國(guó)內(nèi)云計(jì)算的缺失環(huán)節(jié):GPU并行計(jì)算

　　核心提示： 很長(zhǎng)時(shí)間以來(lái)，云計(jì)算成了一個(gè)熱鬧詞匯。那么到底什么是云計(jì)算呢？它本質(zhì)上是一種社會(huì)智力資源的共享，通過(guò)云端的技術(shù)封包，降低了難度門(mén)檻，使得更多用戶可以采用的一種“很難很先進(jìn)”的技術(shù)。

　　云計(jì)算特有的優(yōu)點(diǎn)和巨大的商業(yè)前景，讓其成為了近年來(lái)的IT界最熱門(mén)詞匯之一。當(dāng)然，這也與中國(guó)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的繁榮緊密相關(guān)，它們需要有相應(yīng)的云計(jì)算服務(wù)作為支撐。但本文作者祁海江結(jié)合自身的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)國(guó)內(nèi)目前的云計(jì)算服務(wù)進(jìn)行觀察后認(rèn)為，國(guó)內(nèi)云服務(wù)商多數(shù)采用過(guò)于簡(jiǎn)單粗放的“遠(yuǎn)程機(jī)房+移動(dòng)大硬盤(pán)”模式，不能滿足并行圖形處理的計(jì)算需求，“應(yīng)盡快認(rèn)清技術(shù)潮流，整合前沿計(jì)算工具，以便推進(jìn)云GPU并行計(jì)算服務(wù)?！蹦敲丛艷PU并行計(jì)算服務(wù)有多重要？作者在文中作了深入淺出的解讀，字里行間也能一窺國(guó)內(nèi)云服務(wù)的夸大與事實(shí)上的落后現(xiàn)狀。

　　很長(zhǎng)時(shí)間以來(lái)，云計(jì)算成了一個(gè)熱鬧詞匯。那么到底什么是云計(jì)算呢？它本質(zhì)上是一種社會(huì)智力資源的共享，通過(guò)云端的技術(shù)封包，降低了難度門(mén)檻，使得更多用戶可以采用的一種“很難很先進(jìn)”的技術(shù)。

　　這種技術(shù)可以應(yīng)用到什么地方呢？我們看到現(xiàn)在中國(guó)的移動(dòng)互聯(lián)新經(jīng)濟(jì)高度繁榮，這就需要有相應(yīng)技術(shù)高度的云計(jì)算服務(wù)作為龍骨支撐。但現(xiàn)在中國(guó)的云服務(wù)商多數(shù)采用過(guò)于簡(jiǎn)單粗放的“遠(yuǎn)程機(jī)房+移動(dòng)大硬盤(pán)”模式，不能滿足并行圖形處理的計(jì)算需求。按照當(dāng)今計(jì)算技術(shù)的趨向看——“視頻音圖+3D+規(guī)模機(jī)器學(xué)習(xí)+大數(shù)據(jù)分析=》高強(qiáng)度計(jì)算任務(wù)=》云GPU并行運(yùn)算”，運(yùn)營(yíng)商應(yīng)盡快認(rèn)清技術(shù)潮流，整合前沿計(jì)算工具，以便推進(jìn)云GPU并行計(jì)算服務(wù)。這是因?yàn)椋?br>

　　1. 現(xiàn)行的圖形、圖像及3D計(jì)算在各種視頻游戲、電影產(chǎn)業(yè)、工業(yè)設(shè)計(jì)、醫(yī)療成像、空間探索、遠(yuǎn)程通訊等方面有著廣泛的應(yīng)用。

　　隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)圖形和圖像的處理要求也越來(lái)越高，尤其現(xiàn)在興起的3D技術(shù)，使圖形圖像處理和3D計(jì)算已經(jīng)應(yīng)用到了各種視頻游戲，電影產(chǎn)業(yè)，醫(yī)療成像，空間探索，遠(yuǎn)程通信等各個(gè)方面。

