GPUDirect: GigE マシン ビジョン カメラ向けの次のレベルのデータ処理と転送

NVIDIA GPUダイレクト は、 ネットワークインターフェイスカード (NIC) やストレージ デバイスなどの周辺機器から NVIDIA GPU にデータを高速かつ低遅延で転送して処理できるようにするテクノロジの集合です。 NIC の場合、このテクノロジはリモート ダイレクト メモリ アクセス (RDMA) を使用して、NIC から GPU メモリへの直接データ転送を容易にし、そのプロセスで中央処理装置 (CPU) とシステム メモリを効果的にバイパスします。 その結果、 GigE ビジョンカメラ などのデータ ソースから、CPU よりも大幅に強力で負荷の少ない処理ノードまでの、非常に低遅延、低ジッターのパスが実現します。

データ量が継続的に増加するにつれ、データを効率的に移動、処理、保存するための要件も増加しています。 イメージングでは、センサーの解像度が向上し続けていますが、おそらくさらに重要なのは、センサーのフレーム レートも同様に向上していることです。 これにより、特にアプリケーションがミッションクリティカルな場合には、リアルタイムで送信および処理する必要がある大量のデータが作成されます。 CPU には、GPU と同じ速度でデータを消費する手段がありません。 データは従来、システム メモリを介して GPU にオフロードされていましたが、これが本質的にシステムのボトルネックとなり、GPU 処理のパフォーマンス上の利点を最大限に発揮できなくなります。 GPUDirect はその問題を解決します。

産業用画像処理における GPUDirect の活用

産業用イメージングの利点が新しいアプリケーションに広がり続けるにつれて、より高い解像度とフレーム レートに対する要求が無視できなくなります。 業界はソース (カメラ) からホスト (PC) にマルチギガビットのデータレートを送信する方法をいくつか考え出してきましたが、これは課題の一部しか解決しません。 データがホストに到着した後、そのデータをどうするかということは、ユーザーにとってまったく新しい一連の障害となります。

GPUDirect のネットワーク アダプターのサポートにより、エンドツーエンドのパフォーマンスの明確な道筋が見えるようになります。GigE Vision などのイーサネットベースの転送プロトコルを活用することで、Emergent Vision Technologies などの マシンビジョンカメラ は、低遅延と予測可能な低ジッターの両方で、 10GigE、25GigE、および 100GigE レート で画像データを供給できます。この 2 つの変数は、ミッションクリティカルで高価値のアプリケーションの成功に不可欠です。

GPUDirect の主なアプリケーション

多くのアプリケーションでは、システム CPU とメモリを使用した従来の処理で十分です。 そうは言っても、一部の業界ではさらに多くのことを要求しており、最適化されたデータ取得および処理ソリューションの構築にかかる追加の時間、労力、コストを容易に正当化できます。

• 手術ナビゲーション、画像誘導介入、医療ロボット工学 — テクノロジーが人間に侵襲的に使用されるアプリケーションでは、リアルタイムの認識と応答性が不可欠です。 外科医や画像診断手順をガイドするためにカメラが使用される場合、オペレーターへのフィードバックは瞬時に行われなければなりません。 画像の解像度が高いほど、オペレーターは見やすく、操作し、意思決定を行うことができます。 高解像度 (HD) カメラが必要になることが多く、スムーズな動きを保証するために高フレーム レートで実行する必要があります。 これらすべては、遅延を感じさせずにオペレーターの画面に配信される必要があります。 GPUDirect はこれを可能にします。
• スポーツとライブエンターテイメント — HD および超高解像度 (UHD) ビデオの人気はますます高まっており、120 fps 以上の高速フレーム レートと相まって、視聴者に臨場感あふれる詳細な体験を提供します。 これに加えて、さまざまな角度や視点を撮影し、プレイ後のレビューをサポートするために多くのカメラが必要となり、送信されるデータの量は大幅に増加します。 GPUDirect は、複数のストリームのビデオ圧縮、処理、アーカイブを同時にサポートする優れたソリューションを提供します。
• 仮想/拡張現実 — 仮想現実 (VR) と拡張現実 (AR) の進歩により、大規模な作業やコラボレーションが可能になりました。 この機能の多くは、仮想ウォークスルー、複雑な医療処置のリハーサル、軍事および警察活動の訓練、または他者とのコラボレーションを可能にする強力な GPU パフォーマンスに依存しています。 仮想 360 度空間を作成するには、複数の HD ビデオ ストリームをリアルタイムで処理する必要があり、結果として得られる画像は他の環境変数とオーバーレイされることがよくあります。 これらの要求はほとんどの CPU を圧倒するため、GPU 処理に最適です。
• 自動光学検査 – 大型で複雑な回路カードや UHD フラットパネル ディスプレイは、製造品質を確保するために迅速な高解像度検査に依存しています。 このために使用されるイメージ センサーは大型で、検査システムの生産性の要求に応えるために数十メガピクセルとフレーム レートが高くなります。 その結果、ほぼリアルタイムで分析する必要がある大規模なデータセットが生成されます。 ここでは GPU 処理が優れており、GPUDirect により、他のタスクで忙しいことが多い CPU やシステム メモリに影響を与えることなく、データが GPU メモリに到着することが保証されます。

NVIDIA GPUDirect の採用は、従来の画像処理アプリケーションよりも少し複雑ですが、テクノロジーが進化し、アプリケーションの要求が高まるにつれて、従来の方法だけでは解決できない状況が頻繁に発生します。 Emergent Vision Technologies は、互換性のある NIC を通じて GPUDirect のサポートを提供することに加えて、産業用の高速、高データ イメージングのニーズを満たすために特別に最適化された独自の高性能 NIC ラインも開発しました。 自社のカメラ製品と組み合わせ、最適化された GigE Vision 実装を利用することで、同社は導入の障壁を下げ、最先端のパフォーマンスと画像処理へのアクセスを可能にします。