Was ist GPUDirect Storage? (Detaillierte Anleitung)

Wenn es um KI, maschinelles Lernen und die Handhabung großer Datenblöcke geht, ist spezielle Hardware erforderlich, um die Aufgabe effizient zu erledigen. Diese Prozesse nutzen riesige Datenmengen, die Hardware erfordern, die die erforderliche Bandbreite und leistungsstarke parallele Verarbeitungsfunktionen bereitstellen kann. Geben Sie die GPUDirect Storage-Technologie von NVIDIA ein.

GPUDirect ist eine DMA-Technologie (Direct Memory Access), die es der NVIDIA-Grafikkarte auf einem Gerät ermöglicht, auf die Speichereinheit zuzugreifen, um den Datenaustausch zu erleichtern. Diese Technologie ist auch auf netzwerkbasierte Systeme anwendbar, bei denen ein Datenaustausch ohne Beteiligung der CPU oder des Systemspeichers erfolgen kann.

Die NVIDIA GPUDirect-Technologie verspricht, die Leistung zu steigern und die Ladezeiten des Geräts zu reduzieren, während gleichzeitig die Belastung der CPU des Systems verringert wird.

Wie funktioniert GPU Direct Storage?

Wenn in einem herkömmlichen Computer Daten von der Grafikkarte verarbeitet werden müssen, geht es zuerst vom Speicher zur CPU, die die Daten in den RAM kopiert. Dann überträgt der RAM die Daten wieder zurück an die CPU, die schließlich die Daten an die GPU überträgt. Dies macht den Datenfluss zu einem komplizierten Prozess, bei dem die CPU den gesamten Datenfluss zur GPU verarbeiten und verwalten muss.

GPUDirect stellt sich neu vor, wie die Daten in einem System gehandhabt werden sollen. Die Methode, direkt aus dem Speicher auf die Daten zuzugreifen, reduziert die Bearbeitungszeiten erheblich. Um dies zu erreichen, nutzt es die Vorteile der hochspezialisierten Bausteine und der Ausführungs-Engine der Grafikkarte.

Mit dieser Technologie müssen die Daten nicht mit anderen Prozessen um die Speicherbandbreite konkurrieren, wodurch die Wartezeiten reduziert werden, die die Daten durchlaufen müssen.

Durch den Einsatz von NVIDIA Magnum I/O Software Stack und DALI (Data Loading Library) können Deep Learning und KI-basierte Aufgaben sehr effizient bearbeitet werden.

Vorteile der Verwendung von GPUDirect-Speicher

Wenn NVIDIA implementiert wird, wird GPUDirect die Systemleistung verbessern und optimieren und gleichzeitig ein hohes Maß an paralleler Rechenleistung bereitstellen. Das bedeutet auch, dass die Technologie genutzt werden kann, um riesige Datenmengen wie künstliche Intelligenz und Data Warehousing zu verarbeiten. Im Folgenden sind einige der Vorteile von GPUDirect aufgeführt:

• Reduziert die CPU- und Systemspeicherauslastung: Die GPUDirect-Speichertechnologie trägt dazu bei, die Belastung der CPU und des Systemspeichers zu reduzieren, indem die Anzahl der E/A-Vorgänge (Input/Output) reduziert wird.
• Reduziert Ladezeiten und erhöht die Dekomprimierungsrate von Hardwaredaten: Wenn Sie Spiele spielen oder eine spezielle Aufgabe ausführen, bei der die CPU große Datenmengen verarbeiten muss, beschleunigt GPUDirect den Prozess und hilft, die Anweisungen zu entlasten, die an die CPU gesendet werden.
• Erleichtert Deep Learning und KI: KI und Deep Learning sind komplex und erfordern eine mehrstufige Verarbeitung.  Durch die Verwendung von GPUDirect können Sie große Datenblöcke im Vergleich zur Verarbeitung der Daten mit herkömmlichen Mitteln relativ schnell verarbeiten.
• Problem mit CPU-Engpässen umgehen: Durch die Reduzierung der Verarbeitungslast und der Gemeinkosten auf der CPU erhöht GPUDirect die Leistung des Systems und bewirkt, dass es sich mehr auf logische Operationen konzentriert, anstatt die Datenübertragung an die GPU zu übernehmen.
• Verbessert die Gaming-Leistung in Konsolen und unterstützter Hardware: Durch die Nutzung der parallelen Verarbeitungsleistung der GPU werden Daten und Assets der Spiele, die Sie spielen, viel schneller geladen. Eine allgemeine Verbesserung der Grafikqualität, des Ziehabstands, der Umgebungswerte und der Partikeleffekte kann durch die Einführung der GPUDirect-Technologie und deren Implementierung in Spielen erreicht werden.

