GPUDirect: Datenverarbeitung und -übertragung der nächsten Stufe für GigE-Bildverarbeitungskameras

NVIDIA GPUDirect ist eine Sammlung von Technologien, die eine Hochgeschwindigkeitsübertragung von Daten mit geringer Latenz von Peripheriegeräten wie z. B. ermöglicht Netzwerkschnittstellenkarten (NICs) und Speichergeräte an NVIDIA GPUs zur Verarbeitung. Im Fall einer NIC nutzt die Technologie Remote Direct Memory Access (RDMA), um die Datenübertragung direkt von der NIC in den GPU-Speicher zu ermöglichen und dabei die Zentraleinheit (CPU) und den Systemspeicher effektiv zu umgehen. Das Ergebnis ist ein Pfad mit extrem geringer Latenz und geringem Jitter von einer Datenquelle wie z GigE Vision-Kamera zu einem Verarbeitungsknoten, der deutlich leistungsfähiger und weniger belastet ist als die CPU.

Da die Datenmengen kontinuierlich steigen, steigen auch die Anforderungen an die effiziente Übertragung, Verarbeitung und Speicherung von Daten. In der Bildgebung nehmen die Sensorauflösungen weiter zu, aber vielleicht noch wichtiger ist, dass auch die Bildraten der Sensoren steigen. Dadurch entstehen Berge an Daten, die in Echtzeit übertragen und verarbeitet werden müssen, insbesondere wenn Anwendungen geschäftskritisch sind. CPUs verfügen einfach nicht über die Möglichkeit, Daten im gleichen Tempo zu verbrauchen wie GPUs. Traditionell wurden Daten über den Systemspeicher auf GPUs verlagert, was im Wesentlichen zu Engpässen im System führt und die vollen Leistungsvorteile der GPU-Verarbeitung verhindert. GPUDirect löst dieses Problem.

Nutzung von GPUDirect in der industriellen Bildgebung
Da die Vorteile der industriellen Bildverarbeitung immer mehr in neue Anwendungen einfließen, bleiben die Forderungen nach höheren Auflösungen und Bildraten nicht unbemerkt. Die Industrie hat sich mehrere Möglichkeiten ausgedacht, Multi-Gigabit-Datenraten von der Quelle (Kamera) zum Host (PC) zu übertragen, doch damit ist nur ein Teil der Herausforderung gelöst. Was mit den Daten geschehen soll, sobald sie auf dem Host ankommen, stellt den Benutzer vor eine ganze Reihe neuer Hürden.
Mit der Unterstützung von GPUDirect für Netzwerkadapter wird ein klarer Weg für eine durchgängige Leistung sichtbar. Nutzung Ethernet-basierter Übertragungsprotokolle wie GigE Vision, Bildverarbeitungskameras wie die von Emergent Vision Technologies können Bilddaten liefern 10GigE-, 25GigE- und 100GigE-Raten mit geringer Latenz und geringem, vorhersehbarem Jitter – zwei Variablen, die für den Erfolg in geschäftskritischen und hochwertigen Anwendungen von entscheidender Bedeutung sind.

Wichtige Anwendungen für GPUDirect
In vielen Anwendungen reicht die herkömmliche Verarbeitung unter Verwendung der System-CPU und des Speichers aus. Allerdings verlangen einige Branchen mehr – viel mehr – und rechtfertigen ohne weiteres den zusätzlichen Zeit-, Arbeits- und Kostenaufwand für den Aufbau einer optimierten Datenerfassungs- und -verarbeitungslösung.

