Gigantyczna moc

• Układ graficzny Aby zaprząc moc układu graficznego do różnego rodzaju zadań, potrzebna jest przede wszystkim odpowiednia karta graficzna. CUDA obsługuje wszystkie GPU Nvidii, począwszy od serii GeForce 8. Dotyczy to również grafik zintegrowanych, takich jak GeForce 8200/8300, mobilnych wersji od GeForce 8200M, profesjonalnych układów Quadro z układami GeForce 8/9, a także układów Tesla.
• pamięć grafiki Nvidia zaleca korzystanie z karty graficznej wyposażonej w przynajmniej 256 MB lokalnej pamięci, ponieważ znaczna część programów CUDA wymaga właśnie takiej ilości do poprawnej pracy.
• oprogramowanie Do uruchomienia gotowych programów nie potrzeba żadnego dodatkowego oprogramowania poza zgodną z CUDA kartą graficzną. Aplikacje CUDA napisane z myślą o starszych układach GeForce 8 będzie można uruchomić na najnowszych kartach graficznych z dziewiątej serii GeForce bez przeszkód, dzięki ich pełnej zgodności z technologią CUDA.

Skrót CUDA pochodzi od nazwy Compute Unified Device Architecture, która w całości raczej nie jest używana. Jest to architektura obliczeniowa opracowana przez firmę Nvidia, dostępna dla programistów przez odpowiednie środowisko wykorzystujące język programowania C, umożliwiające tworzenie programów wykonywanych nie przez procesor komputera (CPU), ale procesor graficzny (GPU).

Dzięki CUDA wszystkie zgodne z tą technologią układy graficzne można programować do wykonywania różnych zadań. W przeciwieństwie jednak do procesorów CPU układy graficzne mają równoległą architekturę wielowątkową (najnowsze układy Nvidii mają nawet 240 jednostek obliczeniowych), co w przypadku odpowiednio przygotowanej aplikacji powoduje aż kilkudziesięciokrotny wzrost wydajności w stosunku do najszybszych procesorów czterordzeniowych. Efektem wykorzystania mocy układu graficznego jest oczywiście przyspieszenie pracy programów wykorzystujących tę architekturę – od kodowania audio i wideo aż po projektowanie przemysłowe i badania naukowe.

Największą zaletą CUDA jest możliwość zastosowania tej technologii zarówno w domu, w firmie, jak i ośrodkach badawczych. Ograniczeniem jest jedynie pomysłowość programistów, bo dostęp do kart graficznych Nvidia ma każdy.

CUDA najpowszechniej się przyjęła w zastosowaniach profesjonalnych, gdzie wielordzeniowa architektura znacząco zwiększa szybkość obliczeń. Korzysta z niej m.in. rozproszona platforma obliczeniowa Berkeley’s Open Infrastructure for Network Computing (BOINC). Jej zadaniem jest przyspieszenie tempa odkryć naukowych drogą tworzenia oprogramowania stosowanego do dynamiki molekularnej, przewidywania struktur proteinowych, wizualizacji medycznych oraz modelowania zjawisk pogodowych. Aplikacje służące do obliczeń mogą pracować na dowolnych komputerach, więc w praktyce architektura jest rozproszona na całym świecie.

O projekcie SETI@home słyszało na pewno wiele osób. Jego celem jest wyszukiwanie śladów pozaziemskiej inteligencji za pomocą radioteleskopów wykrywających sygnały radiowe z kosmosu. Obecna wersja kliencka aplikacji SETI@Home jest przystosowana do technologii CUDA. Szybkość wykonywania obliczeń na układzie graficznym GeForce GTX 280 jest ponad dwa razy większa niż na najszybszym wielordzeniowym procesorze (Intel Core i7 965) oraz prawie 8 razy większa niż na przeciętnym procesorze dwurdzeniowym (Intel Core 2 Duo E8200 2,66 GHz). Oczywiście SETI@Home nie wyczerpuje listy projektów BOINC dostępnych dla przeciętnego użytkownika – lista aplikacji stale rośnie. Ze szczegółami można się zapoznać na polskojęzycznej stronie boinc.berkeley.edu.

Jest to kolejny obszar, w którym CUDA rewelacyjnie się sprawdza. Kodowanie filmów z wykorzystaniem CUDA jest możliwe m.in. dzięki aplikacji Badaboom. Ze względu na konwersję z MPEG‑2 do H.264 z dwukanałowym dźwiękiem stereofonicznym Badaboom najlepiej się nadaje do przygotowywania filmów do oglądania na urządzeniach mobilnych, jak odtwarzacze MP4, iPody oraz konsolki PlayStation Portable. Niestety, program ma dwa poważne minusy. Pierwszym jest brak możliwości dokładnego dopasowania jakości kompresowanego filmu, a drugim – konieczność zapłacenia za aplikację około 30 USD.

Korzyści z korzystania z tego konwertera są jednak niebagatelne. Konwersja krótkiego filmu MPEG‑2 w formacie 720p na procesorze Core 2 Duo E8500 za pomocą programu Total Video Converter zajmuje około 2,5 minuty. Badaboom na karcie GeForce GTX 280 ten sam materiał przetwarza 5 razy szybciej. Jakość obu materiałów po kompresji jest porównywalna.

