用于處理數(shù)據(jù)密集型計(jì)算任務(wù)的基于圖形處理單元 （GPU） 的加速技術(shù)的出現(xiàn)正在為日常工作流程以及科學(xué)家和工程師解決復(fù)雜問題所采用的方法帶來范式轉(zhuǎn)變。Ryan 展示了醫(yī)療設(shè)備行業(yè)的兩個(gè)應(yīng)用示例，展示了新型超級(jí)計(jì)算機(jī)如何改進(jìn)設(shè)計(jì)流程并加快上市時(shí)間。

過去，使用超級(jí)計(jì)算機(jī)是運(yùn)行復(fù)雜模擬或數(shù)據(jù)處理模型的唯一方法。由于沒有其他選擇，那些需要極致性能才能在市場(chǎng)上競(jìng)爭(zhēng)的人斥巨資購(gòu)買了極致的計(jì)算設(shè)備。

對(duì)于許多組織而言，獲得此類計(jì)算機(jī)的成本是更好的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、更快的測(cè)試結(jié)果、更高分辨率的數(shù)據(jù)分析以及做出適當(dāng)業(yè)務(wù)決策所需的基本信息的巨大障礙。幸運(yùn)的是，組織現(xiàn)在有其他選擇，包括多核處理器、FPGA、單元處理器和 GPU，它們可以跨多個(gè)應(yīng)用程序?yàn)橛脩籼峁┮俗⒛康男阅芴嵘＿@些替代方案提供增強(qiáng)的處理能力，同時(shí)為最密集的數(shù)據(jù)計(jì)算提供更高效、靈活、加速的系統(tǒng)。

GPU 之所以特別成功，是因?yàn)樗鼈兡軌蚴褂貌⑿刑幚碓剡\(yùn)行大型模擬，并且還具有高內(nèi)存帶寬的額外優(yōu)勢(shì)。最新的 GPU 已經(jīng)過重新設(shè)計(jì)以處理計(jì)算任務(wù)，根據(jù)應(yīng)用程序的類型提供多倍的性能提升。

結(jié)合加速軟件，結(jié)果是一個(gè)外圍設(shè)備，作為桌面超級(jí)計(jì)算機(jī)，能夠?qū)⒂?jì)算應(yīng)用程序增壓超過 35 倍，將冗長(zhǎng)的項(xiàng)目變成實(shí)時(shí)流程。作為一個(gè)額外的好處，該設(shè)備降低了功耗，最終降低了總擁有成本。一個(gè)簡(jiǎn)單的桌面計(jì)算機(jī)工作站可以有效地替代傳統(tǒng)的CPU集群，讓復(fù)雜的計(jì)算在一個(gè)人的辦公桌上運(yùn)行，減少等待時(shí)間，提高效率。

更快的醫(yī)學(xué)成像

作為一種處理數(shù)據(jù)密集型計(jì)算的新方法，GPU 加速軟件的潛力正在迅速擴(kuò)大。最早經(jīng)歷這種轉(zhuǎn)變的公司之一是波士頓科學(xué)公司，這是一家位于馬薩諸塞州內(nèi)蒂克的醫(yī)療設(shè)備公司。

波士頓科學(xué)公司的研究人員正在研究起搏器和其他生物醫(yī)學(xué)植入物的設(shè)計(jì)參數(shù)如何受到 MRI 和其他診斷成像工具的電磁場(chǎng)的影響。此任務(wù)所需的設(shè)計(jì)模擬是計(jì)算密集型的，并且需要相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間才能在標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)集群上運(yùn)行。

為了提高性能，波士頓科學(xué)公司實(shí)施了 Acceleware 的專有模擬系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)合了 SPEAG 的 SEMCAD X 軟件和 NVIDIA Tesla GPU。與該公司之前基于 CPU 的系統(tǒng)相比，波士頓科學(xué)公司的工程師使用該系統(tǒng)將模擬運(yùn)行時(shí)間提高了 25 倍。

受益于該模擬系統(tǒng)的其他應(yīng)用包括手機(jī)設(shè)計(jì)、地震數(shù)據(jù)處理、PCB 設(shè)計(jì)、光子/通信設(shè)備、藥物發(fā)現(xiàn)、油藏模擬、光刻掩模設(shè)計(jì)和生物醫(yī)學(xué)圖像重建。

在后一種應(yīng)用的示例中，加拿大安大略省 Robarts Imaging Research Laboratories 的科學(xué)家利用基于 GPU 的桌面超級(jí)計(jì)算機(jī) AxRecon來加速 CT 重建。Acceleware 和 Robarts 合作評(píng)估了成像研究所廣泛使用的微型 CT 掃描系統(tǒng)上的超級(jí)計(jì)算機(jī)。評(píng)估包括改進(jìn)某些 3D 重建算法、開發(fā)處理原始數(shù)據(jù)的新方法，以及尋找利用 NVIDIA GPU 增加的處理能力來增加圖像重建的方法。

在實(shí)施超級(jí)計(jì)算機(jī)之前，研究人員經(jīng)歷了緩慢的圖像重建時(shí)間，從 15 分鐘到幾個(gè)小時(shí)不等，具體取決于體積大小。這顯著減少了研究人員用于工作流程的時(shí)間并阻礙了他們的處理。

使用高性能計(jì)算機(jī)，Robarts 的測(cè)試證明了在臨床前環(huán)境中顯著改進(jìn)的工作流程。減少的重建時(shí)間使研究人員更容易使用昂貴的掃描儀，因?yàn)槊宽?xiàng)工作的完成速度都比使用研究所以前的計(jì)算平臺(tái)所能達(dá)到的速度更快。加速系統(tǒng)使實(shí)驗(yàn)室的研究人員能夠?qū)崿F(xiàn) 50 倍的加速，生成更高效的工作流程并允許完成更多圖像批次。

加速應(yīng)用程序開發(fā)

超級(jí)計(jì)算機(jī)的力量正在迅速擴(kuò)展到新的應(yīng)用和市場(chǎng)。基于 GPU 的加速超級(jí)計(jì)算機(jī)為研究人員、工程師和臨床醫(yī)生提供了改進(jìn)設(shè)計(jì)流程和模擬以及加快產(chǎn)品上市速度的機(jī)會(huì)。

電子、圖像重建和地震數(shù)據(jù)處理等垂直市場(chǎng)的發(fā)展得益于使用 GPU 加速來處理數(shù)據(jù)密集型計(jì)算。用戶使用臺(tái)式超級(jí)計(jì)算機(jī)完成的工作超出了他們的想象，在改變應(yīng)用程序未來的同時(shí)節(jié)省了時(shí)間和金錢。

審核編輯：郭婷