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            新聞

            2021-05-26

            GPU的終極指南
            自從第一個像素到達顯示器以來,GPU一直成為計算的一部分。盡管如此,它的角色已經從其原始功能到嵌入式GPU,逼真的3D游戲以及現在的通用GPU計算發生了巨大變化。

            本文深入探討了這個關鍵的硬件組件,該組件可為AI,計算機視覺和一整套未來計算機的優點提供支持。我們將嘗試總結一下GPU是什么,為何重要,為什么將它們應用于工業計算機,為什么需要一個GPU,以及選擇它們時可用的選項。


            定義:什么是GPU?

            圖形處理單元(GPU)是硬件組件,用于接受視覺顯示指令,并將像素放置在屏幕上要放置的位置。

            根據英特爾的說法,GPU是為并行處理而設計的,并且被廣泛用于包括圖形和視頻渲染在內的各種應用程序中。盡管GPU以其游戲功能而聞名,但GPU在創意產品和人工智能中的使用正變得越來越流行。(來源: 英特爾

            最后一部分很重要,因為現代通用GPU不再局限于僅在屏幕上顯示圖像,它已經成為處理復雜機器輸入的強大動力,這些機器輸入是可能的,但對于CPU來說太慢了。那么,這是怎么發生的呢?


            GPU計算的簡要歷史

            為了準確起見,如果所有計算機都在屏幕上顯示圖像,則它們都具有GPU。有兩種主要類型,通常集成到現代CPU中的基本GPU為大多數辦公室或家庭情況提供核心功能。我們在本文中指的是具有強大GPU的專用圖形卡。

            NVIDIA在1999年發布GeForce 256時創造了GPU一詞,被譽為“世界上第一個GPU”。(來源:  ResponseSource)盡管最初用于圖形密集型任務,但通用GPU已進入石油勘探,圖像處理,統計,股票期權定價,線性代數以及任何需要大規模數學運算的事物的領域。

            因此,GPU從游戲圖像擴展到了多個新領域。但是,經過多年推動CPU更快地實現性能之后,為什么GPU成為人們關注的焦點?


            GPU的作用是什么?

            GPU是課堂上的數學天才,它運行數學計算并快速執行數學算法。

            與執行訪問存儲器和硬盤驅動器之類的各種常規計算機任務的CPU不同,GPU執行的功能集非常有限。

            并行性是這些功能背后的驅動力。數學任務不會在具有多達18個內核的CPU上順序執行復雜的功能,而是將具有數百甚至數千個內核同時工作的數學任務傳遞給GPU。

            AI,機器視覺和深度學習需要這種處理能力。GPU計算可用于藝術家和游戲玩家,HPC和超級計算機工作站,邊緣和工業領域的圖形渲染。(來源:  NVIDIA


            GPU在視覺處理中的作用

            GPU在創建計算機游戲視覺上令人驚嘆的虛擬3D世界中發揮了至關重要的作用。現在,這種類似的核心處理能力將計算機帶入了現實世界,并以一種使它們能夠根據該視覺輸入做出決策的方式“看到”它們。

            處理傳入的可視數據的能力是GPU的主要作用,這使GPU計算機與常規計算機脫穎而出。當然,任何帶有攝像頭的計算機都可以以有限的容量執行此操作。盡管如此,這仍然等同于近視駕駛員在家里忘記戴眼鏡后試圖通過霧氣彌漫的窗戶駕駛霧氣。如果你想活著,那是相當緩慢的過程。GPU提供了F1賽車手在比賽當天敏銳的視線和反應時間,將每一個輸入都包含在非常詳盡的細節中,并根據該輸入進行操作。

            對這些輸入采取行動是使“視線”正常工作的關鍵。那么,如何在工業應用中發揮作用呢?

            圖2.在COVID 19爆發期間,通過部署由Cincoze GM-1000驅動的自動化熱成像系統 ,它成功地通過機器視覺執行了遮罩檢測,面部識別,圖像搜索和足跡跟蹤,從而幫助簡化了流程并降低了人工成本。

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            什么是工業GPU計算機?

            工業GPU計算機采用了與用于惡劣工業環境的通用工業計算機相同的設計原理。這些常規功能可能包括堅固的設計,冗余的組件,耐沖擊性,抗振動性,無風扇設計,寬工作溫度范圍,ESD保護,耐水性和防塵性。

            核心區別在于,工業GPU計算機通常通過常規尺寸計算機中的PCIe x16擴展卡插槽或工業嵌入式系統中較小的移動PCI Express模塊??(MXM)來支持至少一個GPU擴展卡。

            GPU給必須解決的整個系統帶來了額外的壓力。GPU產生的熱量必須通過專門的冷卻機制進行處理,而不僅僅是將風扇添加到系統中。GPU還引入了額外的功率消耗(所有這些額外熱量的原因),因此系統的電源必須能夠為GPU提供額外的功率。

            GPU,無論是全尺寸還是緊湊型,都需要足夠的內部空間。預期的應用程序通常是必須連續運行的關鍵系統,因此使系統保持在線狀態變得至關重要,在最壞的情況下,應預見可能發生的故障并采取規避措施以避免損壞。

            在工業GPU計算機上需要尋找的一些功能包括:

            通過使用替代或更可靠的連接,無需電纜和跳線。卸下可自由晃動的電纜和跳線可消除故障的可能根源,特別是在計算機遭受大量振動和爆震的應用中。

            鋁制擠壓成型機箱,可將熱量從內部零件吸收到周圍。

            耐振動和沖擊,可承受工業應用的嚴酷考驗。影響此的因素很多,包括機械結構,橡膠墊圈的選擇和設計以及無電纜和無跳線的設計。5/50 Grms等級是一個好的開始,但軍事等級已成為首選,MIL-STD-810G為堅固耐用的計算機提供了嚴格的指導原則。

            無風扇設計。典型的高性能工業GPU計算機會產生大量熱量,因此需要風扇來冷卻系統。新的低功耗GPU優化了性能,因此良好的散熱設計可以在不使用風扇的情況下排走熱量,從而消除了大多數計算機系統中最大的機械故障源。

            -40℃至70℃的寬工作溫度范圍。對于工業應用,應用位置也被設計為溫度保持在此范圍內,并且通常在更小的范圍內。

             

            ESD,過流和過壓保護可確保避免因工業環境中可能發生的錯誤電氣異常而損壞系統。在極少數情況下確實會發生系統關閉,重新啟動時間為0.2秒,從而將停機時間減少到絕對最小的程度。寬范圍的9-48 VDC支持為電壓波動提供了一定的空間。

            易于維護,使現場人員可以解決任何問題。因為您想要的最后一件事是浪費時間在重要機械閑置時等待專業的外部技術人員。用戶友好的維護界面可輕松訪問經常隱藏的物品,例如AT / ATX電源設置,清除CMOS,訪問SIM卡和熱插拔2.5英寸SATA托架。最后,通過模塊化設計(例如CMI模塊 和 CFM模塊),通過添加PoE,LAN和其他I / O或功能來定制基本模型非常簡單 ,這使這些附加組件像即插即用一樣容易,并且隨時可以輕松擴展。

             

            行業認證通過設置標準來簡化硬件選擇。要考慮的重要認證包括用于鐵路應用的EN 50155,用于車載的E-mark,甚至是美國國防部頒布的MIL-STD-810G,以使軍事裝備符合不斷提高的標準。當可獲得多個認證并將其廣泛用于特定應用時,理想情況下,產品應具有這些認證。

             

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