論GPU云計(jì)算的力量

1、前言

CPU是中央處理器，計(jì)算機(jī)的核心，作為通用處理器，具有“全能性”，覆蓋的運(yùn)算方面很廣，而GPU作為專門的圖形的核心處理器，具有非常強(qiáng)悍的單一運(yùn)算能力，有高度的并行運(yùn)算性。CPU的資源多用于緩存，GPU的資源多用于數(shù)據(jù)計(jì)算。將GPU融入到云計(jì)算底層架構(gòu)中，打造CPU+GPU異構(gòu)運(yùn)算系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)CPU和GPU計(jì)算資源的合理分配，大大的降低云服務(wù)成本，提高更好的性價(jià)比，為我們帶來了新的選擇。

2、GPU的計(jì)算方法

GPU的工作就最初是在顯示上的需求，它能在短時(shí)間內(nèi)完成對(duì)每一個(gè)像素的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和色彩計(jì)算，這種計(jì)算特點(diǎn)必然決定了GPU必須具備大規(guī)模并行計(jì)算能力，GPU的并行計(jì)算架構(gòu)正是為了適應(yīng)這種大規(guī)模并行計(jì)算而設(shè)計(jì)的。在當(dāng)前市場(chǎng)上，GPU已經(jīng)成為現(xiàn)在最為強(qiáng)大的計(jì)算設(shè)備，已經(jīng)超越了CPU獨(dú)霸的地位。GPU和其相關(guān)軟硬件的發(fā)展也產(chǎn)生了強(qiáng)大的市場(chǎng)動(dòng)力，因此GPU得到了的快速發(fā)展。隨著GPU廠商嘗試著向通用計(jì)算轉(zhuǎn)型，這讓用戶領(lǐng)略到了GPU強(qiáng)大的并行計(jì)算能力和它極高的能耗比，將GPU應(yīng)用于通用計(jì)算正成為業(yè)界探討的話題。PU設(shè)備的高浮點(diǎn)運(yùn)算能力受到越來越多的科研人員所青睞。

3、GPU加速云計(jì)算

GPU擅于處理規(guī)則的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和可預(yù)測(cè)的存取模式，具體應(yīng)用包括光影處理、3D坐標(biāo)變換、科學(xué)計(jì)算等等。GPU以其獨(dú)有的技術(shù)優(yōu)勢(shì)已經(jīng)迅速成為打造全球頂尖超級(jí)計(jì)算機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)，在TOP500公布的全球超級(jí)計(jì)算機(jī)排行榜單上面，我們發(fā)現(xiàn)，越來越多的超級(jí)計(jì)算機(jī)都已經(jīng)引入了GPU計(jì)算核心。GPU越來越被市場(chǎng)所認(rèn)可，GPU尤其在并行計(jì)算領(lǐng)域，以其強(qiáng)大的運(yùn)算能力，在視頻處理、石油勘探、生物化學(xué)等行業(yè)取得了巨大的成功，云在是一種計(jì)算力服務(wù)的模式，它是一種概念，亦可說是一種信息處理與服務(wù)交付的模型。云計(jì)算，一種基于互聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算方式，通過這種方式，共享的軟硬件資源和信息可以按需求提供給計(jì)算機(jī)和其他設(shè)備。云計(jì)算是繼1980年代大型計(jì)算機(jī)到客戶端-服務(wù)器的大轉(zhuǎn)變之后的又一種巨變。它是透過網(wǎng)絡(luò)將龐大地計(jì)算處理程序自動(dòng)分拆成無數(shù)個(gè)較小地子程序，再交由多部服務(wù)器所組成地龐大系統(tǒng)經(jīng)搜尋、計(jì)算分析之后將處理結(jié)果回傳給用戶。當(dāng)云計(jì)算正被用戶所越來越接受時(shí)，計(jì)算環(huán)境的集中化，GPU的計(jì)算能力被進(jìn)一步挖掘出來“云時(shí)代”的到來無疑又給了GPU無限機(jī)會(huì)。把云計(jì)算也看成是一臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)，只不過這臺(tái)“超級(jí)計(jì)算機(jī)”是由很多臺(tái)聚集或分散的服務(wù)器、存儲(chǔ)等設(shè)備，通過網(wǎng)絡(luò)連接到一起，以對(duì)外提供在線計(jì)算服務(wù)。

有許多廠商成功運(yùn)用GPU云計(jì)算的例子，如：NVIDIA與旗下全資子公司、業(yè)界知名圖形渲染技術(shù)廠商mental images聯(lián)合宣布推出云計(jì)算平臺(tái)“RealityServer”；曙光GHPC 1000高性能計(jì)算平臺(tái)采用通用CPU和專用GPU均衡設(shè)計(jì)，既保證了GPU的處理性能，又兼顧了通用CPU的計(jì)算能力；NVIDIA GRID視覺計(jì)算設(shè)備（VCA）是一款基于GPU的強(qiáng)大系統(tǒng)，可運(yùn)行 Adobe、Autodesk以及DassaultSystemes等公司的復(fù)雜應(yīng)用程序，通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送其圖形輸出，以便顯示在客戶電腦之上。這些成功產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)是：可即刻投入使用的平臺(tái)，簡(jiǎn)化了安裝與管理，安全得到了增強(qiáng)；完全集成的系統(tǒng)，最大限度增加了用戶密度。英偉達(dá)總裁兼首席執(zhí)行官黃仁勛曾經(jīng)說過：“Kepler 云GPU技術(shù)讓云計(jì)算如同駛?cè)肓巳碌目燔嚨酪话?。觸控設(shè)備如果想要實(shí)現(xiàn)絲般順暢的操作和完美的圖形效果，GPU是必不可少的?，F(xiàn)在，無論是遠(yuǎn)程工作的商務(wù)人士還是想要擺脫 PC或游戲機(jī)束縛的玩家，云GPU都將為其提供絕佳的體驗(yàn)。”

4、結(jié)束語

今后和未來，GPU將重新定義高性能計(jì)算，計(jì)算架構(gòu)將是并行核心GPU與多核CPU串聯(lián)運(yùn)行的混合型系統(tǒng)，配備GPU將成為超級(jí)計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)；而這些計(jì)算機(jī)將在更多的領(lǐng)域內(nèi)得到更廣泛的支持和應(yīng)用，并將曾經(jīng)不可能實(shí)現(xiàn)的科學(xué)極限變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。GPU計(jì)算的發(fā)展前景一片光明。

參考文獻(xiàn)

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基金項(xiàng)目

吉林省教育廳“十二五”科學(xué)技術(shù)研究基金資助項(xiàng)目（吉教科合字[2012]第371號(hào)）