הרי בוסיבא, AMTRONICS STARTRONICS
רמת הביצועים שנדרשת בדימות והדמיה רפואיים היא לעיתים קרובות כל כך גבוהה שאפילו המעבדים הרב ליבתיים החדישים ביותר מתקשים לעמוד בקצב. חלופה יעילה למחשבי העל שהיו נחוצים כדי לעמוד בסוג הדרישות שמציבים אבחנה וטיפול רפואיים אפשר למצוא בטכנולוגיות וכלי ה-GPGPU עתירי הביצועים, שבאמצעותם אפשר לתעל בקלות את כוח המחשוב המקבילי המסיבי של הכרטיסים הגרפיים. AMD הופכת עכשיו את הטכנולוגיה הזאת לזמינה לטווח ארוך לשוק יישומי המחשב המשובצים
באמצעות AMD Radeon HD 5770 וה-GPGPU החדש Radeon E6760.
הצמא הגדול ליותר ביצועים מניע קדימה את פיתוח המעבדים– מהירות שעון גבוהה יותר, רוחב סיביות גדול יותר וייצור בנפח פיזי הולך וקטן נועדו לשפר עוד יותר את הביצועים. השלב הבא בשוק ה-x86 היה ההכנסה לשימוש של טכנולוגיות רב ליבתיות – אותה צריכת חשמל אבל הכפלת הביצועים. אבל אפילו המעבדים הרב הליבתיים החדשים לעיתים קרובות לא מספיק חזקים ליישומים שבהם רוצים לעבד כמויות גדולות של נתונים מהר ככל האפשר. משום שבאבחון באמצעות דימות כגון MRT או CT, לדוגמה, השימוש בפתרונות המיושמים בטכנולוגיות רב ליבתיות עדיין משמעו שצריך לחכות כמה דקות, אם לא שעות, עד שמופיעים נתוני התמונה הסופית, תלוי בנפח הנתונים המעורבים בעיבוד ובמורכבות שלו.
זאת בניגוד לצורך לעבד נתוני דימות רפואי מהר ככל האפשר לצורך אבחון וטיפול, אבל עדיין להציג אותם ברזולוציה גבוהה מאוד – לדוגמא ביישומים המאפשרים אבחון של סרטן השד, בהם רוצים קריאה מהירה של תמונות בפירוט רב. בין היישומים האחרים המטילים דרישות של ביצועים מאוד גבוהים על החומרה התומכת – בנייה מחדש של תמונות בטומוגרפיה ממוחשבת (CT) תלת מימדית מהירה. זה מצריך המרת נתונים של צילומי רנטגן לפרוסות תלת מימדיות לא חופפות של האובייקט שבו מתעניינים באמצעות אלגוריתמים לבנייה מחדש של תמונות, שחייבת להיעשות מהר ככל האפשר, כמובן. הדמיה היא אחד מהיישומים הרפואיים הכי שאפתניים של מעבדים פרט ליישומי אבחנה – לדוגמה, מיקרוסקופיה וירטואלית, המשמשת במחקר של תרופות. האיחוד של נוסחאות כימיות, פיזיקליות ומתמטיות בתוכנת הדמיה, מפעיל אלגוריתמים מורכבים כדי לדמות מולקולות ואת האינטראקציות ביניהן.
מה שמשותף לכל היישומים האלה הוא שדרישות הביצועים מליבות המעבד הן מאוד גבוהות, ואפילו המעבדים הרב ליבתיים החדישים ביותר לעתים רחוקות עומדים בהן באופן מלא. כמובן, אפשר לצרף מספר מעבדים רב ליבתיים באשכול עתיר ביצועים אחד בשביל יישומים כאלה שהם עתירי חישובים וקריטיים מבחינת הזמן, אבל העלות של הרכישה וההפעלה של מחשב על מסוג זה בתוספת התשתית שלו היא עצומה.