　　現(xiàn)在風(fēng)靡的大型3D游戲，諸如《使命召喚》《極品飛車(chē)》等，這些游戲畫(huà)面逼真，3D特效強(qiáng)烈，所以要求計(jì)算機(jī)對(duì)圖形圖像的處理能力要求也非常高。2010年放映的電影《阿凡達(dá)》開(kāi)創(chuàng)了動(dòng)畫(huà)形象代替了演員的3D電影的先河，它完美的運(yùn)用了3D立體畫(huà)面的創(chuàng)造了逼真的效果使畫(huà)面美輪美奐。在工業(yè)設(shè)計(jì)上，有很多廣為人們熟知的3D處理軟件，例如AutoCAD，Maya，SolidWorks等知名軟件。在醫(yī)療成像方面，3D/4D立體成像技術(shù)，使醫(yī)護(hù)人員可以獲得從傳統(tǒng)平面顯示無(wú)法捕捉到的信息數(shù)據(jù)，能夠360度全方位立體讀取影像信息，為臨床診斷提供了更豐富、精準(zhǔn)的影像資料，大幅度降低了對(duì)病灶的漏診，提高了診療質(zhì)量，必將掀起醫(yī)療影像信息處理的一次技術(shù)革命。

　　伴隨著IT互聯(lián)網(wǎng)以及手持終端的發(fā)展和普及，要處理的數(shù)據(jù)量的爆發(fā)式增長(zhǎng)，手機(jī)上也出現(xiàn)了3D游戲的發(fā)展趨勢(shì)，這些都對(duì)數(shù)據(jù)圖像和3D計(jì)算提出了更多的需求。

　　由此看來(lái)，目前對(duì)圖形圖像以及3D計(jì)算的巨大需求，已經(jīng)要求計(jì)算機(jī)需要具備強(qiáng)大的3D建模能力，然而CPU的串行處理能力遠(yuǎn)不能滿足高效的處理圖像以及3D計(jì)算的能力，因此并行計(jì)算技術(shù)的使用日益廣泛。

　　2. 以美國(guó)NVIDIA公司圖形顯示卡的CUDA運(yùn)算包為代表的GPU并行運(yùn)算技術(shù)，已成為工作站、服務(wù)器、個(gè)人電腦的標(biāo)準(zhǔn)組件。

　　GPU是電腦圖形顯示卡上負(fù)責(zé)圖像運(yùn)算工作的微處理器。著名的顯示卡公司NVIDIA為其主流顯卡產(chǎn)品設(shè)計(jì)了專門(mén)的GPU并行計(jì)算工具包，稱之為CUDA（Compute Unified Device Architecture，統(tǒng)一計(jì)算架構(gòu)）。

　　以GeForce 8800 GTX為例，其核心擁有128個(gè)內(nèi)處理器。利用CUDA技術(shù)，就可以將那些內(nèi)處理器串通起來(lái)，成為線程處理器去解決數(shù)據(jù)密集的計(jì)算。而各個(gè)內(nèi)處理器能夠交換、同步和共享數(shù)據(jù)。利用NVIDIA的C-編譯器，通過(guò)驅(qū)動(dòng)程序，就能利用這些功能。亦能成為流處理器，讓?xiě)?yīng)用程序利用進(jìn)行運(yùn)算。GeForce 8800 GTX顯示卡的運(yùn)算能力可達(dá)到520GFlops，如果建設(shè)SLI系統(tǒng)，就可以達(dá)到1TFlops.

