CUDA時(shí)代來臨 GPU將重分IT奶酪
當(dāng)年一場(chǎng)場(chǎng)CPU革命把人類推上了IT列車，如今GPU正把火車換成飛機(jī)。而一直在IT方面不斷追趕的中國(guó)，此次也搭上了頭等艙。
近日，中國(guó)科學(xué)院和清華大學(xué)分別被授予CUDA卓越中心的稱號(hào)，以表彰他們?cè)诶肎PU進(jìn)行高性能計(jì)算的突出貢獻(xiàn)，而親自授予他們這個(gè)榮譽(yù)的正是GPU計(jì)算革命的發(fā)起者和主導(dǎo)者-----NVIDIA（英偉達(dá)）公司。
在雙方眼中，GPU計(jì)算不僅是世界IT業(yè)的下一場(chǎng)革命，也是中國(guó)贏得IT奶酪的絕佳機(jī)會(huì)。
GPU取長(zhǎng)CPU補(bǔ)短
在人們都習(xí)慣了“Intel Inside”之后，再提計(jì)算革命似乎總有點(diǎn)班門弄斧，但事實(shí)勝于雄辯，GPU以極其強(qiáng)悍的數(shù)據(jù)證明，下一場(chǎng)顛覆性的計(jì)算革命已經(jīng)到來，世界需要新的計(jì)算之王。
這不是噪音，也不是口號(hào)，而是正在發(fā)生的巨變。
在英特爾的奔騰時(shí)代，摩爾定律讓處理器的主頻時(shí)鐘速度在短短幾年顯著提升。但是隨著摩爾定律的進(jìn)步，從45納米到32納米，CPU集成的晶體管越來越多，但在高性能計(jì)算方面性能還不能滿足用戶持續(xù)增長(zhǎng)的需求。同時(shí)基于CPU的大型計(jì)算服務(wù)器也由于高額的采購(gòu)成本和維護(hù)費(fèi)用也成為了無法逃避的弊端。
高性能計(jì)算的明天在哪里？革命在何方？GPU計(jì)算應(yīng)運(yùn)而生。
如果說上一次計(jì)算革命--集成電路，讓過去占據(jù)一幢房子大小的高性能計(jì)算機(jī)縮小到一個(gè)房間，也就此掀起一場(chǎng)個(gè)人消費(fèi)電腦的普及革命。而如今GPU計(jì)算的革命可以將幾個(gè)房間大小的高性能計(jì)算服務(wù)器縮小成一臺(tái)個(gè)人電腦的大小，以GPU為基礎(chǔ)的個(gè)人高性能超級(jí)計(jì)算機(jī)就此誕生！
改變的秘密在于CPU和GPU的本質(zhì)區(qū)別。
CPU的設(shè)計(jì)宗旨就是要從指令流中得到最高的處理效能，即要用最短的時(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天生就不適合高性能計(jì)算領(lǐng)域所強(qiáng)調(diào)的并行計(jì)算工作，這是為什么CPU現(xiàn)在成為了高性能計(jì)算性能提升的瓶頸。
相形之下，始于圖形處理的GPU一開始就是被設(shè)計(jì)來處理大規(guī)模的并行計(jì)算，數(shù)千萬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。
舉個(gè)今天GPU計(jì)算應(yīng)用的實(shí)例，比利時(shí)安特衛(wèi)普大學(xué)原來用的超級(jí)計(jì)算機(jī)有512顆處理器核，成本是530萬美元，占用了好幾個(gè)機(jī)柜；而后來?yè)Q成一臺(tái)擁有8個(gè) GPU的臺(tái)式系統(tǒng)，性能相當(dāng)，成本只有7000美元，占地面積也大為減少。以GPU計(jì)算為基礎(chǔ)的高性能計(jì)算服務(wù)器在成本、性能等方面的優(yōu)勢(shì)毋庸置疑。
但擁有先天的強(qiáng)大并行計(jì)算能力的GPU被廣大高性能計(jì)算用戶所接受的道路并非一帆風(fēng)順。
作為先驅(qū)者，NVIDIA（英偉達(dá)）1999年就推出GPU，2002年就開始大力推廣GPU計(jì)算技術(shù)，推出第一個(gè)可編程的GPU，提出了GPGPU概念，即具有通用計(jì)算用途的GPU，這開始讓CPU廠商恐慌。但GPGPU編程難度太高，無法快速推廣。
2003年，NVIDIA（英偉達(dá)）開始全新嘗試，舉三年之力，于2006年成功推出CUDA架構(gòu)（Compute Unified Device Architecture），于2007年正式發(fā)布。
CUDA是一個(gè)更適合于并行計(jì)算的架構(gòu)，提供了硬件的直接訪問接口，并率先提供了針對(duì)GPU(圖形處理器)編程的C語(yǔ)言開發(fā)環(huán)境。
CUDA 是由NVIDIA（英偉達(dá)）推出的通用并行計(jì)算架構(gòu)。該架構(gòu)充分將GPU強(qiáng)大的并行計(jì)算能力調(diào)動(dòng)起來，使GPU能夠在解決復(fù)雜計(jì)算問題上發(fā)揮其先天的優(yōu)勢(shì)。開發(fā)人員現(xiàn)在僅使用C語(yǔ)言（C語(yǔ)言是應(yīng)用最廣泛的一種高級(jí)編程語(yǔ)言），就能在基于CUDA架構(gòu)的GPU（圖形處理器）上編寫程序，所編寫出的程序可以在支持CUDA的處理器上以超高性能運(yùn)行。CUDA將來還會(huì)支持其它語(yǔ)言，包括FORTRAN， Python以及C++。
不僅如此，CUDA還是免費(fèi)的開源技術(shù)，使廣大開發(fā)者都能挖掘NVIDIA（英偉達(dá)） GPU巨大的計(jì)算能力，解決復(fù)雜的科學(xué)運(yùn)算問題。
