬出一個核心。此時單核CPU就有了兩個邏輯核心，可以同時執行兩個線程，共享同一個物理核心的運算單元。某種意義上就像壓榨勞動力，如果工人干一件活兒的時候還時不時有說有笑，就讓他們同時干兩份活，使之沒有喘息的機會。對于多線程程序，這么做顯然不可能達到200%的運算能力，但由于將閑置的計算資源有效利用起來了，因此總運算能力還是有一定提高，從實際效果來看通常能比原先提升5%~15%左右。其實對于單核CPU來說，HT帶來的總性能提升是小事，體驗感的提升才是更重要的。比如用戶在壓縮一個文件，有了HT后電腦就不會卡得厲害，因為HT模擬出的一個額外的邏輯核心足夠處理后臺事物、讓用戶干一些輕量級的工作比如打字、上網。超線程絕對是一個很好的技術，一直延續到如今的中、高端產品中。雖然如今的CPU都是多核了，本身就有多個物理核心，就算不用HT也不至于使得系統卡頓，但是有了HT技術，比如4個物理核心模擬成8個邏輯核心，用8線程跑并行程序的效能通常還是要高于4個線程來跑的。不過由于壓榨勞動力帶來的油水畢竟有限，因此HT帶來的額外性能提升一般超不過15%。超線程并不總是帶來好處，比如用了8線程來跑，某些情況下由于數據競爭、并行效率下降，以及消耗更多的內存甚至帶來額外的大量磁盤讀寫，整體性能可能不升反降。對于你所跑的計算化學程序，以及你所跑的任務，到底超線程技術是否能帶來好處，只有經過實測才能知道。多數情況下超線程還是帶來益處的，但即便帶來益處，性能提升也比較有限。如果你懶得去測，也不稀罕這點性能提升，那么我的建議是：你的CPU有N個物理核心，運行時線程數就設成N。額外虛擬出的那N個邏輯核心就讓它們去處理后臺任務或其它應用就行了。這樣HT帶來的額外的那一點點計算能力有用武之地，也完全避免了少數情況下利用全部2N個邏輯核心跑計算反倒拖慢計算速度。至于某些人鼓吹的做計算時必須關掉HT，可謂荒誕至極。若不想用全部2N個邏輯核心，運算時設N個線程不就得了，關HT作甚！Intel那么專注于高性能計算，它怎么可能會給XEON和高端民用CPU憑白加入個只會帶來壞處的特征，而且還是默認開啟的？如今低端的Pentium和Celeron系列，為了和中端產品拉開差距，Intel還不舍得給它們加上HT咧！
關于HT，后來筆者還專門撰寫了文章，強烈建議一看：《正確看待超線程(HT)技術對計算化學運算的影響》（http://www.shanxitv.org/392）。