　　有軟件廠商利用CUDA技術(shù)，研發(fā)了一個(gè)Adobe Premiere Pro的插件。通過(guò)插件，用戶就可以利用顯示核心去加速H.264/MPEG-4 AVC的編碼速度。速度是單純利用CPU作軟件加速的7倍左右。

　　NVIDIA從所有基于G80及之后架構(gòu)的民用與專業(yè)顯卡或運(yùn)算模塊皆支持CUDA技術(shù)。整體運(yùn)算能力比單純利用CPU的速度提高7倍甚至更高。Tesla GPU是針對(duì)工作站和服務(wù)器的加速器，與消費(fèi)級(jí)顯卡和專業(yè)圖形卡相比，具有完整的雙精度浮點(diǎn)運(yùn)算性能，具備雙DMA引擎可滿足雙向PCIe通信，板載內(nèi)存達(dá)到12G（Tesla K40 GPU），具有專門(mén)的 Linux 補(bǔ)丁、InfiniBand 驅(qū)動(dòng)程序以及 CUDA 驅(qū)動(dòng)程序，針對(duì) Windows 操作系統(tǒng)的 CUDA 驅(qū)動(dòng)程序可實(shí)現(xiàn)更高性能，TCC 驅(qū)動(dòng)程序可減少 CUDA 內(nèi)核的系統(tǒng)總開(kāi)銷(xiāo)并支持遠(yuǎn)程桌面 （Windows Remote Desktop） 以及 Windows 服務(wù)

　　3.以CUDA為代表的GPU并行計(jì)算技術(shù)，在多個(gè)領(lǐng)域已發(fā)揮重要作用

　　在科研界，CUDA應(yīng)用廣泛。例如，CUDA現(xiàn)已能夠?qū)MBER進(jìn)行加速。AMBER是一款分子動(dòng)力學(xué)模擬程序，全世界在學(xué)術(shù)界與制藥企業(yè)中有超過(guò)60，000名研究人員使用該程序來(lái)加速新藥的探索工作。

　　在金融市場(chǎng)，Numerix以及CompatibL針對(duì)一款全新的對(duì)手風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)用程序發(fā)布了CUDA支持并取得了18倍速度提升。Numerix為近400家金融機(jī)構(gòu)所廣泛使用。

　　在消費(fèi)級(jí)市場(chǎng)上，幾乎每一款重要的消費(fèi)級(jí)視頻應(yīng)用程序都已經(jīng)使用CUDA加速或很快將會(huì)利用CUDA來(lái)加速，其中不乏Elemental Technologies公司、MotionDSP公司以及LoiLo公司的產(chǎn)品。

　　4.NVIDIA公司非常重視GPU并行計(jì)算在云服務(wù)器上的嫁接，美國(guó)已有數(shù)家云服務(wù)商提供GPU并行的云計(jì)算服務(wù)。

　　2009年10月20日，NVIDIA與Mental images聯(lián)合推出一款基于云計(jì)算的高端服務(wù)器——RealityServer.

　　2012年5月17日，NVIDIA推出利用GPU加速云計(jì)算技術(shù)。

　　2012年10月17日，NVIDIA推出了首款云計(jì)算虛擬GPU加速平臺(tái)——VGX K2.

　　2013年GTC大會(huì)上，NVIDIA帶來(lái)了在云計(jì)算領(lǐng)域最新的產(chǎn)品服務(wù)器平臺(tái)——NVIDIA GRID.

　　隨后幾年時(shí)間里，美國(guó)多家服務(wù)器廠商推出了各自的基于GPU并行計(jì)算的云服務(wù)平臺(tái)?，F(xiàn)在提供GPU云計(jì)算的服務(wù)提供商主要有Amazon，Nimbix，Peer 1 Hosting.

　　5.一個(gè)讓人十分費(fèi)解的局面是，國(guó)內(nèi)各大云服務(wù)提供商（諸如阿里云、盛大云、萬(wàn)網(wǎng)云）似乎對(duì)GPU并行計(jì)算沒(méi)有任何動(dòng)作。

　　自從云計(jì)算的概念提出，迅速在中國(guó)IT界形成了熱點(diǎn)，大大小小的云服務(wù)商如雨后春筍般出現(xiàn)。幾大云服務(wù)商以各種名目強(qiáng)調(diào)自身特色的云計(jì)算服務(wù)組合，如阿里云的“飛天”平臺(tái)；百度BAE云平臺(tái)；浪潮集團(tuán)建立的HPC/IDC、媒體云、教育云；華為公司彈性云計(jì)算FusionCloud戰(zhàn)略；騰訊云生態(tài)系統(tǒng)；華云數(shù)據(jù)公司推出的運(yùn)營(yíng)型PaaS平臺(tái)。

