Jak zbudować superkomputer za 1/10 ceny

Efektywne wykorzystanie architektury NVIDIA CUDA w aplikacjach profesjonalnych i naukowych

Na krakowskiej Akademii Górniczo Hutniczej  odbyła się konferencja poświęcona zastosowaniu systemów komputerowych w aplikacjach naukowych, profesjonalnych i przemysłowych  Computer Information Systems and Industrial Management Applications 2010 (CISIM). W konferencji wzieli udział naukowcy i wykładowcy z uniwersytetów całego swiata, w tym Japonii, USA, Indii, Francji, Wielkiej Brytanii Czech i oczywiście Polski. Jedna z prezentacji otwierających konferencję dotyczyła przetwarzania równoległego z wykorzystaniem procesorów graficznych oraz architektury NVIDIA CUDA.
 

 

Jedną z prezentacji otwierających konferencję (keynote) wygłosił Michał Harasimiuk reprezentujący partnera firmy NVIDIA, Petapath, który przybliżył uczestnikom korzyści płynące z wykorzystania procesorów graficznych NVIDIA Tesla oraz architektury CUDA w zastosowaniach naukowych i inżynieryjnych. W swojej pracy zatytułowanej „Jak zbudować superkomputer za 1/10 ceny” Michał Harasimiuk omówił zagadnienia związane z dedykowanym oprogramowaniem i ekosystemem NVIDIA CUDA. Na uwagę zasługują projekty, które zostały przytoczone jako przykłady zastosowania obliczeń HPC i systemów NVIDIA Tesla w dziedzinie badań naukowych oraz obliczeń profesjonalnych. Najciekawsze projekty to , m.in. badania naukowców z francuskiego Laboratorium Informatyki, Robotyki i Mikroelektroniki w Montpellier oparte na wykorzystaniu przetwarzania równoległego w medycynie. Projekty laboratorium LIRMM dotyczą m.in. wykorzystania interktywnych robotów w operacjach na otwartym sercu reagujących w czasie rzeczywistym na procesy zachodzące w operowanym narządzie.  

 

Nie mniej ambitne zadanie postawiła przed sobą firma Binatix, której specjaliści stworzyli oprogramowanie o nazwie HD-RNN (Hierarchical Deep Recurrent Neural Network). Wykorzystuje ono mechanizmy zbliżone to tych, na których oparta jest praca ludzkiego mózgu do wykrywania wzorców (pattern recognition) w dużych ilościach danych np. w przetwarzanym w czasie rzeczywistym obrazie wideo. Technologia ta może być wykorzystana np. do wykrywania ludzich emocji, wyrazu twarzy, czynności, itp. i podejmowania na tej podstawie odpowiednich działań. Bardzo przystępnie zilustrowane, przykładowe zastosowanie tego rozwiązania można zobaczyć na filmie:
 

 

Obliczenia z wykorzystaniem GPU wykorzystuje również firma VisiSonics, która opracowała urządzenie o nazwie VisiSonics RealSpace™ Panoramic Audio Camera. Może ono rejestrować jednocześnie obraz i dźwięk w zakresie 360 stopni, dzięki wbudowanych 5 kamerom i 64 mikrofonom. Najbardziej niezwykłe jest jednak to, że po przetworzeniu zebranych w ten sposób danych przez oprogramowanie VisiSonics HRTF - RealSpace 3D, możliwe jest odtworzenie dźwięku w taki sposób, aby był odbierany przez mózg jako idealnie przestrzenny z wykorzystaniem klasycznego, dwukanałowego źródła (głośników lub słuchawek). Podczas odsłuchu możliwe jest nie tylko łatwe zidentyfikowanie kierunku, z którego dochodzi dźwięk, ale również odległości czy ruchu wirtualnego źródła dźwięku. Więcej informacji: http://www.visisonics.com/

 

CUDA jest opracowaną przez firmę NVIDIA równoległą architekturą obliczeniową, która zapewnia radykalny wzrost wydajności obliczeń dzięki wykorzystaniu mocy układów GPU. Na rynku rozwiązań profesjonalnych większość najważniejszych aplikacji wideo wykorzystuje akcelerację CUDA, włączając w to produkty firm Adobe, Ambrado, Blackmagic Design, BroadMotion, Cinnafilm, Elemental Technologies, Industrial Light & Magic (ILM), Iridas, MainConcept, Microsoft Corp., czy TDVision. Architektura CUDA została też entuzjastycznie przyjęta na polu badań naukowych. Przykładem mogą być obliczenia kwantowe związane z dynamiką molekularną, czyli numerycznym badaniu oddziaływań skomplikowanych związków chemicznych takich jak np. białka. Należy dodać iż partnerów – znaczących producentów OEM wykorzystującym w swoich wyrobach systemy i karty Tesla jest na dzień dzisiejszy Obecnie takich partnerów jest już 19, co w porównaniu do roku zeszłego (1 partenr) jest skokiem milowym.