L14: laboratorio de supercomputación, diseño y gráficos.

La Escuela Politécnica Superior dispone de 28 laboratorios diseñados para la docencia y experimentación práctica y en los cuales se puede poner en práctica los conocimientos aprendidos en las clases teóricas, aprender y dominar las tareas informáticas que debemos conocer en el ejercicio de nuestra profesión y, además, desarrollar las competencias técnicas de los futuros ingenieros y arquitectos.

Para mejorar este objetivo de los laboratorios, hemos preparado e instalado el laboratorio L14 (en Politécnica I) como laboratorio especializado para el desarrollo de diseño, gráficos y tareas relacionadas con la supercomputación. Hemos equipado los 31 equipos de la L14 con las tarjetas GPU NVIDIA® GeForce® GTX 480, donadas por NVIDIA.

Estas tarjetas tienen unas prestaciones muy superiores a las que habían instaladas, y ofrecen la potencia combinada de las tecnologías DirectX 11, NVIDIA® PhysX® y CUDA™. Estas tarjetas  permiten un gran rendimiento así como unos gráficos impresionantes. Además, es posible ampliar la imagen a 3 pantallas para crear 3D estereoscópico. Con la tecnología CUDA se puede aprovechar todo el potencial de los 480 núcleos de procesamiento de la GPU i los 1,535 MB de memoria GDDR5 para acelerar operaciones gráficas y científicas muy complejas (codificación de formatos de vídeo, simulación de fenómenos físicos, químicos médicos, biológicos y matemáticos, etc) y mejorar extraordinariamente el rendimiento respecto de las CPU tradicionales (en algunos casos es superior a 100x).

Con este laboratorio, la Universidad de Alicante ha sido seleccionada como CUDA Teaching Center, uno de los 5 existentes en España.

Para “mover” la GTX 480, la Escuela ha necesitado adquirir unas fuentes de alimentación con unas características especiales, para este caso la Antec High Current Gamer de 620 W.

 Abajo se muestra el antes y el después de realizar el cambio


La tarjeta gráfica GPU NVIDIA® GeForce® GTX 480

La tecnología DirectX 11, es el software responsable de los increíbles efectos visuales en 3D y los cautivadores efectos de sonido que tienen la mayoría de los juegos actuales para PC. Está diseñado para ser más eficiente, para aprovechar la eficacia de los procesadores actuales de varios núcleos y para brindar compatibilidad con técnicas de sombreado y texturas sofisticadas, como la teselación. El resultado es la animación en 3D más homogénea y los gráficos más realistas y matizados que nunca.

Windows XP no soporta DirectX 11.

La tecnología NVIDIA® PhysX® añade un elemento de realismo que nunca se había visto en los juegos. Con una GPU NVIDIA® GeForce® en el PC, casi puedes sentir efectos de física dinámicos tan impresionantes como las explosiones, la interacción con los escombros y desechos o el movimiento natural del agua y los personajes.

CUDA™: es una arquitectura de cálculo paralelo de NVIDIA que aprovecha la gran potencia de la GPU (unidad de procesamiento gráfico) para proporcionar un incremento extraordinario del rendimiento del sistema.

Los sistemas informáticos están pasando de realizar el “procesamiento central” en la CPU a realizar “coprocesamiento” repartido entre la CPU y la GPU. Para posibilitar este nuevo paradigma computacional, NVIDIA ha inventado la arquitectura de cálculo paralelo CUDA

CUDA son las siglas de Compute Unified Device Architecture (Arquitectura Unificada de Dispositivos de Cómputo) que hace referencia tanto a un compilador como a un conjunto de herramientas de desarrollo creadas por nVidia que permiten a los programadores usar una variación del lenguaje de programación C para codificar algoritmos en GPU de nVidia.

CUDA intenta explotar las ventajas de las GPU frente a las CPU de propósito general utilizando el paralelismo que ofrecen sus múltiples núcleos, que permiten el lanzamiento de un altísimo número de hilos simultáneos. Por ello, si una aplicación está diseñada utilizando numerosos hilos que realizan tareas independientes (que es lo que hacen las GPU al procesar gráficos, su tarea natural), una GPU podrá ofrecer un gran rendimiento en campos que podrían ir desde la biología computacional a la criptografía por ejemplo.

Ventajas

CUDA presenta ciertas ventajas sobre otros tipos de computación sobre GPU utilizando APIs gráficas.

