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一提到各类IT盛会,大部分用户和玩家都会立刻想起CeBIT、CES、ComputeX……是的,这类以展示最新的IT趋势、产品、技术的盛会,以其独特的魅力吸引着用户并引领IT产业的发展。和这些成名已久的盛会相比,很多用户并不清楚GTC大会究竟是做什么的?能够为他们带来什么新资讯?别急,本文将为大家拨开迷雾。
为什么要关注GTC大会?
长期以来,不少用户认为GPU更多地是进行游戏、影音转码、高清硬件解码等工作。事实上,GPU能够做到的事情远远不止于此。而且这些GPU的应用大多和我们的生活息息相关或者间接相关。以全民皆知的《阿凡达》电影为例,它的许多场景和人物都是由电脑模拟来实现的。即使如此,我们仍旧沉迷于它出色的电影画质,无不惟妙惟肖。但又有多少人知道,在该电影光鲜的背后,由NVIDIA和Weta Digital(该影片的的主要视觉特效供应商)合作研发的PantaRay光线追踪系统起着重要的作用。该系统使得它能在较短的时间内渲染更多、更复杂的场景,众多逼真的电影场景由此而来。而在这其中,进行图形渲染模拟计算的正是GPU(基于NVIDIA Tesla S1070服务器)。
什么是GTC大会?
GPU技术大会(GTC,GPU Technology Conference)是由NVIDIA主办的以展示和分享GPU计算的新成果和变革的盛会,旨在让用户更加深入地了解GPU计算与可视化,展现GPU在未来科学以及技术创新等方面的重要性。GTC主要包括技术讨论会、专题报告会、小组讨论会和有主持人的圆桌讨论会。NVIDIA曾在2009年、2010年举办了两届GTC大会,得到了与会人员的高度评价。2011年12月14日、15日,2011年GPU技术大会亚洲站在北京举行,吸引了中外记者、学者、科学家、工程师、研究员的参与。
这是因为,GPU作为一种典型的单指令流多线程流(SIMT)并行执行模型,将更多的晶体管用作流处理器单元。它们可以同时参与数据的计算,通过提升同时执行的线程数目来提高计算的性能—GPU拥有强大的并行计算能力,因此在图形渲染模拟方面有着无可比拟的作用。
当然,GPU的作用远不止图形模拟和渲染。近年来,我们看到越来越多有关GPU在蛋白质折叠、能源勘察、气象研究等各个领域发挥重要作用的例子和新闻。最耳熟能详的就是由我国研发、在去年获得“世界第一”称号的“天河一号A”超级计算机,它使用了“CPU GPU”的异构计算架构。特别是它使用了7168颗并行计算能力出色的NVIDIA Tesla M2050 GPU,这是它能够斩获“世界第一”殊荣的关键。没错,GPU已经从单一的图形处理器逐渐过渡到通用处理器,功能得到了扩展。GPU作为CPU的一个协处理器,能参与到大量的数据计算中来,“天河一号A”就是典型代表—以“天河一号A”为代表,GPU已经由过去的“默默奉献”正式高调地出现在了我们面前。
接下来,就让我们一起走进本次GTC大会,来看看它到底给我们带来了什么?有哪些亮点值得我们关注。
可以同时分析和渲染?NVIDIA Maximus技术解读
在GTC大会的第一天早上(12月14日),NVIDIA CEO兼联合创始人黄仁勋先生给我们作了精彩的主题演讲。他告诉大家,GPU目前在动漫设计、人类基因DNA测序、最新的DirecX 11游戏体验……有着突出的作用。这其中,NVIDIA于不久前推出的Maximus技术,引起了在座的不少设计师和创造人员的高度的关注。
我们知道,NVIDIA旗下有基于Tesla的高性能计算产品和基于Quadro的图形渲染产品这两大主要的产品线。过去,这两类产品都是独立存在的。即Quadro主要是进行渲染,Tesla主要是进行计算。现在,NVIDIA将这两类产品融合在了一起,推出了一种名为Maximus技术的产品—这样的设计有何目的呢?
