數(shù)據(jù)大爆炸時代 計算的將來屬于GPU

　　但有一點需要指出：GPU 的強大性能，不只來源于增加的核心數(shù)量。架構(gòu)師們意識到，GPU 的處理性能需要有更快的內(nèi)存相配合才能發(fā)揮。這讓研究人員不斷研發(fā)更高帶寬版本的 RAM 內(nèi)存。今天，GPU 的內(nèi)存帶寬相比 CPU 已經(jīng)有數(shù)量級上的領(lǐng)先，比如前沿顯存技術(shù) GDDR5X，HBM2，還有開發(fā)中的 GDDR6。這使得 GPU 在處理和讀取數(shù)據(jù)上都有巨大優(yōu)勢。

　　有這兩大優(yōu)勢，GPU 在通用計算領(lǐng)域有了立足點。

　　GPU 與 CUDA

　　事實證明，高端游戲玩家和計算機科學家在硬件需求上有不少交集。計算機科學家們逐漸發(fā)現(xiàn)，利用 GPU 的大量核心執(zhí)行復(fù)雜數(shù)學運算，在 HPC 領(lǐng)域有巨大應(yīng)用前景。但是，寫出能高效運行于 GPU 的代碼極度困難。想要駕馭 GPU 計算性能的研究人員，必須把相關(guān)運算“黑進”圖形 API，讓顯卡以為要處理的計算任務(wù)和游戲一樣：決定像素色彩的圖像渲染計算。

　　但一切在 2007 年發(fā)生了變化。這一年，英偉達發(fā)布了 CUDA(Compute Unified Device Architecture)。 它支持 C 語言環(huán)境的并行計算。對于那些靠 C 語言發(fā)家的程序猿，他們可以直接開始寫基礎(chǔ)的 CUDA 代碼，一系列運算任務(wù)從此可以很容易地并行處理。

　　CUDA 誕生的結(jié)果是：似乎在一夜之間，地球上的所有超級計算機都采用了 GPU 運算。深度學習、自動駕駛以及其他 AI 領(lǐng)域開始煥發(fā)光芒。

　　并行計算

　　并行計算是發(fā)揮 GPU 性能的關(guān)鍵。這意味著你可以同時處理運算，而不是一步步進行。復(fù)雜問題可被分解為更簡單的問題，然后同時進行處理。并行計算適用于 HPC 和超算領(lǐng)域所涉及的許多問題類型，比如氣象、宇宙模型和DNA 序列。

　　并不是只有天體物理學家和氣象學家才能充分利用并行計算的優(yōu)點。事實證明，許多企業(yè)應(yīng)用能從并行計算獲得超出尋常比例的好處。這包括：

　　數(shù)據(jù)庫查詢

　　密碼學領(lǐng)域的暴力搜索

　　對比不同獨立場景的計算機模擬。

　　機器學習/深度學習

　　地理可視化

　　你可以聯(lián)想一下你們公司所面臨的數(shù)據(jù)問題——那些數(shù)據(jù)量和復(fù)雜程度極高，你以前連想都不敢去想怎么處理，但深層次分析很有可能會有助于解決的問題。我懷疑這樣的問題是可并行計算的——而 CPU 層次的計算解決不了，不代表 GPU 也不行。

　　CPU vs. GPU 小結(jié)

　　作為小結(jié)，GPU 在以下方面有別于 CPU：

　　一枚 GPU 芯片有幾千個核心。通常意義的 CPU 最多只有 22 個。

　　GPU 為高度并行的運行方式而設(shè)計。CPU 為一步步的連續(xù)計算而設(shè)計。

　　GPU 的內(nèi)存帶寬比 CPU 高得多。

　　CPU 適合于文字處理、運行交易數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用等場景。 GPU 適用于 DNA 排序、物理建模、消費者行為預(yù)測等任務(wù)。

　　經(jīng)濟成本

　　上文中，我討論了問什么 GPU 代表著計算的將來。但它的商用價值如何呢?

　　GPU 在經(jīng)濟成本上其實占優(yōu)勢。首先，一個完整的 GPU 服務(wù)器比一個完整的 CPU 服務(wù)器要貴很多。但兩者之間難以直接對比。一個完整的 8 路 GPU 服務(wù)器，成本可達八萬美元。但一個中等的 CPU 服務(wù)器配置大約只需要 9000 刀。當然，RAM 和 SSD 的使用量對價格有很大影響。

　　咋看之下，CPU 好像比 GPU 劃算多了。但請注意，250 個這樣的“中等” CPU 服務(wù)器在并行計算性能才相當與一臺如上所說的 GPU 服務(wù)器(注：只是作者個人的估算，以支撐他的觀點，大家看看就好)。

　　很明顯，如果你要做的只是并行計算，選擇 GPU 服務(wù)器要劃算多了。極端情況下，如果硬要上 250 臺 CPU 服務(wù)器，加上電費、場地費、網(wǎng)費、溫控、維護管理費，最終價格會是天文數(shù)字。因此，如果并行計算占了公司工作量的大部分，從投資回報率的角度，GPU 是正確的選擇。

　　對生產(chǎn)力的影響

　　在延遲對數(shù)據(jù)分析的影響方面，我已經(jīng)寫了很多。我的基本論點是：當一個開發(fā)者需要等待幾分鐘才能得到查詢結(jié)果，人的行為會發(fā)生變化。你開始找捷徑，你開始用更小的數(shù)據(jù)集執(zhí)行查詢操作，你只會執(zhí)行不耗費時間的查詢，你不再探索——執(zhí)行幾個查詢就把這當做是方向。

　　提高計算機響應(yīng)速度對生產(chǎn)力的提升很難衡量。但你可以想一想，寬帶時代和撥號時代的生產(chǎn)力差別。

　　最后，在云時代，與其建立自己的 GPU 服務(wù)器， 租用 GPU 云計算服務(wù)對于很多客戶來講十分劃算。GPU 計算的門檻已經(jīng)無限降低。