[ATI Stream] Không chỉ là encode!

NTH88 · #1 19-12-2008, 16:13

Thời gian qua ae ở vozForums khá là 'xoắn' với thông tin về ATI Stream và Avivo Video Converter. Kỳ này nhóm nội dung của vozExpress xin được 'make clear' một chút về công nghệ mới này của ATI, như là một bài viết tham khảo và mong các ae chia sẻ thêm kinh nghiệm với ATI Stream. Do công nghệ chỉ mới bắt đầu 'chớm nở' nên thông tin chỉ dừng lại ở mức tổng quan và dự đoán cũng như có chút sắc màu 'PR'...

Mục lục bài viết
The Khronos Group, liên minh ''ma quỷ''!

CPU, GPU và dấu phẩy động

Bước vào điện toán lưới và tính toán hiệu suất cao

Về với thực tại

''The Future is Fusion''

NTH88 · #2 19-12-2008, 16:17

CPU, GPU và dấu phẩy động

Sự đòi hỏi ngày càng cao của nhu cầu giải trí bằng game đối với chất lượng hình ảnh khiến giới công nghiệp phải luôn phải thay đổi các công cụ phần mềm lẫn phần cứng làm sao mọi thứ càng mượt mà hơn, uyển chuyển và giống thật hơn. Yêu cầu này đòi hỏi các GPU càng về sau càng phải có sức mạnh tính toán dấu phẩy động ngày một ''khủng'' hơn, nhằm đáp ứng được yêu cầu của các mô hình Shader mới, đặc biệt trong quá trình render các khối hình 3D. Từ đó, GPU biến thành những cỗ máy tính toán dấu phẩy động mạnh hơn bao giờ hết, vì chúng được ''chuyên hóa'' để thực hiện công việc này. So với CPU, GPU thực sự vượt xa hàng chục lần với dấu phẩy động, vì CPU vốn phải đảm nhận nhiều yêu cầu khác của cuộc sống như tính toán số học, logic, rẽ nhánh...

Bạn có thể nhận thấy rõ điều này khi chơi game có chip đồ họa rời và chỉ có chip tích hợp (IGP). Thậm chí đối với tính năng WARP mới của DirectX 11 (cho phép dùng CPU thay GPU), ngay cả các CPU mạnh nhất vẫn phải cúi chào những GPU đã có ''tuổi'' trên thị trường, khả năng xử lý đồ họa của CPU có lúc chỉ tương đương với con chip IGP yếu nhất hiện tại.

Rõ ràng, năng lực tính toán dấu phẩy động của GPU là rất lớn. Nhưng hầu như chúng chỉ được giành để... chơi game! Quá lãng phí nếu GPU chỉ dùng cho mỗi việc ấy trong khi có rất nhiều ứng dụng cần năng lực xử lý dấu phẩy động dồi dào của GPU. Nhận thức được điều này, vào những ngày cuối thu 2006, ATI công bố tham gia hỗ trợ dự án Folding@home (F@h) bằng cách sử dụng khả năng xử lý dòng (Stream Computing) của GPU vào tính toán giải mã quá trình gấp và tháo gấp các chuỗi protein.

Cái cụm từ xử lý dòng làm người ta liên tưởng đến hình ảnh của một con sông, nơi nguồn nước (dữ liệu) chảy vào ở thượng nguồn và chảy ra ở cuối nguồn. Trong các tính toán hiệu suất cao (HPC), luồng dữ liệu chảy vào gần như là liên tục, các GPU mới với kiến trúc xử lý hợp nhất chuyên biệt của mình đáp ứng được các yêu cầu này tốt hơn CPU.