　　然而在形形色色的各種名號(hào)之下，各家公司的服務(wù)內(nèi)容非常同質(zhì)化，基本都是網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)+虛擬CPU計(jì)算時(shí)段租用的模式。對(duì)用戶真正的運(yùn)算需求理解挖掘不夠，往往只是把一些淺層的PC功能簡(jiǎn)單轉(zhuǎn)移到云端，對(duì)于復(fù)雜度高、維護(hù)難度大的運(yùn)算功能未能提供虛擬層的解決方案。換句話說(shuō)，凡是用戶在PC端已經(jīng)能輕松愉快做的事（比如辦公軟件），云服務(wù)商不厭其煩的去勸說(shuō)用戶將其轉(zhuǎn)移到云端，而中小企業(yè)用戶感到力不從心、真正需要幫助的具有技術(shù)難度的運(yùn)算功能，云服務(wù)商就一問(wèn)三不知了。

　　近期，筆者單位由于為客戶開(kāi)發(fā)的應(yīng)用涉及高強(qiáng)度的數(shù)據(jù)處理，需要并行運(yùn)算。我們與多個(gè)云服務(wù)商接洽，均未見(jiàn)有提供GPU并行運(yùn)算服務(wù)。這是一個(gè)讓人難以理解的局面，電話聯(lián)系云服務(wù)商相關(guān)工作人員，他們的典型反應(yīng)如下：

　　（客服人員）“這個(gè)我們不是很清楚，幫你轉(zhuǎn)接技術(shù)人員”。

　?。夹g(shù)支持）“沒(méi)怎么聽(tīng)說(shuō)過(guò)，這個(gè)國(guó)內(nèi)好像還沒(méi)有吧？”

　?。夹g(shù)經(jīng)理）“我們的服務(wù)器能不能加載GPU并行運(yùn)算不清楚，不太了解市場(chǎng)有沒(méi)有這樣的需求”。

　　高性能并行計(jì)算主要采用CPU+GPU的異構(gòu)模式，這種構(gòu)架已經(jīng)成功的在云服務(wù)器端實(shí)現(xiàn)資源虛擬化。但令人迷惑的是，中國(guó)國(guó)內(nèi)各大云服務(wù)商的官網(wǎng)連GPU并行運(yùn)算的影子都看不到，甚至接觸過(guò)的各大公司技術(shù)服務(wù)及營(yíng)銷(xiāo)人員似乎對(duì)GPU并行運(yùn)算毫無(wú)概念。以下我們分別就幾個(gè)問(wèn)題，探討這一尷尬局面的成因：

　?。?）難道GPU并行運(yùn)算目前在國(guó)內(nèi)沒(méi)有市場(chǎng)？

　　（2）虛擬化GPU并行運(yùn)算在國(guó)內(nèi)的實(shí)施遇見(jiàn)技術(shù)上的困難？

　　（3）各大云服務(wù)公司管理層，是否對(duì)計(jì)算需求缺乏了解、對(duì)高性能技術(shù)發(fā)展不敏感？

　?。?）亦或是商務(wù)決策層與先進(jìn)技術(shù)圈形成脫節(jié)？

　　對(duì)上述的第（1）點(diǎn)市場(chǎng)因素：如前所述，隨著圖形圖像、動(dòng)畫(huà)視頻、3D運(yùn)算、及大數(shù)據(jù)分析的廣泛應(yīng)用，對(duì)GPU并行運(yùn)算的需求很高；而玩兒轉(zhuǎn)這種高大上的前沿計(jì)算，普通中小企業(yè)在系統(tǒng)搭建、程序開(kāi)發(fā)及維護(hù)都缺乏足夠檔次的常備技術(shù)隊(duì)伍，因此非常需要云服務(wù)商的界入，降低此類(lèi)技術(shù)的使用門(mén)檻，提供包括IaaS、PaaS、SaaS等整套共享租用服務(wù)。因此國(guó)內(nèi)的市場(chǎng)需求是非常旺盛的。

