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田中ゼミでは、複雑な3DCGを高速に生成するためにはGPUと呼ばれるハードウェアの処理速度が重要になっています。

GPUで高速に3DCGを生成させるために、複数のGPUを同時に使って並列処理で高速化させる方法があります。

田中ゼミにあるNVIDIA社製のGeForce GTX 295は 2つのGPUを搭載するマルチGPU型のグラフィックスボードなのですが、これまで2つ目のGPUがうまく動きませんでした。

下の写真はPC本体とGTX 295の写真です。

※グラフィックスボード上に怪しい画像が貼り付けてありますが、これは購入時（製造時）から貼り付けてあったものです。このGTX 295の製品ページはこちら

これまで何度かボード上の2つのGPUを同時に動かそうと試みたのですが、NVIDIA社製のドライバがうまく機能しなくて並列動作をしませんでした。

めんどくさがりが多い田中ゼミではそれ以上の検討をすることなく、そのまましばらく放置されていたのですが、ここに来て急にマルチGPUがやりたくなり、最新のNVIDIAドライバを使って再度試してみることになりました。

それで最新バージョンのドライバ(256.53)を使ってみると、なんとあっさりと動くではないですか！

それで急遽、マルチGPUで我々の開発しているソフトウェアがどれくらい速くなるか試してみることになりました。

大変軽いノリで実験の開始です。

【検証に使用した環境】

OS: FreeBSD 8.1-stable 64bit版

CPU: Intel Core i7 920 (2.66GHz)

メモリ: 9GB(トリプルチャンネルで動作)

NVIDIAドライバ: FreeBSD x86_64 ドライバ256.53

GPU: NVIDIA GeForce GTX 295　1792MB　(GIGABYTE社製 GV-N295-18I-B (Rev. 1.0))

【マルチGPUの設定】

(1) マルチGPUの動作モード

マルチGPUは動作の仕方によって、２種類の設定があります。

• AFR: 画面(フレーム)毎の並列処理
• SFR: 1つの画面（フレーム)を分割して並列処理

ただ、今回の実験では SFRモードしか速度が向上しませんでした。

(2) 設定ファイル 

マルチGPUの設定は以下のファイルに設定を書きこみます。

/etc/X11/xorg.conf

(3) 設定内容

Section "Screen" に

Option         "MultiGPU" "SFR"

を追加します。そうすると、GPUがSFRモードで並列動作(2GPUで動作)開始します。

【マルチGPUの速度検証】

以前の記事のこことここでGPUの速度を田中ゼミで開発しているソフトウェアで検証しましたが、

今回も同じものを使いました。

こちらはマルチGPUを用いて日本刀を3DCG再現している様子です。(OS: FreeBSD 8.1-stable)

◇日本刀のデジタルアーカイブシステム

• 1GPU(シングル動作)を使用： 50.0FPS
• 2GPU(マルチ動作)を使用:　71.0FPS

◇不均質誘電体（プラスチックやペイント）のレンダリングシステム

• 1GPU(シングル動作)を使用： 47.0FPS
• 2GPU(マルチ動作)を使用:　  74.3FPS

◇レイトレーシングシステム

以上のように2GPUで処理することで大幅に処理速度(CGの生成速度)が向上していることがわかります。

特にレイトレーシングシステムでは、GTX 295を2GPUで使用すると 46.9FPSとなり、これは最新かつ最高スペックのGTX 480 (約30FPS)よりも高速に動作することがわかりました。

【GPUの温度】

GPUに計算処理をさせると電力消費量が増えますのでGPUが高温になります。

当然マルチGPUだとその消費電力からなる発熱は凄まじいものとなります。

ためしにレイトレーシングシステムを使用したときどのぐらいGPUの温度が上昇するか試してみると、

なんと！　２つのGPUの温度は90℃を超えてしまっています。かなりの電力を消費していることがわかります。

下の画像は、レイトレーシングシステムを動作させながらGPUの温度を表示させている様子です。

温度を示すメーターがレッドゾーンに入っており、GPU温度も90℃を突破しています。

※ NVIDIAドライバから温度異常の警告が出るのは105℃からなので、まだ余裕はありますが。

【WindowsでのマルチGPUの問題】

今回のOpenGLによるマルチGPUの検証は、全てFreeBSD上で行っています。

Windowsでも同様な実験を行いましたが、Windows上ではマルチGPUの設定を行っても速度の向上が認められませんでした。( NVIDIA ドライババージョン 258.96)

Windowsでは、OpenGLがあまり重要視されていないためなのか、それとも我々が何か設定を間違ったのかはわかりませんが、我々のシステムではWindows上でのマルチGPUは使用できないようです。

Windowsでは、マルチGPUの設定はNVIDIAの設定ツールから以下のように３つの設定から選択します。

• シングルGPU
• フレームのレンダリングを強制的に交互にする 1
• フレームのレンダリングを強制的に交互にする 2

とあります。

※この選択肢だと1と2の違いが良く分からないのですが...

