Вычисления на графическом процессоре

Графический процессор (GPU) стал неотъемлемой частью современных массовых вычислительных систем. За последние шесть лет было отмечено значительное повышение производительности и расширение возможностей GPU. Современный GPU является не только мощным графическим ядром, но и высокопараллельным программируемым процессором, пиковая вычислительная производительность и пропускная способность памяти которого существенно превосходят соответствующие характеристики его центрального процессора (CPU). Стремительный рост программируемости и возможностей GPU способствовал формированию научного сообщества, успешно адаптировавшего широкий спектр сложных и вычислительно ресурсоёмких задач для выполнения на GPU. Это направление, известное как вычисления общего назначения на графическом процессоре, или GPU-вычисления, сделало GPU перспективной альтернативой традиционным микропроцессорам в высокопроизводительных вычислительных системах будущего. Мы описываем предпосылки, аппаратное обеспечение и программную модель GPU-вычислений, обобщаем современное состояние инструментов и методов, а также представляем четыре успешных примера применения GPU-вычислений в игровой физике и вычислительной биофизике, обеспечивающих прирост производительности на порядок по сравнению с оптимизированными приложениями для CPU.