NVIDIA GPU加速計(jì)算之路

NVIDIA從提出GPU以及CUDA核心開始，NVIDIA便開始逐步邁出游戲圈，不斷向全新的計(jì)算領(lǐng)域發(fā)起攻勢(shì)。時(shí)至今日，NVIDIA GPU計(jì)算從機(jī)器人、自動(dòng)駕駛，一路擴(kuò)展到云計(jì)算、醫(yī)療甚至是NASA火星登錄計(jì)劃。

是的，正如GTC CHINA 2019上，NVIDIA創(chuàng)始人兼CEO黃仁勛所言，就算摩爾定律走向終結(jié)，GPU加速計(jì)算將有機(jī)會(huì)成為未來(lái)的發(fā)展方向，GPU正在變得無(wú)所不能，也將無(wú)處不在。

云游戲與光線追蹤全面開花以游戲發(fā)家的NVIDIA開場(chǎng)少不了游戲的戲份。開場(chǎng)黃仁勛便展示了《我的世界》RTX版本，這也是GTC主題演講上首次展示《我的世界》RTX視頻。

通過(guò)對(duì)光影的添加，這款沙盤化的游戲有了全新的演繹，不僅水面變得更為真實(shí)，隨著視角、天氣、時(shí)間變化，光影也呈現(xiàn)出不同的效果。

這套實(shí)時(shí)光纖追蹤技術(shù)可以讓開發(fā)者在添加光源之后，依靠GeForce RTX顯卡中的RT Core演算出光線路徑，從而獲得自然的光線效果，同時(shí)也減輕了游戲開發(fā)者手動(dòng)考慮光影貼圖的繁瑣工作。

除了《我的世界》增加的光線追蹤特效，GTC上黃仁勛還宣布了六款游戲正引入光線追蹤，包括《邊境》（Boundary）、《鈴蘭計(jì)劃》（Convallaria）、《暗影火炬》（F.I.S.T.）、Project X（項(xiàng)目代號(hào)）、《無(wú)限法則》（Ring of Elysium）以及《軒轅劍柒》（Xuan-Yuan Sword VII）。

同時(shí)老黃還特意在臺(tái)上演示了《光明記憶：無(wú)限》的光線追蹤DEMO。重點(diǎn)在于負(fù)責(zé)《光明記憶》的飛燕群島個(gè)人工作室主力僅有一人，通過(guò)一人之力完成美術(shù)、程序以及最新的光線追蹤技術(shù)功能，也足以見(jiàn)得虛幻引擎對(duì)光線追蹤已經(jīng)提供了相當(dāng)優(yōu)秀的支持，可以更為輕松調(diào)用GeForce RTX的光線追蹤功能。

此外，目前宣布支持光線追蹤游戲陣營(yíng)包括：《光明記憶：無(wú)限》（Bright Memory： Infinite）、《賽博朋克2077》（Cyberpunk 2077）、《消逝的光芒2》（Dying Light 2）、《我的世界》（Minecraft）、《逆水寒》（Justice）、《劍俠情緣叁網(wǎng)絡(luò)版》（JX3 Online）、《重生邊緣》（SYNCED： Off-Planet）、《仙劍奇?zhèn)b傳七》（Sword And Fairy 7）、《看門狗：軍團(tuán)》《Watch Dogs： Legion》以及《吸血鬼：避世血族2》 （Vampire： The Masquerade – Bloodlines 2）。

在推進(jìn)光線追蹤技術(shù)進(jìn)駐預(yù)習(xí)的同時(shí)，NVIDIA與騰訊游戲合作的START云游戲服務(wù)也進(jìn)入了測(cè)試階段。

類似NVIDIA在北美和歐洲推出的GeForce NOW云游戲服務(wù)，騰訊START可以讓玩家在在配置不足的設(shè)備上也能玩AAA游戲。騰訊游戲計(jì)劃將擴(kuò)展其云游戲產(chǎn)品。

NVIDIA與騰訊還將成立一個(gè)一個(gè)游戲聯(lián)合創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室。雙方將共同探索AI在游戲、游戲引擎優(yōu)化和新光照技術(shù)（包括光線追蹤和光線烘焙）中的新應(yīng)用。借著START服務(wù)東風(fēng)，英偉達(dá)的云游戲技術(shù)也終于可以在國(guó)內(nèi)付諸實(shí)踐。

