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GPU高性能计算与图像处理

2013年10月21日 ⁄ 综合 ⁄ 共 1714字 ⁄ 字号 评论关闭

1                什么是GPU高性能计算

      近年来,以NVIDIA Tesla为代表的异构芯片(协处理器)逐渐被引入到通用计算领域中。最初的图形处理(Graphic Processing Unit, GPU)就是用来处理大规模的并行计算,并且GPU的并行处理能力在不断的上升。GPU将更多的晶体管用于执行单元,而非像CPU那样用作复杂的数据cache和指令控制。由于GPU具有超强的浮点计算能力,除了在传统领域(图形显示,多用于游戏)的应用以外,GPU越来越多地应用在科学计算领域上,并且逐渐进入高性能计算的主流。

       CUDA(Compute Unified Device Architecture,统一计算设备架构)
是一种由NVIDIA推出的通用并行计算架构,该架构使GPU能够解决复杂的高性能计算问题。CUDA编程是在C语言上的基础上对C语言的扩展,不再需要借助于图形学APICUDA开发人员只需要在C语言的基础上从CPU过度到GPU上,CUDA提供了简单、容易的GPU开发工具,因此对于开发者来说,CUDA的开发门槛大大降低了。CUDA编程采用了异构体系结构的模式,CPU作为主机,GPU作为CPU的协处理器(或称设备),CPUGPU协同工作,CPU负责逻辑性强的事务处理和串行计算,GPU负责高度并行化的计算任务,CPUGPU共同完成加速任务。

     CUDA编程语言的推出,使得在GPU平台上的高性能计算应用软件越来越多。目前,CUDA在石油勘测、流体动力学模拟、天文计算、分子动力学仿真、生物计算、图像处理、音频视频编解码、医疗成像、金融、数据库等领域得到广泛的应用,在很多应用中获得2-3个数量级的加速比,极大地提高了性能。

 

     GPU已广泛应用在图像增强处理、图像目标搜索、公安行业、国防安全、平安城市、交通系统、救灾、卫星成像、信号处理、人脸识别、指纹识别、多路高清直播、智能视频监控等领域中。在这些领域,利用GPU可以达到实时性计算,相对CPU平台加速数十倍甚至数百倍,CUDA计算在图像处理领域中的成功案例如下图:

2                GPU高性能计算特点

     目前,高端的Nvidia GPU包含上千个核,双精度峰值性能超过1Tflops,单精度性能超过3Tflops,性价比远超过CPUNVIDIA
GPU
TeslaGeForce两个系列,Tesla为服务器上专用,内存空间较大,运行稳定,但价格较高,GeForce系列显卡性能达到Tesla的性能,然而成本很低,中端系列的GeForce显卡只需要一千多元配置在PC上即可获得数十倍的性能。

     目前,很多应用运行在PC机器上,然后PC的性能有限,尤其随着处理的数据规模的增大,PC已远不能满足性能的需求,当采用CPU服务器解决时,成本将提高5-10倍,不利于成本的控制。然后,Nvidia提供了PC版本的GeForce系列GPUGeForce系列GPU价格在数百元到上万元之前,我们可以采用PC+
GeForce GPU
的配置方案,性能同样可以获得原PC的数十倍,然而,成本仅增加10%-50%PC+GPU的优化方案将成为一些应用软件的重要配置方案。

3                技术服务

     本团队成员在CUDA方面有丰富的项目经验,具备5CUDA项目开发经历,在图像处理、生命科学、流体力学、石油勘探等多个领域开发过CUDA程序。在图像处理领域,完成过图像缩放、旋转、抠图、匹配等算法CUDA加速,性能达到数十倍,满足了高清图像的实时处理。

     本团队提供以下服务:

          1)  服务器CPU+GPUPCCPU+GPU配置方案;

          2)  串行程序移植到GPU平台,加速原应用性能;

          3)  专业的CUDA编程培训;

          4)  基于串行算法的CUDA并行算法设计方案

     对这方面有合作需求的可以联系:

          Emailzhang03_11@163.com

          QQ331526010

 

 

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