Tuy vậy chúng vẫn cần các CPU điều khiển cho hoạt động của mình. Bạn tưởng tượng trên một dòng sông, dòng nước chảy rất mạnh, nhưng nếu không có gì điều tiết dòng chảy, sức mạnh của dòng nước không đem lại lợi ích gì đáng kể. Vì thế người ta đã dựng lên những công trình thủy lợi như hồ chứa, đê, kè, mương dẫn nước, rồi thủy điện... để điều tiết dòng chảy theo hướng có lợi. Có thể thấy rõ điều này qua cách tổ chức của siêu máy tính đứng thứ 29 thế giới, TSUBAME, được xây dựng dựa trên bộ xử lý Tesla C1060 không gì khác hơn là các GPU của NVIDIA và các CPU Opteron của AMD. Điều này cũng giống như trong một phòng ban, trưởng phòng (CPU) có thể không là người xử lý chính mọi vấn đề nhưng anh ta quản lý và sắp xếp các nhân viên của mình (GPU) sao cho đạt hiệu suất cao nhất.

NTH88 · #3 19-12-2008, 16:26

Bước vào điện toán lưới và tính toán hiệu suất cao

Trong môi trường HPC, rõ ràng yêu cầu xử lý số thực cao hơn hẳn so với các tác vụ thông thường. Đó là nơi để GPU ''tỏa sáng''... mà encode/decode video chỉ là một phần nhỏ của tảng băng chìm.

Bạn đã bao giờ nghe nói về F@h? Tất nhiên không tính ở trang trước tôi đã có nhắc đến. Đây là một dự án điện toán lưới (Grid Computing) do ĐH Stanford tổ chức nhằm kêu gọi sự đóng góp... sức máy vào việc tính toán quá trình gấp và tháo gấp các phân tử protein (protein folding) cũng như nghiên cứu động lực phân tử (molecular dynamics).

Lạm bàn một chút về sinh học, protein cũng như DNA là những đối tượng giành được sự quan tâm khá nhiều từ phía các nhà sinh học hiện đại, bởi chúng đóng vai trò quan trọng chính trong mọi hoạt động sống của cơ thể, mà DNA (hoặc RNA tùy sinh vật) là tiền chất để tạo ra protein, còn protein là ''nhân công chính'' của sự sống trên hành tinh này. Quá trình gấp và tháo gấp của protein là một bước quan trọng để hình thành nên các thuộc tính cho protein. Hiểu rõ được quá trình này, các nhà khoa học hy vọng có thể tìm được lời giải cho vô số căn bệnh như Alzheimer, Parkinson, bò điên, ung thư...

Quá trình hình thành của protein theo sinh học hiện đại

Tương tự với động học phân tử, việc một phân tử hoặc nguyên tử bất kỳ tiếp xúc với một bề mặt vật chất sẽ gây ra những phản ứng gì, mọi thứ thay đổi ra sao và chúng ta có thể hưởng được lợi gì từ đó...

Các mô hình giả lập vật lý sẽ mô phỏng các hiện tượng trên thông qua những quy luật mà con người đã tìm ra và các nhà khoa học có thể đối chiếu chúng với thực tế để kiểm định tính đúng đắn các lý thuyết trên. Trong trường hợp mọi thứ đều ổn, các nhà khoa học có thể ''khai thác'' các mô hình trên để tạo ra các sản phẩm có ý nghĩa thiết thực trong đời sống. Tùy tính chất phức tạp của bài toán đặt ra mà thời gian để máy tính... giải đáp có thể kéo lên hàng ngày, thậm chí hàng năm đối với một chiếc máy tính thông thường.

Một điều nữa là với các nghiên cứu khoa học, tính chính xác đòi hỏi rất cao. Những phép tính số nguyên thông thường không thể đáp ứng được yêu cầu trên, mà tất cả đều dựa trên các phép tính dấu phẩy động nhằm hạn chế tối đa các sai nhiễu có tính tích lũy hệ thống về lâu dài với các bài toán lớn. Đây chính là môi trường để GPU ''tỏa sáng'' trước CPU.

Tất cả những yêu cầu trên đều chỉ dựa trên cụm từ này: mô phỏng. Và cao hơn nữa là mô phỏng thời gian thực, bên cạnh các bài toán giải xoắn protein, DNA hoặc tính toán tương tác phân tử, chúng ta còn rất nhiều bài toán lớn khác như giải mã tín hiệu radio để tìm kiếm trí thông minh bên ngoài Trái đất, hoặc phân tích các dư chấn vỏ Trái đất để dự đoán động đất.

