撥亂反正：Windows7真不支持CUDA嗎？
泡泡網(wǎng)顯卡頻道9月14日 圖形巨頭NVIDIA推出的GPU通用計(jì)算技術(shù)CUDA相信大家都有所了解，然而隨著Windows 7逐漸成為熱門的關(guān)注對(duì)象，有一部分人對(duì)Windows 7是否支持CUDA、能否很好的支持CUDA產(chǎn)生了質(zhì)疑。原因很直接——因?yàn)閃indows 7支持微軟自家的Direct compute!
但事實(shí)真的是這樣嗎？今天，筆者就再一次針對(duì)CUDA的概念、架構(gòu)等進(jìn)行剖析，并且分別在Windows Vista與Windows 7操作系統(tǒng)上對(duì)CUDA性能進(jìn)行對(duì)比測(cè)試，以達(dá)到撥亂反正的效果。
在進(jìn)行正式的對(duì)比評(píng)測(cè)之前，我們首先必須要了解CUDA到底是什么?而筆者也發(fā)現(xiàn)正是因?yàn)楹芏嗳藳](méi)有對(duì)CUDA進(jìn)行真正準(zhǔn)確客觀的了解，才導(dǎo)致了對(duì)CUDA和Direct Compute的誤解。我們先來(lái)看看NVIDIA官方如何解釋CUDA這個(gè)概念：
CUDA是一種由NVIDIA推出的通用并行計(jì)算架構(gòu)，該架構(gòu)使GPU能夠解決復(fù)雜的計(jì)算問(wèn)題。 它包含了CUDA指令集架構(gòu)（ISA）以及GPU內(nèi)部的并行計(jì)算引擎。 開發(fā)人員現(xiàn)在可以使用C語(yǔ)言來(lái)為CUDA架構(gòu)編寫程序，C語(yǔ)言是應(yīng)用最廣泛的一種高級(jí)編程語(yǔ)言。所編寫出的程序于是就可以在支持CUDA的處理器上以超高性能運(yùn)行。將來(lái)還會(huì)支持其它語(yǔ)言，包括FORTRAN以及C++。
NVIDIA提供的CUDA開發(fā)包中的C語(yǔ)言編譯器版本更新很快
可以看到，CUDA真正意義上來(lái)說(shuō)是一種通用并行計(jì)算架構(gòu)，但又包含了CUDA指令集架構(gòu)和GPU內(nèi)部的并行計(jì)算引擎。就如同CPU的情況一樣，X86的架構(gòu)也包含ISA和執(zhí)行指令的硬件架構(gòu)。各種應(yīng)用程序都基于這個(gè)架構(gòu)進(jìn)行開發(fā)并在此上運(yùn)行?？梢哉f(shuō)CUDA架構(gòu)的GPU是圖形渲染架構(gòu)與并行計(jì)算架構(gòu)的合體！
CUDA本意就是一種架構(gòu)，但很多人認(rèn)為CUDA是一種語(yǔ)言、或者是開發(fā)平臺(tái)，這可能跟NVIDIA最初的宣傳、推廣策略有關(guān)系。在CUDA架構(gòu)誕生之初(GeForce 8時(shí)代)，尚不存在專門針對(duì)GPU并行計(jì)算的開發(fā)平臺(tái)以及編程語(yǔ)言，因此NVIDIA必須給程序員提供一種簡(jiǎn)單、易上手、并且完整的軟件開發(fā)解決方案，這樣NVIDIA所發(fā)布的CUDA包當(dāng)中就包括了針對(duì)GPU的C語(yǔ)言編譯器、糾錯(cuò)器/制模器、專用驅(qū)動(dòng)和標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)庫(kù)等。
除了支持自家C語(yǔ)言編譯器之外，更多的語(yǔ)言及API都能運(yùn)行在CUDA架構(gòu)
上圖就很好的反映出了CUDA與應(yīng)用程序接口（API）以及各種語(yǔ)言編譯器的關(guān)系，其中的DX11計(jì)算也就是Direct Compute，可以看出CUDA架構(gòu)和Direct Compute并無(wú)沖突。包括CUDA自家編譯器所采用的C語(yǔ)言擴(kuò)展、OpenCL應(yīng)用程序接口、Fortran甚至C++等都可以運(yùn)行在CUDA架構(gòu)之上，未來(lái)CUDA還將支持更多的語(yǔ)言。在整個(gè)產(chǎn)業(yè)的共同推動(dòng)下，GPU計(jì)算可謂是前途無(wú)量！