Korzyści z korzystania z tego konwertera są jednak niebagatelne. Konwersja krótkiego filmu MPEG‑2 w formacie 720p na procesorze Core 2 Duo E8500 za pomocą programu Total Video Converter zajmuje około 2,5 minuty. Badaboom na karcie GeForce GTX 280 ten sam materiał przetwarza 5 razy szybciej. Jakość obu materiałów po kompresji jest porównywalna.

Atutem CUDA jest też możliwość wykonywania obliczeń fizyki w grach (PhysX). Wystarczy zgodna z CUDA karta graficzna, czyli GeForce z serii 8 lub 9, a także możliwie najnowsze sterowniki ForceWare (do pobrania ze strony www.nvidia.pl). Obsługa akceleracji fizyki jest domyślnie włączona, więc jeśli masz nowe sterowniki, karta sama zadba o maksymalny realizm gry.

Zestaw plików odczytywanych przez Badaboom jest dość ograniczony. Aplikacja najlepiej sobie radzi z formatem MPEG‑2 lub pochodnym (nie rozpozna np. popularnych plików DivX).

Jeśli chcesz korzystać z jakiegokolwiek programu wykorzystującego technologię CUDA, warto zacząć od strony www.nvidia.com/object/cuda_home.html, na której są zebrane wszystkie zgodne z nią programy. Oczywiście poszczególne programy można też pobrać bezpośrednio ze stron ich twórców.

Wersja próbna Badaboom jest dostępna na stronie www.badaboomit.com. Pozwoli na przeprowadzanie 30 konwersji w ciągu 30 dni.

Instalacja programu przebiega w standardowy sposób, a po jej zakończeniu można od razu uruchomić program. Na pierwszym ekranie kliknij Continue Trial.

Aplikacja ma bardzo przejrzysty interfejs, podzielony na trzy główne sekcje: po lewej wybór źródłowego pliku, na środku – ustawienia, po prawej – wybór docelowego urządzenia:

Wybierz źródło pliku. My skorzystamy z trzeciej możliwości, czyli wybierzemy pojedynczy plik z dysku twardego. Kliknij ikonę Browse File.

W oknie Choose a file wskaż plik do konwersji i kliknij Otwórz.

Po wczytaniu pliku możesz dokonać modyfikacji formatu wyjściowego. W głównym oknie programu znajduje się suwak umożliwiający prosty wybór jakości:

W celu ustawienia szczegółów kompresji kliknij Advanced – pojawi się okno z kil koma zakładkami i dodatkowymi ustawieniami.

Pozostaje wybrać format wyjściowy pliku – w prawej części głównego okna programu znajduje się lista wyboru docelowego urządzenia, na którym będziesz odtwarzać film. Jeśli twojego urządzenia nie widać na liście, możesz ją przewinąć za pomocą przycisków.

Kliknij przycisk Start na dole głównego okna programu, by rozpocząć konwersję. Czas jej trwania zależy od rodzaju posiadanej karty graficznej. Przygotowany w ten sposób plik wynikowy możesz odtwarzać na komputerze albo skopiować na inne urządzenie.

Program TMPGEnc jest aplikacją komercyjną, która kosztuje prawie 100 dolarów. Wersję testową możesz pobrać ze strony producenta http://tmpgenc.pegasys-inc.com – program działa przez 14 dni.

Instalacja programu przebiega standardowo. Po pierwszym uruchomieniu program poinformuje, że technologia CUDA nie jest domyślnie włączona i należy zmienić konfigurację.

Musisz też dysponować połączeniem internetowym. Gdy pojawi się okno: TMPGenc 4.0 XPress Trial Validation, kliknij przycisk Obtain a license – program automatycznie pobierze od producenta tymczasową licencję na 14 dni i po chwili wyświetli stosowny komunikat. Kliknij Start trial, by zacząć korzystać z programu.

Po uruchomieniu programu kliknij w głównym oknie zakładkę Options i z rozwijanej listy wybierz Preferences....

Z lewej strony odszukaj i kliknij pozycję NVIDIA CUDA 2.0. W tym samym oknie po prawej stronie zaznacz pole Enable NVIDIA CUDA 2.0. Kliknij OK.

Program TMPGEnc ma bardzo prosty interfejs. W celu wybrania pliku do konwersji kliknij zakładkę Source, a następnie Add file i wybierz właściwy plik.

Po wybraniu pliku pojawi się okno z jego parametrami. Możesz w nim kadrować film, zastosować określone filtry albo po prostu kliknąć przycisk OK.

W celu ustawienia parametrów konwersji kliknij Format. Pojawi się okno Output format selection, w którym możesz wybrać wiele formatów wyjściowych, np. DivX file output. Kliknij Select.

Ostatni etap to konwersja. Kliknij zakładkę Encode, a następnie przycisk kodowania (patrz obrazek) w lewej dolnej części okna.

Opisane funkcje TMPGEnc obejmują jedynie ułamek możliwości tego programu. Z kolei Badaboom to z założenia program prosty, pozwalający na szybką konwersję materiału wideo. Jednak oba programy doskonale demonstrują możliwości technologii CUDA.