RTX Studio加速內(nèi)容創(chuàng)作顯卡性能也早已不局限在游戲中，英偉達(dá)針對(duì)RTX Studio的產(chǎn)品線覆蓋也已經(jīng)從GeForce RTX 2060筆記本覆蓋到8路Quadro RTX 8000工作站。在加上NVIDIA OMNIVERSE所提供的3D制作流程的協(xié)作平臺(tái)，創(chuàng)作者可以通過(guò)不同的分工協(xié)同工作。

現(xiàn)在NVIDIA OMNIVERSE也已經(jīng)正式進(jìn)駐建筑行業(yè)AEC，可以做到無(wú)論本地還是云端，主流應(yīng)用都能依靠NVIDIA RTX展開建模、著色、動(dòng)畫、視覺(jué)效果等等。在演講臺(tái)上，老黃也豪氣的演示如何利用8 路 RTX 8000 的 RTX 服務(wù)器對(duì)深圳華潤(rùn)大廈實(shí)時(shí)渲染。

在電影、視覺(jué)特效領(lǐng)域，瑞云云端渲染平臺(tái)也宣布配備NVIDIA RTX GPU。瑞云目前是全亞洲最大的云渲染平臺(tái)，2019年火爆的《戰(zhàn)狼2》、《哪吒》、《流浪地球》渲染均來(lái)自瑞云，超過(guò)85%的中國(guó)電影工作室都是瑞云的客戶。很快，首批5000片RTX GPU也將會(huì)在2020年上線。

在現(xiàn)場(chǎng)，黃仁勛也不忘搬出那句經(jīng)典臺(tái)詞：“買的越多，省得越多?！贬槍?duì)渲染工作，RTX GPU能夠做到速度比CPU快12倍，價(jià)格低7倍。原本CPU上需要花費(fèi)485個(gè)小時(shí)的渲染場(chǎng)景，交給RTX GPU現(xiàn)在可能只需要40個(gè)小時(shí)就能完成。

讓未來(lái)所見(jiàn)所得跳出大家耳熟能詳?shù)挠螒?、渲染領(lǐng)域，NVIDIA也已經(jīng)將視野放向了外太空。NASA計(jì)劃在2030年將6位宇航員送向火星，著陸器將以12000千米/小時(shí)的速度進(jìn)入火星大氣層，而且必須精確點(diǎn)火減速并在6分鐘內(nèi)降落在火星表面。

為此NASA借助NVIDIA GPU通過(guò)FUN3D流體李璇軟件進(jìn)行了數(shù)十萬(wàn)次火星著陸場(chǎng)景模擬，將產(chǎn)生的150TB數(shù)據(jù)變成了可視化，現(xiàn)在，NVIDIA DGX-2上已經(jīng)可以借助Magnum IO GPU Direct Storage技術(shù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化處理，這在以前是不敢想象的。

如果登陸火星還不夠，科研人員也正在借助GPU內(nèi)的CUDA核心對(duì)全基因組進(jìn)行測(cè)序。通過(guò)全基因組測(cè)序分析整個(gè)基因序列，可以檢測(cè)由遺傳性疾病引起的DNA變異。為此，NVIDIA推出了一套Parabricks 基因組分析工具包，借助CUDA基因測(cè)序可以加速到30-50倍完成。

而即將到來(lái)的5G與NVIDIA也同樣有關(guān)系。目前NVIDIA已經(jīng)與愛(ài)立信展開合作，通過(guò)CUDA核心，能夠提升5G vRAN性能，特別是在復(fù)雜的空間內(nèi)，CUDA能夠加速解決物理空間內(nèi)的信號(hào)優(yōu)化的問(wèn)題。

針對(duì)世界上最普及的ARM，NVIDIA也給出了一套能夠與ARM配套的解決方案。得益于PCIe標(biāo)準(zhǔn)，GPU也可以輕松與ARM完成連接?；贏RM，NVIDIA推出了NVIDIA HPC for ARM首個(gè)參考架構(gòu)，可以使用Marvell、Ampere、富士通亦或者其他ARM的HPC處理器與Volta GPU連接。更厲害的是，每個(gè)ARM CPU最多可以連接4塊Volta GPU，擴(kuò)展性能極其恐怖。

在現(xiàn)場(chǎng)，黃仁勛也毫不吝嗇的通過(guò)VMD ON ARM通過(guò)CUDA演示NAMD分子動(dòng)力學(xué)模型的結(jié)果可視化處理，借助Marvell ThunderX2以及NVIDIA V100，并通過(guò)NVIDIA Optix光線追蹤器，并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程流式傳輸。