Einschränkungen des GPUDirect-Speichers

Trotz all seiner Vorteile hat NVIDIA GPUDirect, eine relativ neue Technologie, ihre eigenen Vorbehalte. Probleme wie eingeschränkte Kompatibilität und ein komplizierter Einrichtungsprozess sind einige der Faktoren, die die weit verbreitete Einführung dieser Technologie beeinflussen können. Einige Nachteile dieser Technologie sind:

• Eingeschränkte E/A-Kompatibilität: Als neue Technologie, die 2019 eingeführt wurde, ist die NVIDIA GPUDirect I / O-Beschleunigungstechnologie nur begrenzt mit anderen Systemen kompatibel.
• Für den Betrieb ist eine zusätzliche Einrichtung erforderlich: NVIDIA GPUDirect Storage ist standardmäßig nicht aktiviert. Benutzer müssen die dafür erforderlichen Treiber und Software manuell einrichten und installieren um auf ihren Geräten zu arbeiten.  Es erfordert auch die Installation eines Magnum I / O-Software-Stacks, um Dateisysteme, den Betrieb und die Verarbeitung großer Datenmengen sowie KI-bezogene Operationen zu ermöglichen.
• Eingeschränkter Hardware- und Software-Support: GPUDirect ist eine neue Technologie und verfügt über eine begrenzte Software, die diese Funktion wirklich nutzen kann. Dies bedeutet auch, dass GPUDirect nur begrenzte Unterstützung für Legacy-Systeme bietet. Die Funktion erfordert eine parallele CUDA-Computing-Plattform und mindestens 8.x-Grafikkarten, um damit zu arbeiten.

Was bedeutet das für Gaming?

Durchschnittliche Benutzer und Haushaltscomputercomputer können diese Funktion nicht wirklich nutzen, wenn sie Aufgaben wie das Spielen von Spielen ausführen. Die Spiele und die Software müssen optimiert werden, um diese Funktion zu nutzen, die GPUDirect zu einer Nische für einen durchschnittlichen Benutzer macht.

Die Technologie wird jedoch von Entwicklern und Hardwareherstellern stetig übernommen. Die neue Velocity-Architektur von Microsoft Xbox verwendet eine ähnliche Technologie, um die Ladezeiten erheblich zu reduzieren und die Leistung der Konsole der Serie X zu steigern.

Es wird auch erwartet, dass unterstützte Spiele in naher Zukunft veröffentlicht werden.

Was können wir in Zukunft erwarten?

GPUDirect wird hauptsächlich mit KI, maschinellem Lernen und Datenverarbeitung in Verbindung gebracht und wird hauptsächlich im industriellen Bereich des Computing eingesetzt. Die Technologie wird hauptsächlich von Softwareentwicklern und großen Rechenzentren verwendet, die auf die parallele Betriebsfähigkeit der GPU angewiesen sind, um die Datenverarbeitungszeiten zu reduzieren.

Die Technologie verbreitet sich jedoch sehr schnell und andere Hersteller haben ihre eigenen Alternativen zu NVIDIA GPUDirect entwickelt. Nämlich AMDs OpenCL und Windows’s Direct Storage.

Alles in allem zielt die NVIDIA GPUDirect Storage-Technologie darauf ab, die Lade- und Verarbeitungszeiten in Anwendungen und Software durch die Optimierung des Datenflusses im System zu verbessern.