先日，新しいグラフィックスボードの記事を書きましたが，今度はGTX 460の方の報告記事です．

最近マニアックなネタが続いて申し訳ありません．

今回もまたGPU（Graphics Processing Unit)のお話です．

こちらが田中ゼミのPC内に新しく取り付けられたNVIDIA GeForce GTX460です．

こちらのGPUはグレードとしては，先日のGTX 480よりも格下になるのですが，

GPUのコアのアーキテクチャを見てみると，GTX 480が GF100コアを使っているのに対して，GTX 460はGF104コアと新しいものを採用しています．

GF104はFermiのバージョン2とも言える新しいコアだということですが...

これでどの程度の速度がでるのでしょうか？

今回は以下の条件でベンチマークテストをしてみました．

OS:FreeBSD 8.1-stable, NVIDIA driver 256.44

シェーディング言語: GLSL

ベンチマークテストをしている様子（田中ゼミで開発中のソフトウェアで3つの球体を3DCGで再現)

まず最初は，田中ゼミで開発している美術品のデジタルアーカイブシステムを使って日本刀の3DCG再現をしてみました．この場合，以下のような3DCG生成速度となりました．

• GTX 295 (1GPUのみ使用） : 50FPS
• GTX 480 1.5GB : 150FPS
• GTX 460 1GB: 100FPS

前回のベンチマークテストの結果と比較して，GTX 460は，GTX 480の約2/3の速度が出ています．

旧GPU(GTX 295)のシングルGPUと比較しても約倍の速度が出ていることが分かります．

値段を考えると妥当な速度ではないでしょうか？

次にレイトレーシングシステムで3DCGの生成速度を比較してみました．

こちらは通常のGPUのグラフィックスパイプラインの処理を無視して，GPGPUとしてGPUを用いています．シェーディング言語としては，こちらもGLSLを使っていますが...

3DCGの生成速度は以下のようになりました．

• GTX 295 (1GPUのみ使用） : 25FPS
• GTX 480 1.5GB : 30FPS
• GTX 460 1GB: 13FPS(遅い？？）

前回のベンチマークテストの結果と比較して，GTX 460は，GTX 480と比較できるどころか

旧GPU(GTX 295)のシングルGPUと比較しても約半分の速度しかが出ていないことが分かります．

どうした新型！？　と，叫びたくなるような結果です．

参考までにもっと古いGPUを持ってきてベンチマークをとってみました．

さらに旧い二世代前の旧型のGPUで同様のベンチマークテスト(レイトレーシング）を行ってみると，

• GeForce 9600GT(1GB) : 8FPS
• GeForce 9800GT Green Edition(1GB): 11FPS

 二世代前の，しかも低消費電力バージョンのGPUと大して変わらない結果になってしまいました．

NVIDIA GTX 460に関しては，今のNVIDIAドライバのGLSLのチューニングが甘いのか，それともGPGPUとして使うには，これが現時点での限界なのかレイトレーシング処理に関しては予想外に性能が出ない結果となりました．

本当にどうした新型！？　と，叫びたくなるような結果になりました．

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• 今まで開発してきたソフトウェアが問題なく動くかどうか？
  
• 今まで使っていた開発ツールが新しい環境でも全て揃うかどうか？、また、同じ動作をするのか？
• ソフトウェア作成時にAPI(Application Program Interface)と呼ばれるOS側の機能呼び出しが同様なものを持っているのか？、あるいは同様な動作をしてくれるのか？
• ソフトウェアやデータが保存される場所がどこに移動するのか？
• 今まで開発してきたソフトウェアが新しい環境で安定して動作してくれるのか？
• トラブルが発生した場合に対処方法はどの程度変わるのか？また、すぐに対処できるのか？

• コマンドシェルを bash から tcsh に変更
• 今まで使っていたシェルスクリプトや設定ファイルをLinux用に書き換える
• デスクトップ環境の外観を好みのものに変更(GNOMEの設定)
• ショートカットやウィンドウ動作、エフェクト等の設定(GNOMEの設定)
• 漢字コードをEUC-JPからUTF-8へ変更(FreeBSDではEUC-JPを使っていたため)
• NVIDIAのCUDA対応ドライバをインストール(256.40)
  
• 開発に必要なツールのインストール
• ツール類の設定(Linuxだと微妙に修正が必要)
• 田中ゼミで開発しているソフトウェアやライブラリ類をLinuxに移植(Makefileの書き換えと再コンパイル等で対応)
• とりあえず、CUDAの開発環境をインストール(CUDA 3.1)
  

さらにデジタルコスメ班が開発している人間の肌の3DCG生成システムを移植して実行してみました。
こちらも問題なく動いているようです。
※2010年9月5日追記(実は、後で速度面に問題があることが分かりました。）
以下の画像が、その結果です。人間の3DCG(肌の3DCG)が綺麗に生成されているのがわかるでしょうか。

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