　　關(guān)于上述的第（2）點(diǎn)技術(shù)實(shí)施因素：虛擬化GPU運(yùn)用于云計(jì)算服務(wù)的技術(shù)也早已成熟。如前所述，NVIDIA公司CUDA體系與云服務(wù)器已經(jīng)有了完美的對(duì)接，在此基礎(chǔ)上美國(guó)Amazon，Google，Joyent等公司均已提供相應(yīng)的商業(yè)云計(jì)算租用服務(wù)。

　　2014年1月，曙光公司、NVIDIA公司、思杰公司合作推出“云圖”（W760-G10），具備GPU硬件虛擬化的能力；雖然尚未見(jiàn)有明確的云租用服務(wù)，但是可以看出，技術(shù)實(shí)現(xiàn)并非阻礙所在。

　　對(duì)上述的（3）管理層因素：近年成長(zhǎng)起來(lái)的國(guó)內(nèi)明星公司，如騰訊、阿里等，都經(jīng)歷了一個(gè)極短時(shí)間內(nèi)的快速膨脹，很多早期人員隨之自然升入高級(jí)管理層。然而，早期人員許多在自身的知識(shí)基礎(chǔ)、學(xué)習(xí)能力方面存著嚴(yán)重的不足。大專生去面試本科生、研究生的現(xiàn)象實(shí)屬常見(jiàn)。隨著公司業(yè)務(wù)的拓展，整體技術(shù)積淀不足的弱點(diǎn)顯露出來(lái)，管理層對(duì)技術(shù)的理解力與敏感度不夠。

　　對(duì)上述的第（4）點(diǎn)因素：中國(guó)IT及互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，曾長(zhǎng)期奉行技術(shù)“拷貝主義”，精力心思多用于摸索中國(guó)土壤上的營(yíng)利模式。中國(guó)企業(yè)對(duì)于應(yīng)用層面的市場(chǎng)敏感度是相當(dāng)出色的。但是，對(duì)于深層的技術(shù)策源動(dòng)向，一直是忽視的。商務(wù)決策層需倚靠技術(shù)管理層的建議，而技術(shù)管理層或者自身夠不著技術(shù)前沿、或者早已脫離技術(shù)前沿；中國(guó)高?？蒲袡C(jī)構(gòu)以純文章數(shù)為導(dǎo)向的研究風(fēng)氣，培養(yǎng)不出既尖端又實(shí)用的新鮮血液給企業(yè)，也鮮有學(xué)術(shù)專家真正花心思做好企業(yè)顧問(wèn)。種種原因，商務(wù)決策層和先進(jìn)技術(shù)圈是脫節(jié)的。

　　因此我們認(rèn)為，對(duì)GPU并行云計(jì)算的市場(chǎng)需求和技術(shù)實(shí)現(xiàn)都不是問(wèn)題所在。中國(guó)有志于做好云計(jì)算服務(wù)的各個(gè)公司，有必要進(jìn)一步提升其技術(shù)管理層的技術(shù)素養(yǎng)、商務(wù)決策層的技術(shù)意識(shí)。

　　「IT時(shí)代周刊批注」雖然全球云計(jì)算市場(chǎng)保持著平穩(wěn)增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)，但也應(yīng)看到，各個(gè)國(guó)家間的云計(jì)算產(chǎn)業(yè)、市場(chǎng)和服務(wù)現(xiàn)況相距非常大。以中國(guó)為例，除了上述云服務(wù)企業(yè)存在的技術(shù)和服務(wù)因素外，傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)安全也不容忽視。有專家就指出，國(guó)內(nèi)云服務(wù)商在網(wǎng)絡(luò)安全方面的防護(hù)措施仍比較薄弱。國(guó)內(nèi)典型云服務(wù)企業(yè)發(fā)生的安全事件中有50%是傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)攻擊造成的，占比達(dá)53%，隨著我國(guó)云服務(wù)用戶規(guī)模的不斷擴(kuò)大，安全問(wèn)題數(shù)量也將迅速增長(zhǎng)。