實(shí)際上，在微軟的一份Direct Compute宣傳PPT中，我們也可以看到Direct Compute是完全建立在符合統(tǒng)一渲染架構(gòu)GPU的基礎(chǔ)之上的。實(shí)際上，從DirectX 10開始，NVIDIA和AMD紛紛淡化管線和頂點(diǎn)的概念，就是為了使得流處理器可以執(zhí)行更多非3D的應(yīng)用，而如今微軟推出的Direct Compute，無(wú)疑對(duì)GPU通用計(jì)算應(yīng)用有很大的推動(dòng)性。
小貼士：DirectX Compute還是Direct Compute？
很多朋友應(yīng)該會(huì)發(fā)現(xiàn)，早期我們將微軟的DirectX 11中包含的GPU通用計(jì)算成為DirectX Compute，但近期我們又改成了Direct Compute，這是為什么呢？實(shí)際上，微軟為了將GPU通用計(jì)算和主要是3D應(yīng)用的DirectX區(qū)別開，所以通知了所有合作伙伴以及媒體，將DirectX Compute改為Direct Compute，微軟想要達(dá)到的效果應(yīng)該是讓Direct Compute和DirectX一樣重要吧，其實(shí)也可以看出微軟對(duì)GPU計(jì)算的重視。
理清了CUDA以及Direct Compute的關(guān)系，我們來(lái)進(jìn)入測(cè)試階段，看看Windows 7中的Direct Compute到底對(duì)NVIDIA CUDA有沒(méi)有影響，再一次驗(yàn)證Direct Compute到底和CUDA是否存在沖突與競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)系。
● 測(cè)試平臺(tái)
本次我們采用封裝接口為L(zhǎng)GA1156的i7搭配剛剛發(fā)布的P55主板進(jìn)行測(cè)試，顯卡采用Inno3D推出的iChill-GTX260+金牛典藏版 (報(bào)價(jià) 參數(shù) 圖片 評(píng)論 )，并分別在不支持Direct Compute的Windows Vista操作系統(tǒng)和支持Direct Compute的Windows 7操作系統(tǒng)下進(jìn)行對(duì)比。其中Windows Vista為64Bit，Windows 7為32Bit。
測(cè)試程序我們選擇了三個(gè)最具代表性的CUDA軟件，分別為國(guó)產(chǎn)轉(zhuǎn)碼軟件MediaCoder、CyberLink推出的視頻編輯軟件Power Director（威力導(dǎo)演）以及大家非常熟悉的轉(zhuǎn)碼軟件Badaboom，并分別以同樣的方法在Windows Vista和Windows 7下進(jìn)行測(cè)試。
Badaboom是NVIDIA聯(lián)合Elemetal制作的Geforce GPU視頻轉(zhuǎn)碼工具，在CUDA標(biāo)準(zhǔn)推出初期，這技術(shù)是唯一一款支持CUDA加速的視頻轉(zhuǎn)碼軟件，通過(guò)這款軟件可以直接利用CUDA加速給iphone、iTouch、PSP、Apple TV等多種設(shè)備轉(zhuǎn)換視頻。目前，該軟件最新版本為1.2.1。
本次測(cè)試所采用的片源為電影《X戰(zhàn)警3》的一個(gè)長(zhǎng)達(dá)11分鐘的預(yù)告片，原分辨率為1920×1080，在本次測(cè)試中我們將其轉(zhuǎn)換成720P的MP4格式，以下分別是在Windows Vista和Windows 7下的性能截圖：
Windows Vista下：轉(zhuǎn)換時(shí)間為5分23秒
Windows 7操作系統(tǒng)下，轉(zhuǎn)換時(shí)間同樣為5分23秒
從兩次轉(zhuǎn)換的完成時(shí)間來(lái)看，在Windows Vista和Winows 7下，所花費(fèi)的時(shí)間完全一樣，都為5分鐘23秒，可以看出操作系統(tǒng)完全不影響CUDA效能。我們接著來(lái)看下一個(gè)測(cè)試！