Gần gũi hơn, các nhà kinh tế cần dự đoán trước việc tung ra một cổ phiếu mới sẽ tác động thế nào lên thị trường mà nếu tiến hành thực tế có thể đem lại những hậu quả khó lường, điều này giống như bạn muốn thử nghiệm mẫu virus máy tính mới nhưng không sử dụng máy ảo mà tiến hành ngay trên máy thật.

Tất cả những bài toán trên đều cần những bộ máy tính toán dấu phẩy động khổng lồ mà chúng ta thường gọi là siêu máy tính, hoặc có tính ''cộng đồng'' cao như điện toán lưới. Những con quái vật như BlueGene hay RoadRunner, Jaguar là đại diện cho giải pháp đầu tiên. Trong khi các dự án có ''hậu tố'' @home sau tên chính là ví dụ cho Grid Computing như Folding@home, Einstein@home, SETI@home, Rosetta@home...

Hình ảnh 1 phân tử Cu tiếp xúc với bề mặt Cu được mô phỏng dựa trên các phép tính dấu phẩy động

Vậy GPU có thể làm gì được ở đây? Như đã trình bày ở trên, khả năng tính toán dấu phẩy động mạnh gấp hàng chục lần một CPU khiến nó trở thành kẻ thay thế xứng đáng ở những tác vụ cao cấp này. Tất nhiên, GPU sẽ không thay thế CPU hoàn toàn mà sẽ phối hợp cùng xử lý (co-process) vì dù sao, những ''con quái vật'' vẫn cần có người điều khiển chúng và những bài toán lớn vẫn cần những bộ xử lý số học, logic... để định hướng cho GPU làm việc.

Thêm vào đó là khả năng tính toán song song của GPU rất thích hợp cho các ứng dụng loại này khi số lượng bộ xử lý dòng ngày một ''khủng'' so với số core ''ít ỏi'' của các CPU hiện tại. GPU sẽ giúp giảm bớt số lượng các CPU cũng như các thiết bị kèm theo xuống một cách đáng kể. Nếu RoadRunner hay Jaguar là những tay Goliath nằm trong những căn phòng khổng lồ và ngốn không ít chi phí điện năng cũng như tản nhiệt và bảo trì và xa hơn là nâng cấp thì TSUBAME lại là chàng David trú ngụ trong một khu vực nhỏ bé và cực kỳ dễ tính về vấn đề tiền bạc, khả năng nâng cấp dễ dàng hứa hẹn một ngày không xa sẽ hất cảng các Goliath khỏi ngôi nhất tôn chi bảo.

Những phần còn lại
The Khronos Group, liên minh ''ma quỷ''!

Về với thực tại

''The Future is Fusion''

nguyengoctu · #4 23-02-2009, 00:24

Ủa đang hay sao hông vít tiếp nữa bro ơi?

NTH88 · #5 23-02-2009, 00:29

Bạn đọc bên vozExpress có đủ đó =)

songbangao · #6 29-07-2009, 09:31

những thread ko quan trọng có thể gỡ ticky xuống được ko bác mod, mình thấy thread này ít người theo dõi và ko cần thiết lắm

nepheus · #7 01-09-2009, 00:40

Cái này cũng cần thiết chứ/
Số thực-->dấu phẩy động, luôn là vấn đề giải toán trên máy tính. Với các bài toán phân tích dữ liệu thực thì sai sót do dấu phẩy động tích lại rất ghê gớm.
Mới nãy đọc trên forum Matlab thấy có bài viết về dùng GPU tăng tốc cho Matlab.
Giờ đọc bài này cũng hiểu thêm tại sao lại dùng GPU. Hi vọng ít lâu nữa đủ trình để nghiên cứu. Hihi.
Thanks.

vondoom · #8 01-09-2009, 02:40

Thread tham khảo không phải chổ bình luận. Khóa thread thôi mod ơi. Không lâu lâu lại đào mộ.

banbecpufans · #9 11-01-2011, 00:33

đánh dấu , và đào mộ tí tìm bấy lâu giờ mới phát hiện ra