　　6.云計(jì)算商應(yīng)腳踏實(shí)地、聚焦本質(zhì)價(jià)值：幫助眾多中小公司運(yùn)用前沿計(jì)算工具，提升中國(guó)移動(dòng)互聯(lián)新經(jīng)濟(jì)的技術(shù)檔次。

　　中國(guó)過(guò)去三十多年的經(jīng)濟(jì)奇跡，是從無(wú)到有、從低到高的迅速變換過(guò)程。在經(jīng)濟(jì)層次迅速攀升的年代，昨日的成功者、今日的弄潮兒，難免不受以往經(jīng)驗(yàn)與習(xí)慣思維的影響。出于習(xí)慣，凡起商業(yè)項(xiàng)目，重視商業(yè)渠道的爭(zhēng)奪、善于造勢(shì)，對(duì)于產(chǎn)品內(nèi)涵價(jià)值的挖掘卻很欠缺。此種做生意的方式，不可否認(rèn)在以往也取得過(guò)巨大的成功，但是我們也看到，每當(dāng)新流行概念出現(xiàn)，就呈現(xiàn)“眾口一詞、一擁而上、簡(jiǎn)單復(fù)制、同質(zhì)單一”的局面。善于熱炒，而不扎實(shí)做事，不深入挖掘概念的內(nèi)涵價(jià)值，如納米、物聯(lián)、機(jī)器人、3D打印等等流行熱點(diǎn)比比皆是。概念固然很好，不做實(shí)做真，終究增加不了硬實(shí)力。

　　云計(jì)算服務(wù)，通過(guò)將繁瑣的技術(shù)維護(hù)的移至云端，把“很難很先進(jìn)”的技術(shù)功能打包封裝，降低用戶使用的技術(shù)門(mén)檻，實(shí)現(xiàn)社會(huì)智力資源共享。而現(xiàn)今中國(guó)的大大小小云服務(wù)商，簡(jiǎn)單講就是個(gè)“遠(yuǎn)程機(jī)房+移動(dòng)大硬盤(pán)”模式，意義著實(shí)有限。當(dāng)今世界經(jīng)濟(jì)幾乎唯中國(guó)一枝獨(dú)秀，中國(guó)名企牛氣沖天，何以搞個(gè)云計(jì)算卻停留在如此低的層次？歸根結(jié)底還在于商務(wù)觀念未脫落低水平市場(chǎng)中粗放競(jìng)爭(zhēng)的歷史烙印，不習(xí)慣通過(guò)深挖技術(shù)內(nèi)涵，發(fā)揮內(nèi)在價(jià)值而建立商務(wù)優(yōu)勢(shì)的路線。

　　云計(jì)算作為一個(gè)“很實(shí)在很技術(shù)”東西，服務(wù)對(duì)象是商業(yè)應(yīng)用型公司，具有理智化決策的行為特征。腦白金式的蒙蔽營(yíng)銷(xiāo)手法登峰造極，放在這里卻未必有效。中國(guó)的移動(dòng)互聯(lián)新經(jīng)濟(jì)在應(yīng)用層面，欣欣向榮，活力四射，全世界數(shù)一數(shù)二。相應(yīng)的，云計(jì)算服務(wù)作為其龍骨支撐，不跟上是不行的。大量的視頻音圖+3D+規(guī)模機(jī)器學(xué)習(xí)+大數(shù)據(jù)分析 =》高強(qiáng)度計(jì)算任務(wù) =》云GPU并行運(yùn)算，這是一個(gè)非常簡(jiǎn)單明了的推導(dǎo)鏈條。何必瞻前顧后，剪不斷理還亂？

來(lái)源：通信世界網(wǎng) 　　　祁海江

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