MediaCoder是一款國(guó)產(chǎn)轉(zhuǎn)碼軟件，在之前我們已經(jīng)對(duì)這款軟件有過(guò)非常詳細(xì)的測(cè)試。這款軟件相對(duì)于前面的Badaboom來(lái)說(shuō)，最大的優(yōu)勢(shì)就在于其不僅僅可以利用GPU中的流處理器單元進(jìn)行視頻轉(zhuǎn)碼加速，同時(shí)還可以利用CPU進(jìn)行加速，也就是說(shuō)其采用了GPU+CPU聯(lián)合加速。性能要比Badaboom好很多。
本次我們利用這款軟件轉(zhuǎn)換1080P高清影片《007皇家賭場(chǎng)》的一個(gè)預(yù)告片，并分別在Windows Vista和Win 7下進(jìn)行測(cè)試。下面是測(cè)試成績(jī)：
Windows Vista：358秒完成，壓縮率31.83：1
Windows 7：花費(fèi)時(shí)間374秒，壓縮率31.62：1
可以看出，在Vista和Win7中，兩次測(cè)試所花費(fèi)的時(shí)間僅差16秒，而這主要的原因就是在不同的系統(tǒng)平臺(tái)下壓縮率不一樣造成，如果排除壓縮率差距的話，相信這兩者仍然不會(huì)有差距，所以再一次證明了在Win7操作系統(tǒng)下，CUDA的效能并沒(méi)有一點(diǎn)損失。
接下來(lái)我們將要通過(guò)一個(gè)視頻編輯軟件來(lái)測(cè)試NVIDIA CUDA在Vista或Win7操作系統(tǒng)下的性能差距，這款軟件名叫威力導(dǎo)演（PowerDirector），出自著名的多媒體軟件公司CyberLink。NVIDIA CUDA在這款軟件中的主要作用是加速視頻預(yù)覽與視頻渲染，其實(shí)也是編碼的過(guò)程。
這一部分測(cè)試我們選擇了一段AVI視頻，并對(duì)其加上萬(wàn)花筒特效，測(cè)試渲染（編碼）時(shí)間，最后的成績(jī)?nèi)缦拢?/P>
Windows Vista：花費(fèi)時(shí)間7分44秒
Windows 7：花費(fèi)時(shí)間7分35秒
在這一部分測(cè)試中，我們驚奇的發(fā)現(xiàn)在Windows 7操作系統(tǒng)下，視頻渲染的速度竟然比Vista還快9秒，而輸出的格式、大小完全一樣，又一次證明了Windows 7中的Direct Compute絲毫不影響CUDA的發(fā)揮。
通過(guò)幾個(gè)軟件的測(cè)試，我們已經(jīng)完全可以充分的證明前文所說(shuō)的Direct Compute和CUDA不存在沖突與競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)系，反而是一種互補(bǔ)的關(guān)系，如果沒(méi)有CUDA架構(gòu)的GPU，那么Direct Compute也根本不可能實(shí)現(xiàn)。所以，擔(dān)心CUDA不支持Windows 7完全是莫須有的想法。
前面我們說(shuō)到，CUDA從本質(zhì)上將是一種硬件架構(gòu)，但又含有一個(gè)CUDA C編譯器，而實(shí)際上，CUDA C與Direct Compute以及OpenCL等等應(yīng)用程序接口從定位上就不一樣，或者說(shuō)使用人群不一樣。CUDA C是一種高級(jí)語(yǔ)言，那些對(duì)硬件了解不多的非專業(yè)人士也能輕松上手；而Direct Compute則是針對(duì)硬件的應(yīng)用程序開發(fā)接口，它能給程序員更多對(duì)硬件的控制權(quán)，相應(yīng)的上手及開發(fā)會(huì)比較難一些。
我們現(xiàn)在回頭看NVIDIA為Windows 7做出的事情，首先在硬件上CUDA架構(gòu)的GPU可以完美的支持Windows 7以及DirectX 11中的Direct Compute技術(shù)；另一方面，驅(qū)動(dòng)程序上NVIDIA也是首先提供了Win7以及Direct Compute的支持，并且在最近的Power of 3三劍平臺(tái)的宣傳中，將Windows 7作為Power of 3推薦操作系統(tǒng)，可見(jiàn)NVIDIA已經(jīng)完全為Windows 7的正式到來(lái)做好了準(zhǔn)備?！?
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