טכנולוגיות GPU מתפתחות במקביל
אבל במקביל לטכנולוגיות CPU (יחידת עיבוד מרכזית) ישנה התפתחות הרבה יותר מהירה של טכנולוגיות GPU (יחידת עיבוד גרפית), המונעת בעיקר על ידי שוק מוצרי הצריכה. יותר מסגרות לשנייה, רזולוציה גבוהה יותר וממשקי תכנות אחידים יצרו בסיס רחב לשימוש בטכנולוגיות האלה גם בעיבוד נתונים. משום שכשיורדים לרמת הנתונים, אין בעצם שוני רב בין חישוב והצגת עולמות וירטואליים במשחקים לבין ויזואליזציה של נתונים גולמיים ממגוון של מקורות, כגון אולטרא סאונד ובדיקת עורקים. GPU יכולים להתמודד טוב יותר עם משימות מקביליות עתירות נתונים. היותם מוגבלים לבעיות ספציפיות ללא יותר מדי ניהול מאפשר לתכנן אותם כך שרוב הטרנזיסטורים מוקדשים לפעולות חישוב ולא נחוצים לבקרה ומטמון, כמו שקורה עם CPU. מדעני מחשב באוניברסיטאות הובילו את השימוש בכוח המחשוב המקבילי העצום של הכרטיסים הגרפיים המודרניים. אבל מידה כזאת של מקבילות הפכה את האלגוריתמים למאוד מורכבים, כך שבתחילה זה משך בעצם רק אידיאליסטים ומומחים.
עם ההכנסה לשימוש של ממשקים וסביבות תכנות כמו OpenCL כטכנולוגיה משלימה ל-OpenGL, כל המפתחים יכולים עכשיו לנצל את הביצועים של המעבדים הגרפיים המודרניים.
משהו שלוקח בסביבות 90 דקות במחשב על קלאסי אפשר להפחית לשלוש דקות בלבד באמצעות פתרון המופעל באמצעות GPGPU (יחידת עיבוד גרפית לשימוש כללי). אפשר להכפיל את המהירות של האבחון פשוט באמצעות כוח החישוב המקבילי של המעבדים הגרפיים המודרניים.
בנוסף לחיסכון בזמן החישוב, צריכת חשמל או שימוש יעיל ממלאים תפקיד מפתח. חישוב המבוסס על CPU שצרך בסביבות 400 וט-שעה יכול להסתדר עם פיתרון מבוסס GPU הצורך 40 וט-שעה בלבד . יחד עם דימות ברזולוציה גבוהה, הביצועים המהירים יותר האלה לא רק מפיקים תוצאות וויזואליות הרבה יותר טובות – אפשר גם להפחית משמעותית את מינוני הקרינה שהמטופל נחשף לה משום שבזכות עיבוד הנתונים המקבילי של ה-GPU, נחוצות פחות הטלות רנטגן כדי לקבל תוצאות סריקה בסטנדרט גבוה.
מערכות עתירות ביצועים כאלה המופעלות על ידי GPGPU גם משתלמות מבחינה כספית. ולא רק בגלל שפחות יקר להתקין אותן בפלטפורמה משובצת סטנדרטית עם מעבדים גרפיים חזקים בתור מעבדים משותפים במקום מחשב- על עתיר עלויות. מערכת כזאת מצריכה פחות שטח ריצפה ותשתית קירור, מה שהופכת אותה למשתלמת באופן כולל.
בכל זאת, לטכנולוגיה של הכרטיסים הגרפיים הייתה עד עכשיו חולשה עיקרית אחת שהפחיתה מכל היתרונות של שימוש ב-GPU ביישומי HPEC (חישוב משובץ עתיר ביצועים) – יש לה חיים קצרים. הבעיה שניצבת בפני יצרנים של מערכות משובצות הייתה לכן היעדר גרפיקה משובצת מתקדמת עם זמינות ארוכת טווח.
