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2014-11-01化身為上千個孫悟空大戰眾多妖魔鬼怪──GPU
539 期
Author 作者
張智為／任職輝達（NVIDIA）資深經理。
如果要談論圖形處理器（Graphic Processing Unit, GPU），我們必須要先談何謂平行運算。
在電腦計算領域中常有一些實際問題或應用需要複雜的運算或是處理大量的資料，例如量子力學、宇宙學和天體物理學、計算流體力學、生物資訊、大氣模擬與預測、即時影像處理等，這些相關研究領域經常在處理資料時耗費非常多的計算時間，所以，早在十幾年前就開始有人研究如何讓多台電腦串在一起進行運算：若一台電腦運算需要花費一天的時間，那如果超過無數台電腦串連？搞不好一秒就完成了！其中，如何分配計算工作給這些電腦去做處理，以及一些運算資料的交換、分配計算資源或排定計算工作等問題，這些問題的處理方式就牽涉到許多「平行計算」的基本概念。何謂平行運算呢？
平行計算的背景
舉例來說，一個開披薩店的老闆，有一部送披薩的車，要如何更快速的把披薩送到客戶手裡？ CPU（Central Processing Unit，中央處理器）的處理就是提高披薩車容量（提高快取記憶體容量）裝更多披薩，可以更快的送貨（處理），或者提高車子的性能讓車子開更快（提昇CPU時脈），不過更快的方式是雇用更多騎小綿羊外送員，一次載一個到兩個披薩同時出發送貨（平行運算），這個情節就像是孫悟空拔下幾根身上毛髮，一下子就有無數個孫悟空大戰妖魔鬼怪！
所以近年來， 越來越多人開始將大量運算的工作交給GPU，他們發現了使用多核心GPU的平行計算能力，比使用單一或是八核心CPU運算所帶來的效能提高許多，所以，越來越多的科學研究或是應用問題開始使用多核心GPU的架構來解決。
GPU的應用
石油及天然氣業
石油和天然氣變得越來越難被發現。大型石油及天然氣礦藏於更深處之沉積物間被發現，使得開採越加困難，分析地質資料更形困難（下圖表示開採過程），例如在墨西哥灣發現的石油，便位於超過2萬呎深的海底。為了解譯及發現這些礦藏，必須獲得並處理大量的地質資料及高解析度影像，而這也意味著有更多資料要電腦處理。然而勘測與鑽探深井的費用高達數億美元，且往往只有一次機會，石油開採公司因此陷入兩難，煩惱如何更快分析大量地質資料並節省費用，這時候適合GPU平行運算就派上用場！
紡織業
虛擬時裝秀會是未來的潮流嗎？這並不一定，不過位於以色列佩塔提科瓦（Petach Tikva）的OptiTex有限公司已經以它的3D計算機輔助設計∕製造（CAD/CAM）技術，將設計產業帶領至一個全新的層次。
傳統上，設計師必須實際地做出衣料樣品，作為真正服裝生產線上的原型，並且在可能的投資者面前展示，這是一個十分耗時且昂貴的過程，且會造成大量的資源浪費。OptiTex 3D經由設計師在虛擬模特兒身上模擬服裝設計的外觀及姿態，使他們得以在第一塊布料最終被剪下之前，檢視、修飾以及測量樣本。
為了應付這樣的設計挑戰，OptiTex採用GPU的平行運算來重建其布料模擬引擎的數據。此一GPU計算解決方案已使開發者能夠去除在CPU 環境上的瓶頸，並且獲得高達10倍的效能改進。當季產品的開發時間一般而言需要90天，但有了改組後的OptiTex三維解決方案，上市時間被大幅縮短至僅僅35天。
天氣預報模型
颱風、颶風及龍捲風對經過的地區會造成嚴重破壞，現在又將面臨因「城市熱島效應」而造成局部地區豪大雨的頭痛問題。……【更多內容請閱讀科學月刊第539期】