與此同時(shí)，TensorFlow作為當(dāng)今最重要的可言、云計(jì)算、工業(yè)、上也領(lǐng)域的HPC應(yīng)用，也同樣被NVIDIA CUDA on ARM所支持。

而隨著深度學(xué)習(xí)不斷挖掘，NVIDIA在5年左右的時(shí)間內(nèi)將訓(xùn)練性能提高了300倍以上，借助Volta、Tensor Core GPU、Chip-on-wafer封裝、HBM 3D堆棧存儲(chǔ)器、NVLink、DGX系統(tǒng)，AI加速變得更快。

事實(shí)上NVIDIA AI已經(jīng)影響到了各行各業(yè)，它出現(xiàn)在運(yùn)輸、醫(yī)療、金融、零售中，NVIDIA也不斷為每種場(chǎng)景打造不同的平臺(tái)，例如用于深度學(xué)習(xí)訓(xùn)練的DGX，用于超大規(guī)模云的HGX，用于邊緣計(jì)算的EGX，用于自治系統(tǒng)的AGX。

現(xiàn)在，NVIDIA AI也已經(jīng)被運(yùn)用到百度推薦系統(tǒng)中，100多個(gè)推薦模型在百度中付諸實(shí)踐，這些模型每周都會(huì)進(jìn)行更新，自動(dòng)學(xué)習(xí)用戶潛在興趣，新條目和特征被持續(xù)更新。目前百度龐大的用戶潛在興趣數(shù)據(jù)包含了千億維稀疏離散特征和10TB embedding詞表，只有通過(guò)GPU加速訓(xùn)練，才能在如此大規(guī)模的訓(xùn)練中加速且節(jié)省成本。

同樣，阿里巴巴也接祖了NVIDIA加速計(jì)算平臺(tái)大規(guī)模部署先進(jìn)的AI技術(shù)，包括T4 GPU、cuBLAS、自定義混合精度和推理加速軟件等。確保雙十一期間2684億人民幣，每秒幾十億次推薦請(qǐng)求，確保全天銷售額順利推進(jìn)，所以一切也都借助了NVIDIA AI的運(yùn)算支持。在NVIDA AI加持下，阿里巴巴已經(jīng)嫩鞏固支持比過(guò)去復(fù)雜6倍的模型，從而使點(diǎn)擊率提高10％。相比于CPU，T4將我們最大模型的吞吐量提高了100倍。

TensorRT 7的性能攀升在幫助各大廠商推進(jìn)AI的同時(shí)，NVIDIA也發(fā)布了全新的NVIDIA TensorRT 7推理軟件，內(nèi)置新型深度學(xué)習(xí)編譯器。

該編譯器能夠自動(dòng)優(yōu)化和加速遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與基于轉(zhuǎn)換器的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。這些日益復(fù)雜的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是AI語(yǔ)音應(yīng)用所必需的。與在CPU上運(yùn)行時(shí)相比，會(huì)話式AI組件速度提高了10倍以上，從而將延遲降低到實(shí)時(shí)交互所需的300毫秒閾值以下。

也就是說(shuō)，在一套端到端的流程中，CPU推理延遲大概在3秒左右，但在T4 GPU上，整個(gè)過(guò)程只需要0.3秒。更重要的，原本TensorRT 5大概智能實(shí)現(xiàn)數(shù)十種不同的計(jì)算變化和優(yōu)化，但到了TensorRT 7，已經(jīng)可以做到1000種以上。

黃仁勛表示，現(xiàn)在技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)機(jī)器可以實(shí)時(shí)理解人類語(yǔ)言的AI新時(shí)代。在原有的TensorRT 5的基礎(chǔ)上，各地開發(fā)人員能夠更快部署會(huì)話式AI服務(wù)，從而實(shí)現(xiàn)更自然的AI人機(jī)交互。在首批使用NVIDIA會(huì)話式AI加速能力的企業(yè)中，包括了阿里巴巴、百度、滴滴出行、美團(tuán)、快手、平安、搜狗、騰訊和字節(jié)跳動(dòng)等中國(guó)企業(yè)。

繼續(xù)為自動(dòng)駕駛做足鋪墊針對(duì)自動(dòng)駕駛領(lǐng)域，NVIDIA發(fā)布了Xavier繼任者NVIDIA DRIVE AGX Orin。

