用于處理數(shù)據(jù)密集型計算任務(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)的兩個應(yīng)用示例，展示了新型超級計算機如何改進設(shè)計流程并加快上市時間。

過去，使用超級計算機是運行復(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上競爭的人斥巨資購買了極致的計算設(shè)備。

對于許多組織而言，獲得此類計算機的成本是更好的產(chǎn)品設(shè)計、更快的測試結(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，它們可以跨多個應(yīng)用程序為用戶提供引人注目的性能提升。這些替代方案提供增強的處理能力，同時為最密集的數(shù)據(jù)計算提供更高效、靈活、加速的系統(tǒng)。

GPU 之所以特別成功，是因為它們能夠使用并行處理元素運行大型模擬，并且還具有高內(nèi)存帶寬的額外優(yōu)勢。最新的 GPU 已經(jīng)過重新設(shè)計以處理計算任務(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)果是一個外圍設(shè)備，作為桌面超級計算機，能夠?qū)⒂嬎銘?yīng)用程序增壓超過 35 倍，將冗長的項目變成實時流程。作為一個額外的好處，該設(shè)備降低了功耗，最終降低了總擁有成本。一個簡單的桌面計算機工作站可以有效地替代傳統(tǒng)的CPU集群，讓復(fù)雜的計算在一個人的辦公桌上運行，減少等待時間，提高效率。

更快的醫(yī)學(xué)成像

作為一種處理數(shù)據(jù)密集型計算的新方法，GPU 加速軟件的潛力正在迅速擴大。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)計參數(shù)如何受到 MRI 和其他診斷成像工具的電磁場的影響。此任務(wù)所需的設(shè)計模擬是計算密集型的，并且需要相當(dāng)長的時間才能在標(biāo)準(zhǔn)計算機集群上運行。

為了提高性能，波士頓科學(xué)公司實施了 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)將模擬運行時間提高了 25 倍。

受益于該模擬系統(tǒng)的其他應(yīng)用包括手機設(shè)計、地震數(shù)據(jù)處理、PCB 設(shè)計、光子/通信設(shè)備、藥物發(fā)現(xiàn)、油藏模擬、光刻掩模設(shè)計和生物醫(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 的桌面超級計算機 AxRecon來加速 CT 重建。Acceleware 和 Robarts 合作評估了成像研究所廣泛使用的微型 CT 掃描系統(tǒng)上的超級計算機。評估包括改進某些 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。

在實施超級計算機之前，研究人員經(jīng)歷了緩慢的圖像重建時間，從 15 分鐘到幾個小時不等，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間并阻礙了他們的處理。

使用高性能計算機，Robarts 的測試證明了在臨床前環(huán)境中顯著改進的工作流程。減少的重建時間使研究人員更容易使用昂貴的掃描儀，因為每項工作的完成速度都比使用研究所以前的計算平臺所能達到的速度更快。加速系統(tǒng)使實驗室的研究人員能夠?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)

超級計算機的力量正在迅速擴展到新的應(yīng)用和市場。基于 GPU 的加速超級計算機為研究人員、工程師和臨床醫(yī)生提供了改進設(shè)計流程和模擬以及加快產(chǎn)品上市速度的機會。

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

審核編輯：郭婷