第五章：ATI GPU通用计算实例

    ● 第五章：ATI GPU通用计算实例分析

    前四章我们分析了GPU并行计算的技术基础和不同架构之间的性能差异。我们特别对ATI GPU从R300到R600的沿革和R600到现在R800的优化做了分析，让大家明白ATI GPU架构在哪些方面有出人意料的表现，哪些方面则表现地落后于竞争对手。在本章，我们将使用较小的篇幅来展示目前GPU并行计算编程方面的新进展，特别是GPU并行编程API的相关发展情况。

    让我们把时间调回到2003年，当时正值Shader Model 2时代。随着GPU计算能力的不断增长，一场GPU革命的时机也成熟了。Shader模型的不断发展使得GPU已经从由若干专用的固定功能单元（Fixed Function Unit）组成的专用并行处理器，进化为了以通用计算资源为主，固定功能单元为辅的架构，这一架构的出现奠定了GPGPU的发展基础。

SIGGRAPH 2003大会开始深入研究GPU通用计算

    当时在圣迭戈举行的SIGGRAPH 2003大会上，许多业界泰斗级人物发表了关于利用GPU进行各种运算的设想和实验模型。SIGGRAPH会议还特地安排了时间进行GPGPU的研讨交流。在2004年9月份，剑桥大学的BionicFx课题组便宣布在NVIDIA的GeforceFX 5900产品中实现了专业的实时音频处理功能，并且准备进行商业化的运作，对其产品进行销售，给音乐创作者带来实惠。

    在随后的一段时间，GPGPU进入了深入研究阶段，但是由于编程语言架构和编程环境都难以通用，该领域的发展能力受到广泛质疑。就在人们认为GPGPU的研究即将偃旗息鼓的时候，ATI在2006年8月惊人地宣布即将联手斯坦福大学在其Folding@Home项目中提供对ATI Radeon X1900的支持。在显卡加入Folding@Home项目后，科研进展速度被成倍提升，人们第一次感受到了GPU的运算威力。

    毫无疑问，在GPGPU研究上，ATI跨出了极具意义的一步。同时将GPGPU的应用领域和普及程度推向高潮。随后NVIDIA凭借GeForce 8800GTX这款业界首个DirectX 10 GPU，在GPU通用计算方面实现了大步跨越，特别是CUDA概念的提出（该工具集的核心是一个C语言编译器），在新的通用计算领域后来居上。

未来科学和工程的关键在于并行计算

    GPU在很多领域的研究中已经开始发挥作用。支持DirectX 10显卡的首次出现是一个分水岭：过去只能处理像素或者只能处理顶点的专门功能处理单元被通用的统一着色器架构(Unified Shader Architecture)取代了，开发人员可以更轻松的对统一着色器进行控制。以AMD R600和NVIDIA G80为代表的DirectX10时代GPU能够提供了超越以往任何GPU的能力：它们拥有数百个功能单元，能够处理很多过去只能在CPU上运行的并行问题。

    GPGPU将应用范围扩展到了图形之外，无论是科研教育、财务计算，还是在工业领域，GPGPU都得到了广泛的使用，关于它的科研成果和新应用模式也层出不穷。许许多多令人鼓舞的结果已经表明：将GPU用于解决数据并行计算问题可以明显提高系统的运行速度。本章我们会对目前炙手可热的GPU并行编程API做简单介绍，同时向用户推荐几种基于ATI GPU产品的通用计算项目，他们基于开放式的BOINC平台或者形成独立的开放式平台，我们可以通过下载软件来参与这些项目体验GPU通用计算带给业界的变革。