Quando si tratta di intelligenza artificiale, apprendimento automatico e gestione di grandi blocchi di dati, è necessario hardware specializzato per svolgere l’attività in modo efficiente. Questi processi utilizzano grandi quantità di dati che richiedono hardware in grado di fornire la larghezza di banda richiesta e potenti capacità di elaborazione parallela. Enter- Tecnologia di archiviazione GPUDirect di NVIDIA.
GPUDirect è una tecnologia DMA (Direct Memory Access) che consente alla scheda grafica NVIDIA su un dispositivo di accedere all’unità di archiviazione per facilitare lo scambio di dati. Questa tecnologia è applicabile anche ai sistemi basati su rete in cui lo scambio di dati può avvenire senza coinvolgere la CPU o la memoria di sistema.
La tecnologia NVIDIA GPUDirect promette di aumentare le prestazioni e ridurre i tempi di caricamento del dispositivo, riducendo contemporaneamente lo sforzo sulla CPU del sistema.
Come funziona l’archiviazione diretta GPU?
In un computer tradizionale, ogni volta che un dato deve essere elaborato dalla scheda grafica, passa prima dalla memoria alla CPU che copia i dati nella RAM. Quindi, la RAM trasferisce nuovamente i dati alla CPU che infine trasferisce i dati alla GPU. Ciò rende il flusso di dati un processo complicato che richiede alla CPU di gestire e gestire tutto il flusso di dati verso la GPU.
GPUDirect reinventa il modo in cui i dati in un sistema devono essere gestiti. Il suo metodo di accesso ai dati direttamente dalla memorizzazione riduce significativamente i tempi di elaborazione. Per ottenerlo, sfrutta i blocchi di costruzione altamente specializzati della scheda grafica e il motore di esecuzione.
Utilizzando questa tecnologia, i dati non devono competere con altri processi per la larghezza di banda della memoria, riducendo i tempi di attesa che i dati devono attraversare.
Utilizzando lo stack software NVIDIA Magnum I/O e DALI (Data Loading Library), le attività basate su Deep Learning e AI possono essere elaborate in modo molto efficiente.
Vantaggi dell’utilizzo dello storage GPUDirect
Se implementato, NVIDIA afferma che GPUDirect migliorerà e ottimizzerà le prestazioni del sistema fornendo al contempo un alto livello di potenza di calcolo parallelo. Ciò significa anche che la tecnologia può essere utilizzata per elaborare grandi quantità di dati come l’intelligenza artificiale e il data warehousing. Di seguito sono riportati alcuni dei vantaggi di GPUDirect:
- Riduce l’utilizzo della CPU e della memoria di sistema: La tecnologia di storage GPUDirect aiuta a ridurre lo sforzo sulla CPU e sulla memoria di sistema riducendo il numero di operazioni di I/O (Input/Output).
- Riduce i tempi di caricamento e aumenta la velocità di decompressione dei dati hardware: Se si gioca o si esegue un’attività specializzata che richiede alla CPU di elaborare grandi quantità di dati, GPUDirect accelera il processo e aiuta a scaricare le istruzioni che verranno inviate alla CPU.
- Facilita il deep learning e l’intelligenza artificiale: L’intelligenza artificiale e il deep learning sono complessi e richiedono un’elaborazione multilivello. Utilizzando GPUDirect, è possibile elaborare grandi blocchi di dati in modo relativamente rapido rispetto all’elaborazione dei dati attraverso mezzi tradizionali.
- Bypassare il problema del collo di bottiglia della CPU: Riducendo il carico di elaborazione e i sovraccarichi sulla CPU, GPUDirect aumenta le prestazioni del sistema e lo fa concentrare maggiormente sulle operazioni logiche piuttosto che sulla gestione del trasferimento dei dati alla GPU.
- Migliora le prestazioni di gioco nelle console e nell’hardware supportato: Utilizzando la potenza di elaborazione parallela della GPU, i dati e le risorse dei giochi a cui giochi verranno caricati molto più velocemente. Il miglioramento generale della qualità grafica, della distanza di disegno, delle risorse ambientali e degli effetti particellari può essere visto adottando la tecnologia GPUDirect e implementandola nei giochi.
Limitazioni dell’archiviazione GPUDirect
Nonostante tutti i suoi vantaggi, NVIDIA GPUDirect, essendo una tecnologia relativamente nuova, ha i suoi avvertimenti. Problemi come la compatibilità limitata e un complicato processo di installazione sono alcuni dei fattori che possono influenzare l’adozione diffusa di questa tecnologia. Alcuni svantaggi di questa tecnologia sono:
- Compatibilità I/O limitata: Essendo una nuova tecnologia lanciata nel 2019, la tecnologia di accelerazione I/O NVIDIA GPUDirect ha una compatibilità limitata con altri sistemi.
- Richiede un’installazione aggiuntiva per funzionare: NVIDIA GPUDirect Storage non è abilitato per impostazione predefinita. Gli utenti dovranno configurare e installare manualmente i driver e il software necessari per questo per operare sui loro dispositivi. Richiede inoltre l’installazione dello stack software Magnum I/O per abilitare i file system, gestire ed elaborare dati di grandi dimensioni e operazioni correlate all’intelligenza artificiale.
- Supporto hardware e software limitato: GPUDirect essendo una nuova tecnologia, ha un software limitato che può davvero sfruttare questa funzione. Ciò significa anche che GPUDirect ha un supporto limitato per i sistemi legacy. La funzione richiede una piattaforma di calcolo parallelo CUDA e almeno una serie 8.x di schede grafiche su cui operare.
Cosa significa per il gioco?
Gli utenti medi e le macchine informatiche domestiche non possono davvero sfruttare questa funzione mentre svolgono attività come giocare. I giochi e il software devono essere ottimizzati per sfruttare questa caratteristica rendendo GPUDirect una nicchia per un utente medio.
Tuttavia, la tecnologia viene adottata a un ritmo costante da sviluppatori e produttori di hardware. La nuova architettura Velocity di Microsoft Xbox utilizza una tecnologia simile per ridurre significativamente i tempi di caricamento e aumentare le prestazioni della sua console Series X.
Anche i giochi supportati dovrebbero essere rilasciati nel prossimo futuro.
Cosa dobbiamo aspettarci in futuro?
Per lo più associato all’intelligenza artificiale, all’apprendimento automatico e all’elaborazione dei dati, GPUDirect viene utilizzato principalmente nel settore industriale dell’informatica. La tecnologia è utilizzata principalmente da sviluppatori di software e grandi centri di elaborazione dati che si basano sulla capacità operativa parallela della GPU per ridurre i tempi di elaborazione dei dati.
Tuttavia, la tecnologia si sta diffondendo molto rapidamente e altri produttori hanno sviluppato le proprie alternative a NVIDIA GPUDirect. Vale a dire OpenCL di AMD e Direct Storage di Windows.
Tutto sommato, la tecnologia NVIDIA GPUDirect Storage mira a migliorare i tempi di caricamento ed elaborazione nelle applicazioni e nel software ottimizzando il flusso di dati nel sistema.
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