WEB+DB PRESS plusシリーズ［増補改訂］GPUを支える技術
――超並列ハードウェアの快進撃［技術基礎］

書籍の概要

この本の概要

GPUの基本構造と技術動向に焦点を当てた『GPUを支える技術』の増補改訂版。GPU/AIアクセラレータの劇的進化に合わせて，解説も大幅に増強しました。

3Dグラフィックス，ゲーム，VR/AR，科学技術計算，ディープラーニング，人工知能/AIに至るまで，GPU/並列処理の存在感は高まる一方です。その背景にあるハードウェアや計算処理への要求とはどのようなものでしょうか。本書ではGPUの今を軸に，ハードウェア＆ソフトウェアの観点の技術基礎，SIMT/SIMDなどの超並列処理のポイント，欠かせない周辺技術まで徹底解説。実製品や事例を豊富に盛り込み，広くエンジニアの方々へ現場で役立つ技術知識を凝縮してお届けします。

こんな方におすすめ

  • GPUがどのようになっているのかを知りたい方
  • GPUのしくみを知って，より高性能のプログラムを書きたい方
  • GPUのしくみと現在の使われ方を理解して，より良く使いたい方，新たな使い方を考えたい方

知的好奇心から，GPUがどうなっているのかを知りたいという方々も大歓迎です。

プロフィール

Hisa Ando

著者
シリコンバレーで，1990年代に先端プロセッサの開発に従事。現在はフリーのテクニカルライターとして，プロセッサやスーパーコンピュータ関係の報道や解説を中心に活動している。『コンピュータ設計の基礎』（マイナビ出版，2010），『プロセッサを支える技術』（技術評論社，2011）などコンピュータアーキテクチャ関係の7冊の著書がある。また，ブログ（https://andosprocinfo.web.fc2.com/index.htm）でプロセッサ関係の話題を紹介している。博士（工学）。

西川善司（にしかわぜんじ）

トライゼット
特別寄稿（3.3節）
テクニカルジャーナリスト。高校時代からパソコン誌へのプログラムの寄稿，商業ゲームソフトの移植業務を受託。その後，日立製作所を経て記者業務に転向。ゲーム開発技術以外に，映像技術，自動車技術にもフォーカスした取材を行っている。

成瀬彰（なるせあきら）

NVIDIA
技術監修（5.2〜5.4/6.2/7.1〜7.2/8.4節の一部）
1996年に名古屋大学大学院工学系研究科修士課程修了後，同年，富士通研究所に入社。大規模サーバー開発，HPCシステム開発などのプロジェクトに参加。2013年にシニアデベロッパーテ クノロジーエンジニアとしてエヌビディア（NVIDIA）に入社。さまざまなアルゴリズム・ アプリケーションのGPU向け並列化に従事， GPUコンピューティングの普及に努めている。

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本書について ……改訂にあたって
本書は，GPU（Graphics Processing Unit，GPGPU/General Purpose GPU）の技術解説書『GPUを支える技術』の増補改訂版です。

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目次

第1章　［入門］プロセッサとGPU

  • 1.1　コンピュータシステムと画像表示の基礎　……フレームバッファ，VRAM，ディスプレイインターフェース
      　　　
    • Column　プロセッサの構造と動き
  • 1.2　3Dグラフィックスの歴史　……文字から図，2D，3Dへ。高品質とリアルタイム
  • 1.3　3Dモデルの作成　……パネル，座標，配置，光
  • 1.4　CPUとGPUの違い　……プロセッサも適材適所
      　　　
    • Column　整数と浮動小数点数
  • 1.5　ユーザーの身近にあるGPUのバリエーション　……SoC，CPUチップ内蔵，ディスクリートGPU
  • 1.6　GPUとおもな処理方式　……メモリ空間，描画時のGPUメモリ確保方式，並列処理
  • 1.7　まとめ
      　　　
    • Column　プロセッサと半導体の世代　……24nm世代，16nm世代... 「GxxMxx」表記