AMD מציעה כרטיס גרפי PCI Express מתקדם לשוק המשובץ עם זמינות ארוכת טווח – הכרטיס הגרפי PCI Express AMD Radeon™ HD 5770, וגם את ה-GPU המשובץ החדש AMD Radeon E6760E הפיתוח החדשני הזה מעניק ליצרני ציוד רפואי את הביטחון המתמשך שהם רוצים בתכנון גם בחומרת הגרפיקה. בנוסף לזמינות ארוכת טווח, היצרנים ירוויחו מאינטגרציה פשוטה של המעבד הגרפי: אפשר להשתמש בקלות בכרטיס גרפי (PCI Express x16 PEG) במגוון של פלטפורמות משובצות, מלוח שרת סטנדרטי ועד לתצורה של לוח אם PICMG 1.3 מתקדם. AMD Radeon E6760 החדש קיים גם בתצורת כרטיס בגודל קומפקטי MXM בהתאם למיפרט MXM 3.0. אבל לא רק יישומים עתירי גרפיקה מפיקים תועלת מיכולת העיבוד המאוד גבוהה הזאת, משום שמעבדי הזרימה של ה-GPU יכולים להוריד עומס עבודה עצום מה-CPU הרב ליבתיים בעיבוד המקבילי של זרמי נתונים שונים. שילוב יחידות המעבדים האלה ביחידות הצללה מאפשר עיבוד וקטורים בנוסף לפעולות סקלריות. קל לגשת לפוטנציאל הזה באמצעות פלטפורמות תכנות ו-API סטנדרטיים כגון OpenCL או DirectCompute, ובכך פיתוח היישום מפושט ומואץ. מבחינת עלות הבעלות הכוללת, סוג זה של פתרון GPGPU גם יכול ליצור חיסכון ניכר, משום שמערכות המשופרות באמצעות GPU מודולריים הרבה יותר משתלמות מאשר יצירת הביצועים הנחוצים באמצעות שימוש במעבדים רב ליבתיים המבוזרים במספר לוחות שרת. גם החלפת GPU היא פחות מסובכת מהחלפת לוח שלם, לצורך תחזוקה או לשדרוג הביצועים. יתר על כן, GPU אפשר להחליף בקלות בטווח הארוך בדגם תואם חזק יותר מבלי לשנות את התצורה הכוללת של המערכת.
כתוצאה מכך יש סיבות רבות בעד חומרה גרפית מתקדמת במערכות משובצות רפואיות. הזמינות לטווח ארוך של פתרונות AMD Radeon כגון הכרטיס הגרפי PCI Express HD 5770 או ה-GPU החדש E6760 מסלקת את המכשול הגדול ביותר. ל-AMD יש גם מוצרים גרפיים משובצים נוספים כגון פתרונות יחידת העיבוד המתקדמת (APU) המופעלים על ידי טכנולוגיית הפיוז’ן של AMD, המאחדת את ה-CPU וה-GPU בשבב אחד לשם יעילות אנרגטית ומכניסה את הדור הבא של יישומים רפואיים מאוד ניידים וחזקים. עם הנפוצות הרחבה של טכנולוגיית ה-GPGPU, היא תהפוך יותר ויותר לטכנולוגיה הרווחת, ותפחית את זמן הפיתוח של יישומים חדשים. כדי להבטיח את היתרונות שיתרחשו בקרוב, כדאי מאוד לחשוב היום על יישום הטכנולוגיה.
