小木蟲emuchnetGU高性能計(jì)算

跨入新的計(jì)算時(shí)代——GPU超算技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用1“快”...僅僅只是"快"嗎？如果提高2~3倍，那只是"快“多作一些事、少等一會(huì)兒不會(huì)改變你的工作模式如果提高10倍以上，那是個(gè)"重大的改變“是否值得升級(jí)？是否考慮改寫部分應(yīng)用軟件？如果...提高"100倍"以上，那可是種"顛覆""守住舊系統(tǒng)"將面臨淘汰的命運(yùn)值得更換應(yīng)用平臺(tái)，值得重新架構(gòu)應(yīng)用軟件（并行運(yùn)算）"創(chuàng)新"將被重新定義，許多過去認(rèn)為不可能的應(yīng)用，都將實(shí)現(xiàn)2開場：小蝦米挑戰(zhàn)大鯨魚小蝦米：1萬美金的GPU臺(tái)式計(jì)算機(jī)挑戰(zhàn)大鯨魚：CalcUA的五百萬美金256CPUNodes(512cores)超級(jí)Cluster運(yùn)算3比賽：斷層掃瞄影像重建時(shí)間1萬美金的GPU臺(tái)式計(jì)算機(jī)超過五百萬美金512cores超級(jí)Cluster67.4秒59.9秒小蝦米勝出55606570Source：UniversityofAntwerp,Beigium

4更多的挑戰(zhàn)結(jié)果--科研領(lǐng)域ComputationalChemistry化學(xué)模擬NeurologicalModeling神經(jīng)模型CellphoneSimulation電磁模擬3DCTUltrasound斷層掃瞄245倍130倍37倍11倍4.6天2.7天8小時(shí)3小時(shí)27分30分13分16分5GPU的廣泛應(yīng)用6更多的挑戰(zhàn)成果......數(shù)百倍的提速7更多的挑戰(zhàn)成果......數(shù)百倍的提速8GPU開發(fā)平臺(tái)9GPU加速處理器＋并行運(yùn)算

的強(qiáng)大優(yōu)勢10二萬美金的GPU工作站高級(jí)PC臺(tái)式機(jī)，加4片GPU卡（右圖）每片GPU卡提供448個(gè)運(yùn)算核，一套GPU工作站具備1792個(gè)運(yùn)算核小蝦米的秘密：GPU+并行運(yùn)算實(shí)現(xiàn)『并行運(yùn)算』架構(gòu)，提升速度達(dá)百倍以上（與“串行運(yùn)算”比較）GPU關(guān)鍵元件主要供應(yīng)商N(yùn)VIDIA11GPU計(jì)算優(yōu)勢1:大量運(yùn)算核（ALU）DRAMGPU

架構(gòu)示意圖大量ALUCacheALUControlALUALUALUDRAMCPU架構(gòu)示意圖主頻匯流排內(nèi)存帶寬12GPU計(jì)算優(yōu)勢2：輕易實(shí)現(xiàn)"并行運(yùn)算"GPU是天然的并行計(jì)算設(shè)備（大量ALU）透過CUDA輕易容易實(shí)現(xiàn)并行運(yùn)算支持C/C++、Fortran、Matlab等語言擴(kuò)充性與延展性強(qiáng)Load/storeGlobalMemoryThreadExecutionManagerInputAssemblerHostTextureTextureTextureTextureTextureTextureTextureTextureTextureParallelData

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CacheLoad/storeLoad/storeLoad/storeLoad/storeLoad/store13GPU計(jì)算優(yōu)勢3：浮點(diǎn)運(yùn)算速度14GPU方案超優(yōu)異"性價(jià)比"（16倍）純CPU方案4cores/臺(tái)單臺(tái)速度：0.07Teraflop/臺(tái)單臺(tái)價(jià)格：40,000人民幣/臺(tái)單臺(tái)功耗：400W/臺(tái)共需1429臺(tái)CPUservers總成本：人民幣5716