第2章　GPUと計算処理の変遷

  • 2.1　グラフィックスとアクセラレータの歴史　……ゲーム機，PCグラフィックス
  • 2.2　グラフィックスボードの技術　……2Dの背景＋スプライト，BitBLT，2D/2.5D/3Dグラフィックアクセラレータ
  • 2.3　GPUの科学技術計算への応用　……ユニファイドシェーダ，倍精度浮動小数点演算，プログラミング環境
      　　　
    • Column　ムーアの法則と並列プロセッサ
  • 2.4　並列処理のパラダイム　……基本，MIMD/SIMD/SIMTの違い
      　　　
    • Column　ARMv7のプレディケート実行機能
  • 2.5　まとめ

第3章　［基礎知識］GPUと計算処理

  • 3.1　3Dグラフィックスの基本　……OpenGLのレンダリングパイプラインを例に
  • 3.2　グラフィックス処理を行うハードウェアの構造　……Intel HD Graphics Gen 9 GPUの例
  • 3.3　［速習］ゲームグラフィックスとGPU　……ハードウェアとソフトウェア，進化の軌跡　◉特別寄稿　西川 善司
  • 3.4　科学技術計算，ニューラルネットワークとGPU　……高い演算性能で用途が拡大
  • 3.5　並列計算処理　……プロセッサのコア数の増加と，計算/プログラムの関係
  • 3.6　GPUの関連ハードウェア　……メモリ容量，バンド幅，CPUとの接続，エラーと対策
  • 3.7　まとめ

第4章　［詳説］GPUの超並列処理

  • 4.1　GPUの並列処理方式　……SIMDとSIMT
  • 4.2　GPUの構造　……NVIDIA Turing GPU
      　　　
    • Column　ディープラーニングの計算と演算精度
      • 　　　
    • Column　RISCとCISC
  • 4.3　AMDとArmのSIMT方式のGPU　……AMD RDNAアーキテクチャとArm Bifrost GPU
  • 4.4　GPUの使い勝手を改善する最近の技術　……ユニファイドメモリ，細粒度プリエンプション
  • 4.5　エラーの検出と訂正　……科学技術計算用途では必須機能
      　　　
    • Column　ACEプロトコルとACEメモリバス
  • 4.6　まとめ

第5章　GPUプログラミングの基本

  • 5.1　GPUの互換性の考え方　……完全な上位互換は難しい状況
  • 5.2　CUDA　……NVIDIAのGPUプログラミング環境
  • 5.3　OpenCL　……業界標準のGPU計算言語
  • 5.4　GPUプログラムの最適化　……性能を引き出す
  • 5.5　OpenMPとOpenACC　……ディレクティブを使うGPUプログラミング
  • 5.6　まとめ

第6章　GPUの周辺技術

  • 6.1　GPUのデバイスメモリ　……大量データを高速に供給
  • 6.2　CPUとGPU間のデータ伝送　……PCI Express関連技術，NVLink，CAPI
  • 6.3　まとめ
      　　　
    • Column　AMD HIP

第7章　GPU活用の最前線

  • 7.1　ディープラーニングとGPU　……ニューラルネットワークの基本から活用事例まで
  • 7.2　3DグラフィックスとGPU　……広がる3D事例
  • 7.3　スマートフォン向けSoC　……機能向上と電池や消費電力とのバランス
  • 7.4　スーパーコンピュータとGPU　……高い演算性能を求めて
  • 7.4　まとめ
      　　　
    • Column　Apple M1とそのGPU

第8章　ディープラーニングの台頭とGPUの進化

  • 8.1　ディープラーニング用のハードウェア　……数値計算の精度と性能
  • 8.2　各社のAIアクセラレータ　……TPU，Tensorコア，Efficiera，Goya/Gaudi，MLプロセッサ，Wafer Scale Engine
      　　　
    • Column　RoCE　……Remote DMA on Converged Ethernet
  • 8.3　ディープラーニング/マシンラーニングのベンチマーク　……MLPerfの基本
  • 8.4　エクサスパコンとNVIDIA，Intel，AMDの新世代GPU　……最先端のコンピュータが牽引する新技術
  • 8.5　今後のLSI，CPUはどうなっていくのか？　……半導体の進歩，高性能CPU
  • 8.6　GPUはどうなっていくのか　……さらなる進化の方向性
  • 8.7　まとめ