GPU將開(kāi)創(chuàng)計(jì)算新紀(jì)元

　　魏鳴，是NVIDIA公司中國(guó)區(qū)市場(chǎng)總監(jiān)。

　　美國(guó)著名計(jì)算機(jī)科學(xué)家、田納西州大學(xué)計(jì)算機(jī)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室主任Jack Dongarra博士曾經(jīng)說(shuō)過(guò)，將來(lái)的計(jì)算架構(gòu)會(huì)是CPU和GPU(圖形處理器)的結(jié)合。今天，這一預(yù)言正在變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，2009年是GPU計(jì)算發(fā)展的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，今后不論是視頻應(yīng)用還是網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的開(kāi)發(fā)商，都會(huì)開(kāi)始意識(shí)到GPU的重要性，并且利用GPU的計(jì)算優(yōu)勢(shì)去開(kāi)發(fā)新的應(yīng)用，“CPU+GPU”的異構(gòu)計(jì)算會(huì)成為以后的主流趨勢(shì)。

　　現(xiàn)在很多人在市場(chǎng)上買(mǎi)電腦時(shí)都會(huì)說(shuō)：我要獨(dú)立顯示芯片。因?yàn)橹按蠹抑饕鞘褂肞C完成一些簡(jiǎn)單的應(yīng)用，而現(xiàn)在有更多CPU滿(mǎn)足不了的需求，需要更強(qiáng)大的GPU功能。比如現(xiàn)在人們對(duì)網(wǎng)絡(luò)上視頻、照片的需求越來(lái)越大，F(xiàn)acebook目前在中國(guó)還沒(méi)有被允許開(kāi)展業(yè)務(wù)，但在國(guó)外每個(gè)月上傳的照片達(dá)8億張;每天有1.7億個(gè)視頻在優(yōu)酷網(wǎng)站上被播放;三分之一的美國(guó)人玩網(wǎng)絡(luò)游戲照片、視頻、游戲是人們生活中越來(lái)越不可或缺的一部分，而視頻應(yīng)用、照片處理等對(duì)GPU的要求最高，因?yàn)樗枰瑫r(shí)處理大量數(shù)據(jù)。一臺(tái)好的筆記本電腦必須配置一個(gè)獨(dú)立的顯卡，才能把這些事做得更快更好。

　　不夸張地說(shuō)，視頻時(shí)代已經(jīng)到來(lái)，GPU計(jì)算會(huì)越來(lái)越成熟，越來(lái)越多基于GPU開(kāi)發(fā)出來(lái)的新應(yīng)用將引爆“計(jì)算臨爆點(diǎn)”：GPU不僅是未來(lái)計(jì)算的趨勢(shì)，而且是顛覆性的趨勢(shì)。

　　為什么網(wǎng)絡(luò)視頻時(shí)代的到來(lái)意味著GPU的新紀(jì)元呢?我們知道，中央處理器(CPU)的設(shè)計(jì)宗旨是要從指令流中得到最高的處理效能，即用最短的時(shí)間完成一項(xiàng)任務(wù)，這就是串行計(jì)算;但串行計(jì)算架構(gòu)的CPU天生就不適合并行計(jì)算工作，相比之下，始于圖形處理的GPU一開(kāi)始就是被設(shè)計(jì)來(lái)處理大規(guī)模的并行計(jì)算，數(shù)千萬(wàn)的多邊形和像素的并行處理，使得GPU在發(fā)展的同時(shí)不斷地加入更多的處理核心并完善并行處理能力，可以同時(shí)處理海量數(shù)據(jù)。如Jack Dongarra所說(shuō)，最好的計(jì)算架構(gòu)是CPU+GPU協(xié)同運(yùn)算架構(gòu)。在“CPU+GPU=計(jì)算”這個(gè)等式中，CPU目前有4個(gè)核，GPU這個(gè)核將會(huì)變得很重要，主要是因?yàn)镚PU在照片和視頻領(lǐng)域的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)很多很火的游戲都是基于GPU計(jì)算開(kāi)發(fā)的，而諸如地質(zhì)勘探、生物科學(xué)、流體力學(xué)、金融建模、醫(yī)療成像等新興應(yīng)用領(lǐng)域，也都開(kāi)始利用GPU強(qiáng)大的并行處理能力。

　　由于我們的個(gè)人電腦大多基于英特爾X86架構(gòu)，所以必須由CPU來(lái)調(diào)度。GPU跟CPU分工不同，有的程序可能在CPU上跑比在GPU上快，但是有的程序在GPU上跑比CPU會(huì)快幾十倍甚至幾百倍，比如整數(shù)運(yùn)算CPU做得非?？?，但是浮點(diǎn)運(yùn)算GPU比CPU快得多，所以把浮點(diǎn)運(yùn)算放在GPU上進(jìn)行，整數(shù)運(yùn)算放在CPU上，是最有效率的解決方案。這種“異構(gòu)計(jì)算”真正實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)整體計(jì)算能力的最大化利用：GPU和CPU協(xié)同工作，GPU處理大量的圖形和并行處理，CPU處理操作系統(tǒng)和指令的邏輯控制，兩者的協(xié)同比以往單純CPU運(yùn)算高出幾十倍甚至幾百倍。

　　因此，現(xiàn)在世界上最主流的兩種操作系統(tǒng)，即微軟和蘋(píng)果的OS都已經(jīng)內(nèi)置了GPU計(jì)算。微軟最新發(fā)布的Windows 7第一次內(nèi)置GPU計(jì)算，獲得了明顯的效能提升：第一是更快，大家最關(guān)心操作系統(tǒng)的速度問(wèn)題，Win 7內(nèi)置的GPU可以調(diào)動(dòng)CPU的計(jì)算功能，所以它的處理速度很快;第二是整合了GPU的新功能，使Win 7無(wú)需第三方軟件就可以實(shí)現(xiàn)多種媒體功能;第三是“真”，用戶(hù)玩游戲時(shí)可以享受到三維立體效果，這些應(yīng)用都是因?yàn)檎{(diào)動(dòng)了GPU計(jì)算的加速功能才得以實(shí)現(xiàn)。而蘋(píng)果最新的Mac OS X10.6 Snow Leopard(雪豹)操作系統(tǒng)，也通過(guò)OpenCL(Open Computing Language)支持GPU通用計(jì)算加速。OpenCL是由蘋(píng)果公司發(fā)起，業(yè)界眾多著名廠商共同制作的，面向異構(gòu)系統(tǒng)通用目的并行編程的開(kāi)放式、免費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)，也是一個(gè)統(tǒng)一的編程環(huán)境，能夠讓操作系統(tǒng)更好地利用GPU的性能。

　　未來(lái)的計(jì)算模式是什么?CPU和GPU將會(huì)合二為一還是分開(kāi)?現(xiàn)在還很難說(shuō)。但在今天，協(xié)同計(jì)算是大方向，根據(jù)不同的應(yīng)用選擇合適的處理器，使用戶(hù)的投資回報(bào)和運(yùn)算速度更優(yōu)化。