萬總耗電：571KW（GPU+CPU）方案1792cores/套單套速度：4Teraflops/套單套價(jià)格：150,000人民幣/套單套功耗：(400+900)W/套共需25套（GPU＋CPU）總成本：人民幣475萬總耗電：32.5KW組建一個(gè)具有100TF處理能力的集群，采用CPU和GPU的對(duì)比：空間差28倍速度快57倍成本差12倍耗電差17倍GPU的優(yōu)勢15NVIDIAGPU產(chǎn)品介紹16GPU方案超優(yōu)異"性價(jià)比"（16倍）17GPU方案超優(yōu)異"性價(jià)比"（16倍）18GPU應(yīng)用介紹與成功案例19GPU應(yīng)用領(lǐng)域視覺影像領(lǐng)域："3D"與"高清"3D/2D之特效制作加速、渲染加速：20倍電影"阿凡達(dá)"、"2012"、"風(fēng)云2"均使用GPU技術(shù)動(dòng)漫、游戲、精密機(jī)構(gòu)影像視頻之標(biāo)清轉(zhuǎn)高清應(yīng)用：10倍家庭視聽設(shè)備：高清電視、3D電視商業(yè)應(yīng)用：數(shù)據(jù)量大，對(duì)精度要求不高即時(shí)（決策）系統(tǒng)：即時(shí)股市分析系統(tǒng)數(shù)據(jù)挖掘（分析）：保險(xiǎn)業(yè)、信用卡、電信業(yè)等海量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析、門戶網(wǎng)站的即時(shí)IP分析大量比對(duì)（搜索）：信息安全：病毒比對(duì)（卡巴斯基）、垃圾郵件、上網(wǎng)行為管理、攔截不當(dāng)言論發(fā)表（博客、短訊）影像庫搜索(imagesearching）：Google服務(wù)安防領(lǐng)域：人臉識(shí)別、表情識(shí)別、行為預(yù)測數(shù)據(jù)庫路由規(guī)劃：流通業(yè)（物連網(wǎng)應(yīng)用）加密解密：流媒體、數(shù)字版權(quán)管理科研領(lǐng)域：偏微分方程，對(duì)精度要求很高數(shù)學(xué)運(yùn)算：石油探勘、醫(yī)學(xué)成橡（CT）、航太、氣象模型模擬：EDA、電磁模擬、流體模擬、分子動(dòng)力仿真應(yīng)用：汽車碰撞模擬、飛行模擬高清晰視頻20GPU應(yīng)用領(lǐng)域MATLAB加速應(yīng)用軟件Matlab，labview等數(shù)學(xué)運(yùn)算程序成像及計(jì)算機(jī)視覺MartenBjorkman

，SiftGPU，F(xiàn)lowlib：密集型光流，貝葉斯光流分子動(dòng)力學(xué)VMD，NAMD，HOOMD等分子動(dòng)力學(xué)軟件包計(jì)算電磁學(xué)和電磁力學(xué)FDTD算法，Acceleware

電磁學(xué)解決方案計(jì)算化學(xué)Gaussian和GAMESS等工作，直接自洽場（SCF）計(jì)算，雙電子積分評(píng)估計(jì)算金融隨機(jī)數(shù)字生成器以及蒙特卡洛模擬，期權(quán)定價(jià)、風(fēng)險(xiǎn)分析、算法交易計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)納維—斯托克斯（Navier-Stokes）模型以及LatticeBoltzman方法生物信息學(xué)HMMER,MUMER等DNA序列比對(duì)數(shù)據(jù)挖掘、分析學(xué)GPUminer，Cmatch

