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CUDA提供了一种可以同时利用CPU与GPU的并行计算架构

点击: 160 次  来源:http://www.nielian123.com 时间:2020-01-01

赛迪顾问 研究副总监 梁潇  20130329  2013年3月18日至21日,GPU技术大会在美国加州圣何塞召开,英伟达在会上发布了下一代GPU架构、Tegra系列芯片的最新路线图、GRID VCA以及众多新的产品与技术。更快的计算性能、更低的功耗、更流畅的体验固然是每一次厂商主导技术峰会的主题,但从GTC2013中展示的理念与其合作伙伴的应用案例中,可以看到未来计算的两点重要的趋势,而这将潜移默化地影响未来产业格局。  从智能手机、平板设备到PC、服务器乃至数据中心,计算将不只是CPU的专属  在大众的印象中提到计算,都会迅速联想到CPU。CPU根据程序读取命令和数据并进行运算,同时控制输入、存储等硬件的模式是传统的计算设备运行的基础,但随着应用的日益多样化与复杂,计算设备的种类与范围不断扩展,这样的模式正在发生显著的变化。  一个简单的例子来自于智能手机与平板终端,在有限的电力供应下,这类设备需要处理大量图形与数字信号,而CPU的优势在于面向整数运算、逻辑运算和处理条件分支,显然在上述密集数据处理当中力不从心。因此,除CPU外,厂商正在不断提升GPU(图形处理器)与DSP(数字信号处理器)的性能,以支撑例如高分辨率相机拍照、实时的HDR处理、Retina视网膜屏幕显示、高速LTE网络数据交换以及高码率视频解码与播放等等应用。从移动终端向外拓展看更为广阔且越来越活跃的计算领域,自然用户界面、增强现实、分布广泛且不断增多的摄像头、远程医学影像、金融领域的大数据应用等等,这些应用要求对大量数据进行数值运算,对于支撑架构的计算性能要求正在发生显著的变化。  除了单纯提升性能外,一些厂商更进一步,正在推出创新的架构,努力推动以GPU为代表的芯片更为积极与直接的参与计算,以分担CPU的计算压力。苹果于2008年WWDC上提出OpenCL标准规范,旨在提供一个通用的开放API,在此基础上开发GPU通用计算软件。这一标准规范得到了包括Intel、IBM、ARM、Nvidia、AMD等众多软硬件厂商的支持与共同推动。而在此过程中, CUDA无疑是其中的先驱代表与有所成就者。CUDA提供了一种可以同时利用CPU与GPU的并行计算架构,并提供了在此之上的整套硬件、软件和开发环境。CUDA的出现解决了以往通用计算或混合计算所面临的编程难度高、向新平台迁移困难等等问题,尤其是当其从支持C、C++、Fortran到支持开源编程语言Python,通用性将进一步扩展,在高性能计算、科研及行业应用领域都获得了广泛的应用。更值得关注的是在消费级的移动终端领域,混合计算更是显得活力十足,英伟达宣布下一代Tegra平台将正式引入CUDA,而包括ARM公司的Midgard架构和Imagination Technologies公司的Rogue架构也将探索CPU与GPU的协同,移动终端也将走进混合计算时代。  当打开苹果第四代iPad的内部,寸土寸金的SOC上GPU的面积已经是CPU面积的两倍多;当SC12上公布的第40期超级计算机名单中,采用GPU并行加速计算的有62套系统,而2010年这个数字不足10套;当CUDA开始支持有300万用户的Python语言,我们可以看到有些显著的事情正在发生,在向充满异构处理器与混合计算的环境演进的过程当中,半导体厂商或许会呈现新的权力地图。  主机时代的再造  GTC2013上展示了两个令人印象深刻的GRID相关产品,一个是消费端的Project Sheild,项目中已发布搭载5寸视网膜触控屏、采用Tegra4平台的游戏终端。除能够提供优质的本地安卓游戏体验外,通过无线网络,PC可以将其运行的大型游戏以H.264编码高清视频流的形式传输到这台终端,终端仅提供游戏控制与视频显示的功能,游戏图像渲染与数据交互由PC完成,更进一步的Project Sheild计划中,游戏将由云端提供给包括电视、PC、手持设备等。AMD在GDC 2013上展示的Radeon Sky也提供类似的功能;另一个产品是企业端的VCA,这款视觉运算装置能够为视频渲染、设计等领域的中小团队提供共用的远程GPU加速功能,团队的成员可以从任何一台普通的PC、MAC中通过网络获取VCA的专业图形工作站性能。  新的解决方案正在提供不断完善的一体化网络、显示、输入输出等功能,让云能够快速实时的响应端的需求,而端能够简便、随时随地以极佳的体验获取云的效能。我们可以看到一个全新的主机时代正在重构。当然,这个主机时代不像IBM的创立者托马斯·沃森说的全世界只需要5台电脑就足够了,也与比尔·盖茨声称的个人用户内存只需640K相去甚远。  在云端,从CPU、存储到GPU等硬件设备的全虚拟化、多核芯片、CUDA、SSD硬盘等新的产品和技术不断发展成熟,为提升云的处理能力提供了有力的支撑,几乎可无限扩展的能力使得云计算成为无论是企业端还是消费端厂商都在加大投资的领域,而出于隐私、商业利益以及搭建效率的考量,类似于Project Sheild利用自己的PC搭建主机,或者中小企业采用一体化VCA搭建私有云主机的模式将在很长一段时间内拥有稳定的用户群体,这也是包括IBM、Oracle等厂商纷纷推出一体机的重要原因。在网络端,随着信息基础设施的不断完善,以往困扰云应用的网络中断风险正在不断降低,3G、LTE、覆盖日益广泛的高速WIFI接入点也为远程高清视频、渲染操作参数等大数据量传输提供了坚实的基础,例如Sheild终端通过WiFi操作PC上运行的赛车游戏,720P游戏图像的传输与操作延迟基本感受不到。在接入设备端,性能强劲的核心硬件、智能化的软件、多样化的传感器、人性化的交互方式正在实现体验提升。  从企业端到消费端的全范围云计算改造在技术成熟后将进入加速发展的阶段,新的主机时代中也许将不再有传统的服务器厂商、运营商、终端厂商的角色划分,以数据为中心、以服务为中心,以业务为中心将成为主机时代再造的关键。