在过去,设计师和创造人员在使用工作站进行图形创作和设计时,无法同时进行分析和可视化。举例来说,在设计人员进行模拟或者对改动的设计进行模拟后,需要将这些结果传输到数据中心进行实时分析、仿真和计算。等数据中心分析完成并确定以后,才能进行下一步工作。很显然,这会影响设计人员的工作效率和创造灵感。而有了Maximus技术以后,设计师就可以在基于Maximus技术的工作站上,同时进行数据分析和可视化两项工作,能处理互动图形、进行大量的数据演算。而且这些数据演算是与模拟或渲染结果息息相关的。也就是说,设计人员有任何设计修改,都可以马上被实时地模拟和渲染出来,能马上看出设计修改对图形创作有什么影响,大大提升了设计的效率。这些任务此前需要用单独的步骤或在单独的系统上才能完成。据悉,已经有不少厂商开始推出基于Maximus技术的产品了,例如联想最新的ThinkStation。
此外在现场,黄仁勋还特别展示了3个基于Maximus技术制作的Demo设计。它们分别是利用Maximus技术模拟的摩托车、汽车和流体离子的动态效果,都非常逼真。例如设计摩托车和汽车,需要考虑它们的结构、强度、油耗等等。毫无疑问,利用了Maximus技术以后,这些计算过程都会得到缩减。
为何惹争议?“天河一号A”的“CPU GPU”历程
在GTC大会现场,还有另一个值得关注的地方:有大量的外国记者。其实大家都非常欢迎他们来参加本次在亚洲举行的GTC盛宴,不过他们中的一些人却多少有些不怀好意。起因是为我国争光、获得“世界第一”称号的“天河一号A”,在他们中的不少人看来问题多多,不值一提。“天河一号A”在去年一举夺魁后,大量的外媒对它嗤之以鼻。一时间,“形象工程”、“效率不高”等评判声层出不穷。因此主办方NVIDIA邀请了大量的外国记者到本次GTC大会现场,让他们看看“天河一号A”究竟是不是他们认为的那样“不堪”,中国的高性能 计算发展到了什么程度。
因此当黄仁勋做完主题演讲后,国家超级计算机天津中心孟祥飞博士上台为大家全方位介绍了“天河一号A”,其中有不少资料都是之前未曾披露的。他首先就表示:“天河一号A是世界上首台采用“GPU CPU异构计算”的超级计算机。”是的,传统的纯CPU方案的超级计算机已经很难再试图通过提升CPU频率、核心数量来提升计算能力了,而且一味提升上述规格的话,功耗和散热都将成为一个大难题。在这种情况下,虽然单个GPU的核心频率低,但它动辄上百个核心以及强大的并行计算能力使得越来越多的人关注它,“GPU CPU异构计算”被提上议事日程,“天河一号A”就是在这样的背景下诞生的。恰恰相反,采用纯CPU方案的多为欧美国家,这也就不难理解他们为什么会不看好“天河一号A”了。
由于之前我们曾对“天河一号A”进行过多次报道,因此这里不再对其规格和主要特点进行说明。下面我们一起来看看“天河一号A”目前的应用情况。孟祥飞博士告诉我们,目前基础科学研究、生命科学与生物医药、新能源新材料是“天河一号A”最主要的三大应用,来自这三个行业的诸如中国石化石油物探技术研究院、国家海洋局一所、中科院软件所等对高性能计算有着最为迫切的需求。它们需要借助“天河一号A”来开发和研究不同的项目,也是“天河一号A”最主要的客户。同时,这些项目也是极为耗费计算资源的,拥有超高计算能力的“天河一号A”正好能够满足它们的需求。
可能你会问,为什么诸如动漫设计等不是“天河一号A”最主要的应用呢?一方面是因为没有一台超级计算机是全能的,能在任何应用中都保持出色的性能。通常来说,设计一台超级计算机之前,都是具有较强目的性的,会事先根据目的来设计。因此一般而言,任何一台超级计算机都是有“属性”的,“天河一号A”也不例外。另一方面,诸如动漫设计等由于其本身对计算要求不算特别高,所以在“天河一号A”上的应用很少。
GPU计算与我们的生活
正如我们开篇所说,GPU计算与我们的生活息息相关。在GTC大会现场,一名来自上海交通大学的大学生,为我们展示了他利用GPU在图像去雾(Haze removal or De-hazing)上的应用成果。这是一种像素图像增强的算法,可方便对较大尺寸的图像进行实时的去雾计算。简而言之,你可以使在能见度低的环境下获得的图片变得更加清晰。该技术在汽车驾驶、图像监控、目标识别等领域中有重要的应用前景,尤其是对重庆这种“大雾城市”来说作用尤为明显。
此外,黄仁勋还在大会现场接受了包括本刊记者在内的全球记者的群访。其中有两点值得我们关注,一则是关于CPU和GPU的比较,以及对英特尔TickTock策略的看法。黄仁勋表示:“CPU很小、GPU很大……”他认为,英特尔每年其实只生产一颗很小的芯片。虽然产品型号众多,但实际只有一颗。所以才会有Tick-Tock的说法,通过更新工艺来制造新产品。NVIDIA不可能像英特尔那样去做Tick-Tock,因为NVIDIA GPU很大,专注于提升GPU的性能。而且这种策略会一直继续下去。
在谈到中国的高性能计算发展时,黄仁勋告诉我们,中国正在发生巨变,已经开始由中国制造开始转为中国设计、创造。这是因为现在有越来越多的中国设计和创意,高性能计算在中国正处于高速发展阶段,无论是软件的研发,还是研发人员的技能、数量都在提升。NVIDIA非常重视如今中国的高性能计算发展。
绿色高性能计算:未来GPU的HPC发展之路
GPU从最早以游戏为主要代表的图形应用,到后来人们发现它出色的并行计算能力,使它逐步进化成协处理器,在动漫渲染、石油勘察、生物医疗等众多方面发挥着重要作用。GPU实现了“华丽的转身”,而“天河一号A”就是GPU应用的典型代表,这是世界第一台采用“CPU GPU异构计算”架构的超级计算机,它的成功已经充分证明了GPU在数据计算方面的重要性,更昭示着未来高性能计算将走向“CPU GPU异构计算”。可以这么认为,如今GPU的应用已经渗入到我们生活的方方面面。只是这方面的宣传很少,让我们忽视了GPU这个改善我们生活的幕后英雄。而GTC大会的成功举办,让GPU成功地走到了台前,让更多的人了解到它的重要性。
在GTC大会闭幕当天(12月15日),负责NVIDIA Tesla业务的首席技术官Steve Scott展示了GPU未来的高性能发展之路:HPC Goes Green(绿色高性能计算)。它的观点很明确,那就是GPU由于自身特点,在高性能和图形计算方面,拥有出众的性能,功耗控制也更优秀。而NVIDIA下一代和下下代的Kepler和Maxwell就是这样的产品,它们有着出色的每瓦性能,这也进一步验证了未来高性能计算将朝着“CPU GPU异构计算”继续发展。