  • Lecturas dispersas: se puede consultar cualquier posición de memoria.
  • Memoria compartida: CUDA pone a disposición del programador un área de memoria de 16KB (o 48KB en la serie Fermi) que se compartirá entre threads. Dado su tamaño y rapidez puede ser utilizada como caché.
  • Lecturas más rápidas de y hacia la GPU.
  • Soporte para enteros y operadores a nivel de bit.

Limitaciones

  • No se puede utilizar recursividad, punteros a funciones, variables estáticas dentro de funciones o funciones con número de parámetros variable
  • No está soportado el renderizado de texturas
  • En precisión simple no soporta números desnormalizados o NaNs
  • Puede existir un cuello de botella entre la CPU y la GPU por los anchos de banda de los buses y sus latencias.
  • Los threads, por razones de eficiencia, deben lanzarse en grupos de al menos 32, con miles de hilos en total.

Comparativa visual entre las gráficas original y la GPU NVIDIA® GeForce® GTX 480.

 

Especificaciones de la GPU:

CUDA Cores 480
Reloj de gráficos (MHz) 700
Reloj del procesador (MHz) 1401
Tasa de relleno de texturas (miles de millones/s) 42

Especificaciones de la memoria:

Reloj de la memoria (MHz) 1848
Config. de memoria estándar 1536 MB GDDR5
Interfaz de memoria 384-bit
Ancho de banda de memoria (GB/s) 177.4

Funciones disponibles:

NVIDIA SLI® Ready
Tecnología NVIDIA PureVideo®
Tecnología NVIDIA PhysX™
Tecnología NVIDIA CUDA™
Microsoft DirectX 11
OpenGL 4.1
Soporte de bus PCIe 2.0 x16
Certificado para Windows
GeForce 3D Vision Ready
GeForce 3D Vision Surround Ready

Pantallas:

Máxima resolución digital 2560×1600
Máxima resolución VGA 2048×1536
Conectores de pantalla estándar 2x Dual Link DVI, Mini HDMI
Multimonitor
HDCP
HDMI
Entrada de audio para HDMI Internal

Dimensiones de la tarjeta gráfica estándar:

Altura 4.376 inches (111 mm)
Longitud 10.5 inches (267 mm)
Anchura Single-Slot

Especificaciones térmicas y potencia:

Temperatura máxima de la GPU (en ºC) 105
Requisitos mínimos de potencia del sistema (W) 600

 

La fuente de alimentación Antec High Current Gamer 620W

Especificaciones técnicas y características:

  • Amperajes máximos de salida: +3,3V (24A), +5V (24A), +12V (48A), +5VSB (2,5A), -12V (0,8A)
  • 620W de energía continua
  • Certificación 80 PLUS® Bronze (hasta 88% eficiente)
  • Raíl High Current de +12V totalmente protegido que tienen la capacidad de soportar cargas máximas para mejorar la compatibilidad con tarjetas gráficas
  • Ventilador silencioso de doble rodamiento de 135 mm.
  • Condensadores de marca japonesa de la más alta calidad
  • Terminales de gran amperaje chapados en oro para una capacidad de conducción óptima
  • Compatible con ATX12V versión 2.3 y EPS versión 2.91
  • Gama completa de protección de nivel industrial: protección frente al exceso de corriente (OCP), protección frente a los sobrevoltajes (OVP), protección frente a los cortocircuitos (SCP), protección frente a las sobretensiones (OPP)
  • Entrada universal: compatible con sistemas de 100V a 240V
  • Corrección activa de factor de potencia con factor de potencia: 0,99 (menor contaminación armónica y mayor ahorro energético)
  • MTBF (tiempo medio entre fallas): 100.000 horas
  • Cumple la directiva ErP Lot 6 2010: 5Vsb < 1 W
  • Seguridad: cUL, TÜV, CE, CB, FCC, C-TICK, CCC, BSMI, Gost-R
  • Dimensiones: 86 mm (Al) x 150 mm (An) x 160 mm (Pr)

Conexiones disponibles, todas integradas en la PSU puesto que, como hemos adelantado, esta unidad no es modular:

  • 1 x conexión 24-20-pin ATX
  • 1 x conexión 4+4-pin EPS / ATX 12V
  • 2 x conexión 6+2-pin PCI-Express
  • 6 x conexión SATA
  • 6 x molex 4-Pin
  • 1 x conexión 4-Pin para Floppy

La fuente de alimentación original y la Antec High Current Gamer 620W

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