顯卡超強(qiáng)計(jì)算能力或?qū)?lái)計(jì)算革命

日前在德國(guó)科隆大學(xué)術(shù)協(xié)會(huì)萊茵游學(xué)論壇舉行的一場(chǎng)講座吸引了眾多聽(tīng)眾。德國(guó)弗勞恩霍夫人工智能研究所的研究員仇德元描述了計(jì)算機(jī)領(lǐng)域可能出現(xiàn)的一場(chǎng)“計(jì)算革命”——顯卡革命。

　　從第一塊32位中央處理器(CPU)到今天，計(jì)算機(jī)已陪伴了我們20多年?；仡欉@20多年來(lái)計(jì)算機(jī)走過(guò)的路程，無(wú)論是用于大型計(jì)算的超級(jí)計(jì)算機(jī)，還是方便靈巧的個(gè)人電腦，都從各個(gè)方面極大地推動(dòng)了人類(lèi)的科技進(jìn)步。

　　CPU作為長(zhǎng)久以來(lái)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)唯一執(zhí)行通用計(jì)算的單元，在計(jì)算機(jī)發(fā)展史上至關(guān)重要，因而它也成為衡量計(jì)算機(jī)性能的主要指標(biāo)。以美國(guó)英特爾公司的產(chǎn)品為例，CPU的主頻從“386”到“奔騰4”一路提升，計(jì)算性能也不斷增強(qiáng)。到2004年前后，CPU的主頻提升到了極限，從而結(jié)束了長(zhǎng)達(dá)20年的主頻時(shí)代。前端總線頻率(FSB)、二級(jí)緩存，特別是多核心芯片技術(shù)成了CPU繼續(xù)維持計(jì)算能力增長(zhǎng)的出路，雙核、4核處理器成為目前市場(chǎng)的主要發(fā)展方向之一。

　　然而，面對(duì)科研及相關(guān)領(lǐng)域越來(lái)越復(fù)雜的新情況，就連最新的CPU也不能滿(mǎn)足對(duì)計(jì)算能力日益增長(zhǎng)的需求。比如股票交易跟蹤、計(jì)算機(jī)視覺(jué)計(jì)算等大型科學(xué)計(jì)算、圖像和模型處理、視頻解碼和播放軟件等運(yùn)算量大的應(yīng)用程序以及當(dāng)今的三維電腦游戲，都對(duì)計(jì)算能力提出了更高要求。

　　仇德元認(rèn)為，不久后很可能出現(xiàn)的一場(chǎng)“計(jì)算革命”有望解決上述難題，這種更高水平的計(jì)算有賴(lài)于通用圖形處理器(GPGPU)的發(fā)展。這是一種利用顯示處理器高性能的并行數(shù)據(jù)處理能力來(lái)進(jìn)行通用計(jì)算的技術(shù)。利用GPGPU，顯卡不再是單一的圖形處理元件，而是一塊像CPU一樣具有通用計(jì)算能力的處理器，重要的是它的計(jì)算能力有可能令當(dāng)今最快的CPU望塵莫及。

　　與GPGPU相關(guān)的技術(shù)應(yīng)用成功范例在業(yè)界已為數(shù)不少。美國(guó)Techniscan公司利用圖形處理器(GPU)改良了它們的乳房造影儀器，病人以前需要隔天或等待很長(zhǎng)時(shí)間才能拿到的檢查報(bào)告，如今在就診30分鐘內(nèi)就可以獲得。加拿大的Acceleware公司用雙核3.2吉赫茲的CPU進(jìn)行電磁場(chǎng)模擬需要15個(gè)小時(shí)，而使用GPU只需要15分鐘。用GPU解運(yùn)動(dòng)學(xué)方程比原來(lái)快500倍，用GPU進(jìn)行諧波分析比原來(lái)快420倍。而GPGPU是用于通用目的的圖形處理器，其應(yīng)用范圍包括圖形處理、財(cái)務(wù)計(jì)算、工業(yè)研發(fā)、科研教育等更多領(lǐng)域。

　　談到GPGPU的發(fā)展，就不能不提及CUDA(統(tǒng)一計(jì)算設(shè)備架構(gòu))。這是美國(guó)nVidia公司在2007年推出的GPGPU編程語(yǔ)言，它與nVidia公司的圖形處理器相結(jié)合，成為目前市場(chǎng)上較成功的GPGPU開(kāi)發(fā)架構(gòu)。

　　目前，商業(yè)數(shù)學(xué)軟件Matlab、圖像處理軟件PhotoShop等已采用GPGPU技術(shù)。英特爾公司發(fā)布消息說(shuō)，該公司將在2010年上半年推出自己的“獨(dú)立顯卡”Larrabee。這是一款基于奔騰技術(shù)且擅長(zhǎng)單指令數(shù)據(jù)流運(yùn)算的大規(guī)模并行處理器，它的出現(xiàn)可能將使CPU和GPU之間不再有清晰界限。

 

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