מסגרת 1: הכרטיס הגרפי PCI Express AMD Radeon™ HD 5770 הזמין לטווח ארוך
הכרטיס PCI Express AMD Radeon™ HD 5770 מוסיף זמינות ארוכת טווח לגרפיקה של מערכות משובצות. עם שעון GPU של 850 מה”צ וזיכרון DRAM GDDR5 של 1 גיגה ביט עם 1200 מה”צ, כרטיס ה-PCI Express מאיץ יישומי Open GL 3.2 ו-DirectX11 באמצעות טכנולוגיית הזרימה Firestream מתוצרת AMD בתוספת OpenCL 1.0 ו-DirectCompute 11. ליישומי תלת מימד ממש מתקדמים – בדימות והדמיה רפואיים, למשל – אפשר לצמד עד ארבעה כרטיסים גרפיים באמצעות טכנולוגית AMD CrossFireX™. אפשר להפעיל שתי תצוגות באופן בלתי תלוי בשני מימשקי ה-DVI-I כפולי החיבור עם רזולוציה של עד 2560 x 1600 פיקסלים. אפשר לחבר את התצוגות גם באמצעות , HDMI ו-DisplayPort. טכנולוגיית התצוגה המרובה Eyefinity של AMD מאפשרת הפעלה בו-זמנית של שישה צגים עם רזולוציות, קצבי מסגרות, מודלי צבעים ורובדי וידיאו שונים וגם צירוף של כמה צגים ליצירת תצוגה אחת גדולה. לכרטיס הגרפי, המצויד במפענח הווידיאו המאוחד של (AMD UVD 2.0) יש השפעה מתמשכת בהורדת עומס מה-CPU בזמן ההצגה של וידיאו HD מלא H.264, MPEG-2 ו-VC-1, והוא מוביל לתכנון מערכות יעילות מבחינה אנרגטית ואטרקטיביות מבחינה תרמית.
מסגרת 2: ה-GPU המשולב החדש מציע תמיכה ב-OpenCL™ ובשש תצוגות בלתי תלויות.
ה-GPU AMD Radeon E6760 הוא הראשון מסוגו המציע למתכננים של מערכות משובצות את השילוב של תמיכה ב-OpenCLTM יחד עם תמיכה בשש תצוגות בלתי תלויות. ארכיטקטורה מתקדמת עם מנוע גרפי תלת מימדי והצללה ניתנת לתכנות תומכת בטכנולוגיית Microsoft DirectX® 11 להצגה גרפית מעולה, באמינות גבוהה ופתרון תרמי בהספק קטן יחסית. ה-GPU AMD Radeon E6760 מאפשר למתכננים של מערכות דימות רפואי לספק במהירות מוצרים עם יתרון תחרותי משכנע. התמיכה ב-OpenCL מספקת מימשק בתקן תעשייה לגישה לביצועי החישוביות לוואט יוצאי הדופן של יישומי GPGPU (יחידת עיבוד גרפי ליישומי עיבוד כללי) כגון אולטראסאונד, MRT ו-CT. עם 480 יחידות הצללה הוא מציע ביצועי נקודה בודדת צפה של עד 576 גיגה פלופס. ל-GPU AMD Radeon E6760 יש תמיכה בתצוגות מרובות באמצעות טכנולוגיית Eyefinity של AMD והוא תומך בעד שש תצוגות פלט בלתי תלויות, בווידיאו תלת מימדי, HDMI 1.4 וב-DisplayPort 1.2 למהירויות חיבור גבוהות יותר וקישוריות פשוטה יותר של התצוגות. יתר על כן, ה-GPU AMD Radeon E6760 ניתן לשילוב עם ה-APU (יחידות עיבוד) A-Series עתירות הביצועים הצפויות בקרוב של AMD, שם קוד “Liano“, כדי לאפשר יכולת גרפית נוספת וכוח חישוב מקבילי נוסף.
הטכנולוגיה Eyefinity של AMD פועלת עם יישומים שתומכים ביחסי רוחב גובה לא סטנדרטיים, מה שנחוץ לתצוגה פנורמית בתצוגות מרובות. כדי לאפשר יותר משתי תצוגות, נחוצים לוחות נוספים עם מחברי DisplayPort מקוריים, ו/או מתאמים פעילים תואמי DisplayPort כדי להמיר את הקלט המקורי של הצג שלך למחברי DisplayPort או Mini-DisplayPort של הכרטיס שלך. הטכנולוגיה Eyefinity של AMD יכולה לתמוך בעד שש תצוגות באמצעות כרטיס גרפי AMD Radeon™ אחד מותאם עם מערכות הפעלה Windows
, Windows 7 – או Linux מספר התצוגות עשוי להשתנות לפי התכנון של הלוח ועליך לוודא את המפרטים המדויקים עם היצרן הרלוונטי לפי הרכישה. פונקציונליות SLS (משטח אחד גדול) מצריכה רזולוציית תצוגה זהה בכל התצוגות המוגדרות.