• Chirurgische Navigation, bildgeführte Intervention und medizinische Robotik — Echtzeitbewusstsein und Reaktionsfähigkeit sind bei Anwendungen, bei denen Technologie invasiv auf Menschen angewendet wird, von entscheidender Bedeutung. Wenn Kameras zur Führung eines Chirurgen oder bei einem diagnostischen Bildgebungsverfahren eingesetzt werden, muss die Rückmeldung an den Bediener unmittelbar erfolgen. Je höher die Bildauflösung, desto besser kann der Bediener sehen, navigieren und Entscheidungen treffen. Oft sind hochauflösende (HD) Kameras erforderlich, die mit hohen Bildraten laufen müssen, um eine reibungslose Bewegung zu gewährleisten. All dies muss ohne spürbare Latenz auf dem Bildschirm des Bedieners angezeigt werden. GPUDirect macht dies möglich.
• Sport und Live-Unterhaltung — HD- und Ultra-High-Definition-Videos (UHD) werden immer beliebter, gepaart mit schnellen Bildraten von 120 fps und mehr, um dem Betrachter ein immersives, detailreiches Erlebnis zu bieten. Hinzu kommt der Bedarf an vielen Kameras, die unterschiedliche Blickwinkel und Perspektiven erfassen und die Nachspielkontrolle unterstützen, und die Menge der übertragenen Daten nimmt erheblich zu. GPUDirect bietet eine hervorragende Lösung zur gleichzeitigen Unterstützung der Videokomprimierung, -verarbeitung und -archivierung mehrerer Streams.
• Virtuelle/Erweiterte Realität — Fortschritte in der virtuellen Realität (VR) und der erweiterten Realität (AR) machen es möglich, in großem Maßstab zu arbeiten und zusammenzuarbeiten. Ein Großteil dieser Fähigkeit hängt von der leistungsstarken GPU-Leistung ab, um virtuelle Komplettlösungen zu ermöglichen, komplexe medizinische Verfahren zu proben, für Militär- und Polizeieinsätze zu trainieren oder mit anderen zusammenzuarbeiten. Mehrere HD-Videostreams müssen in Echtzeit verarbeitet werden, um einen virtuellen 360-Grad-Raum zu erstellen, und die resultierenden Bilder werden häufig mit anderen Umgebungsvariablen überlagert. Diese Anforderungen würden die meisten CPUs überfordern und sind ideal für die GPU-Verarbeitung geeignet.
• Automatisierte optische Inspektion – Große, komplexe Leiterplatten oder UHD-Flachbildschirme sind auf eine schnelle, hochauflösende Inspektion angewiesen, um die Fertigungsqualität sicherzustellen. Die hierfür verwendeten Bildsensoren sind groß – mehrere zehn Megapixel und hohe Bildraten, um mit den Produktivitätsanforderungen des Inspektionssystems Schritt zu halten. Dadurch entstehen große Datensätze, die nahezu in Echtzeit analysiert werden müssen. Hier zeichnet sich die GPU-Verarbeitung aus, und GPUDirect stellt sicher, dass Daten im GPU-Speicher ankommen, ohne die CPU oder den Systemspeicher zu beeinträchtigen, der häufig mit anderen Aufgaben beschäftigt ist.

Die Einführung von NVIDIA GPUDirect ist etwas aufwändiger als eine herkömmliche Bildverarbeitungsanwendung, aber da sich die Technologie weiterentwickelt und Anwendungen immer anspruchsvoller werden, sehen wir oft Situationen, die mit herkömmlichen Methoden allein einfach nicht gelöst werden können. Emergent Vision Technologies bietet nicht nur Unterstützung für GPUDirect über kompatible NICs, sondern hat auch eine eigene Reihe leistungsstarker NICs entwickelt, die speziell für die Anforderungen industrieller Bildgebung mit hoher Geschwindigkeit und hoher Datenmenge optimiert sind. In Kombination mit seinen Kameraangeboten und der Nutzung einer optimierten GigE Vision-Implementierung senkt das Unternehmen die Hürden für die Einführung und eröffnet den Zugang zu Spitzenleistung und Bildverarbeitung.

https://emergentvisiontec.com/ 

Sämtliche Bildrechte liegen beim Urheber dieser Pressemitteilung.