[發明專利]一種基于任務調度的分布式GPU計算機系統

有效

• 申請號: 201210344326.7
• 申請日: 2012-09-17
• 公開（公告）號: CN102929718A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發明（設計）人: 謝小軒;樂德廣;胡永祿
• 申請（專利權）人: 江蘇九章計算機科技有限公司
• 主分類號: G06F9/50
• 分類號: G06F9/50
• 代理公司: 北京遠大卓悅知識產權代理事務所(普通合伙) 11369
• 代理人: 史霞

技術領域

本發明涉及計算機領域，尤其涉及一種基于任務調度的分布式GPU計算機系統。

背景技術

目前，單核CPU的發展已經遇到了瓶頸，傳統CPU架構也不利于多核心效率的提高。而圖形處理器(Graphics?Processing?Unit，GPU)因為用途不同，其架構從一開始就是專為大量并行運算核心優化設計的，所以同時期GPU效能與核心數量保持了成正比的增長勢頭。另外，圖形處理器(GPU)和CPU一樣普遍存在于計算機系統中，隨著GPU計算能力的不斷提高和通用技術應用的快速發展，如何利用互聯網上的計算機系統中的GPU計算資源也成為另一個需要解決的問題。

早期的計算機系統都是進行獨立計算工作的，隨著網絡的出現，特別是基于TCP/IP協議的互聯網的出現，將這些連接到互聯網中的獨立計算機協同起來共同完成應用計算任務和問題，從而形成了分布式計算。通過分布式計算，用戶不必投資于一臺功能強大的計算機，而是使用多臺功能一般，價格便宜的計算機完成相同的任務。如今，分布式計算已經發展成為計算機領域中的一門高性能計算科學，它研究如何把一個需要非常巨大的計算能力才能解決的問題分成許多小的部分然后把這些部分分配給許多計算機進行處理，最后把這些計算結果綜合起來得到最終的結果。

最初計算機圖形處理器(GPU)主要用于圖像處理和輸出顯示。近年來，GPU得到極大的發展，并且開始應用于圖形學之外的通用計算領域。GPU用于通用計算的研究也開始成為熱點。特別是2006年推出的新的GPU采用了統一渲染架構(Unified?Shader，US)以取代傳統的分離式渲染架構。在統一渲染架構中，PS單元和VS單元都被通用的US單元所取。這種US單元既可以處理頂點數據，又可以處理像素數據。因此，GPU可以根據實際處理需求進行靈活的分配，這樣便有效地解決了傳統分離式架構中VS和PS工作量不均的問題，從而提高了資源利用率。基于該架構的GPU產品包括NVIDIA的GeForce?8000系列和ATI的Radeon?X2000系列。此外，NVIDIA還推出專業的高性能計算GPU產品，包括Tesla?8系列GPU(如Tesla?C870/D870/S870)、和Tesla?10系列GPU(如Tesla?C1060/S1070)和Tesla?20系列GPU(如TeslaC2050/C2070/C2075)。其中，單核Tesla?C870?GPU擁有128個流處理單元，單精度浮點計算性能可達350?GFLOPS；第二代的單核Tesla?C1060?GPU擁有240個流處理單元，單精度浮點計算性能可達933?GFLOPS；而基于新一代Fermi?CUDA架構的Tesla?C2075?GPU更是擁有448個流處理單元，單精度浮點計算性能可達1030?GFLOPS，雙精度浮點計算性能可達515?GFLOPS。

上述基于GPU的計算機集群，通過專用網絡設備和通信接口互聯實現集群計算，但是其存在諸多問題，如系統設計復雜，擴展性差，很難做到動態加載計算節點。

發明內容

本發明設計開發了一種基于任務調度的分布式GPU計算機系統。系統內的GPU處理單元來自于網絡，在與中央處理單元建立通信之前，可能正處于運算狀態，利用任務調度模塊根據計算機系統內的各GPU處理單元的當前處理能力對任務塊進行分配，根據各GPU處理單元的性能分配工作，保證對資源的高效率利用；同時，實時計算GPU處理單元的利用率，以便及時將系統內多余的GPU處理單元轉入待機狀態或者在系統內GPU處理單元處理能力不足時，激活GPU處理單元以滿足系統需要，也可以保證充分利用GPU處理單元的資源。

本發明所述的基于任務調度的分布式GPU計算機系統，利用GPU的大規模并行計算能力，解決現有傳統的CPU計算存在的計算能力不足的問題，大大提高計算能力。系統設計簡單，具有良好的擴展性。

本發明提供的技術方案為：

一種基于任務調度的分布式GPU計算機系統，包括：

GPU處理單元，所述GPU處理單元用于處理任務塊；