數(shù)據(jù)挖掘，比對(duì)天氣、大氣、海洋建模與空間科學(xué)WRF模型，海嘯模擬醫(yī)療成像Digisens

SnapCT

體層重建，高級(jí)MRI重建21NAMD實(shí)際測試22NAMD實(shí)際測試結(jié)果23支持GPU/CUDA之應(yīng)用（快速增加中）24中國GPU實(shí)際案例：港口貨柜安檢北方某港口采用高科技斷層掃瞄技術(shù)，掃瞄所有進(jìn)出港的集裝箱傳統(tǒng)CPU電腦影像處理速度問題，每一個(gè)貨柜的掃瞄成像，平均需要25~30分鐘時(shí)間，造成港口嚴(yán)重堵塞該掃瞄成像系統(tǒng)，於09年7月改用GPU方案大幅提高成像速度達(dá)50倍以上將成像時(shí)間縮短至1分鐘以內(nèi)大大改善擁塞問題25應(yīng)用范例：Bloomberg節(jié)省90%成本彭博公司（Bloomberg）是一家專門提供經(jīng)濟(jì)資訊的財(cái)經(jīng)公司1996年成立于紐約和新澤西州，目前是全美最具權(quán)威的『資產(chǎn)評(píng)估』公司。提供『資產(chǎn)擔(dān)保債券估值』，每晚發(fā)布計(jì)算的結(jié)果數(shù)據(jù).2008年金融風(fēng)暴後，客戶”高精度計(jì)算”需求快速增長，數(shù)據(jù)中心的硬件需求將成10倍地增長所需的CPU處理器核心數(shù)目將從原有的800個(gè)猛增到8000個(gè)左右機(jī)房空間也需要增加10倍以上.最後，彭博選擇采用GPU了Nvidia的TeslaGPU系統(tǒng)產(chǎn)品只用48套系統(tǒng)，空間節(jié)省90%以上總體成本節(jié)省90%以上花費(fèi)了1年左右的時(shí)間進(jìn)行程序改寫（CUDA并行運(yùn)算）Nvidia的Tesla服務(wù)器擔(dān)負(fù)了90%的運(yùn)算任務(wù)，裝備Tesla服務(wù)器的數(shù)據(jù)中心的性能則因此而提升了800%。26吉浦迅科技

在GPU應(yīng)用的技術(shù)優(yōu)勢27吉浦迅科技簡介2009年9月成立於蘇州工業(yè)園區(qū)獨(dú)墅湖高教區(qū)注冊(cè)資本額：人民幣500萬元（內(nèi)資）是國內(nèi)首家"專注於GPU應(yīng)用"的科技公司成立便獲得蘇州工業(yè)園區(qū)科技局『高新科技投資』GPU行業(yè)資質(zhì)：NVidia推薦供應(yīng)商（TPP：TeslaPreferredProvider)麗臺(tái)科技Tesla產(chǎn)品中國區(qū)代理華碩電腦GPU服務(wù)器/工作站中國區(qū)戰(zhàn)略合作伙伴Accelereyes首家中國區(qū)JacketOEM合作伙伴，為國內(nèi)廣大Matlab用戶提供最專業(yè)的Jacket技術(shù)支持與升級(jí)輔導(dǎo)業(yè)務(wù)，并提供GPU應(yīng)用的合作開發(fā)。28發(fā)揮GPU效益的關(guān)鍵：優(yōu)化技術(shù)GPU優(yōu)化技術(shù)，是個(gè)『整合性』的技術(shù)，包括對(duì)GPU硬件架構(gòu)、硬件配置的深度了解對(duì)GPU應(yīng)用介面（例如CUDA、OpenCL）的深度了解對(duì)并行運(yùn)算的深度了解對(duì)應(yīng)用領(lǐng)域的深度了解（與行業(yè)應(yīng)用開發(fā)商合作）29吉浦迅科技的技術(shù)優(yōu)勢核心技術(shù)團(tuán)隊(duì)來自於NVidia鉆研GPU應(yīng)用均有八年以上經(jīng)驗(yàn)，是國內(nèi)非常稀缺的GPU應(yīng)用技術(shù)資源中國最熟悉GPU硬件架構(gòu)、驅(qū)動(dòng)、配置的稀缺人力中國最能掌握GPU技術(shù)發(fā)展趨