顧名思義，Orin是下一代機(jī)器人處理器SoC，它參數(shù)十分亮眼，包括170億個(gè)晶體管，8核64位CPU，200TOPS深度學(xué)習(xí)算例，重點(diǎn)是，它的計(jì)算性能相當(dāng)于Xavier的7倍。這意味著這是一個(gè)從底層架構(gòu)上更新的AGX處理器，它的設(shè)計(jì)最早來(lái)自超算，擁有全新的功能安全特性，可以使CPU、GPU鎖步運(yùn)行而提升容錯(cuò)性，并且配備了全新的安全引擎保護(hù)數(shù)據(jù)不受網(wǎng)絡(luò)攻擊，以及與上一代Xavier兼容。

通過(guò)不同的組合，NVIDIA DRIVE 能夠適配L2到L5級(jí)別的自動(dòng)駕駛功能，其中Orin能做到與Xavier兼容，完全由軟件定義。

在Orin宣布的同時(shí)，NVIDIA也宣布為滴滴提供自動(dòng)駕駛和云計(jì)算解決方案，通過(guò)NVIDIA DRIVE，以及數(shù)據(jù)中心的NVIDIA GPU訓(xùn)練機(jī)器學(xué)習(xí)算法，滴滴已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)L4幾倍的自動(dòng)駕駛推理能力。

作為滴滴自動(dòng)駕駛AI處理的一部分，NVIDIA DRIVE借助多個(gè)深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)融合來(lái)自各類傳感器（攝像頭、激光雷達(dá)、雷達(dá)等）的數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車周圍環(huán)境360度全方位的理解，并規(guī)劃出安全的行駛路徑。

用軟件定義機(jī)器人平臺(tái)整場(chǎng)演講的重頭戲，最終留給了Isaac SDK。Isaac SDK包括Isaac Robotics Engine（提供應(yīng)用程序框架），Isaac GEM（預(yù)先構(gòu)建的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型、算法、庫(kù)、驅(qū)動(dòng)程序和API），用于室內(nèi)物流的參考應(yīng)用程序以及Isaac Sim的第一個(gè)版本（提供導(dǎo)航功能）。

全新Isaac SDK可以大大加快研究人員、開發(fā)人員、初創(chuàng)企業(yè)和制造商開發(fā)和測(cè)試機(jī)器人的速度。它使機(jī)器人能夠通過(guò)仿真獲得由人工智能技術(shù)驅(qū)動(dòng)的感知和訓(xùn)練功能，從而可以在各種環(huán)境和情況下對(duì)機(jī)器人進(jìn)行測(cè)試和驗(yàn)證。

這個(gè)套件包含了Training-in-Sim工作流，使用隨機(jī)域生成6D姿態(tài)圖像，用于訓(xùn)練目標(biāo)檢測(cè)、像素分割、2D姿態(tài)、3D姿態(tài)等諸多內(nèi)容。

最后現(xiàn)場(chǎng)，NVIDIA也給我們展示了一個(gè)會(huì)賣萌的Leonardo物體操縱機(jī)器人。通過(guò)模擬和真是世界的學(xué)習(xí)，Leonardo學(xué)會(huì)了如何遵守物理規(guī)則，在模擬的計(jì)算部分則運(yùn)用到了GPU的PhysX 5.0物理引擎。

寫在最后可以看到長(zhǎng)達(dá)2小時(shí)的GTC CHINA 2019演講中，新推出的芯片只有Orin一塊。NVIDIA更多的重心放在了軟件平臺(tái)和AI智能優(yōu)化上，通過(guò)硬件與軟件配合，發(fā)揮CUDA給GPU帶來(lái)的大規(guī)模并行處理優(yōu)勢(shì)，使得GPU走出游戲和渲染，找到了一個(gè)更廣闊的空間。

NVIDIA造GPU無(wú)疑是最擅長(zhǎng)的，如何用好GPU，則需要無(wú)數(shù)工程師努力挖掘答案。無(wú)論是超算、AI、自動(dòng)駕駛、邊緣計(jì)算，NVIDIA都已經(jīng)牢牢占住了自己的位置，足以見(jiàn)得GPU對(duì)專業(yè)領(lǐng)域而言，同樣具備強(qiáng)烈的吸引力。

責(zé)任編輯：wv