计算断层摄影软件发掘NVIDIA Tesla潜力
数十年前有股力量令高性能计算成为科学与工程设计领域不可分割的一部分，如今还是这股力量推动着经济体系中各个层面的众多公司越来越多地在小规模群集上采用高性能计算。 这股力量就是：高性能计算可帮助用户完成之前无法完成的任务。
在科学与工程设计领域中，这就意味着在以传统的实体测试流程制造出原型飞机之前就可以对新的飞机设计进行试飞，还意味着可以根据特定的理想生物学属性来理性地寻求全新的治疗性化合物，而不是通过难以把握的试验来寻求它们。 这些进步已经提高了我们这星球上大多数人的生活标准。 这就是大背景下的科学计算，其影响正改变着我们的文化。 尽管计算规模可能会更小，但当今高性能计算技术的采用对企业及其客户所造成的转变仍然具有革命意义。
最近我与North Star Imaging公司CT（计算断层摄影）产品经理Julien Noel谈论了这一话题，该公司位于寒冷的明尼苏达州罗杰斯市。 North Star Imaging (NSI)公司专门致力于研究无损测试与分析用途的工业X射线。 他们已经亲眼见证了采用高性能计算所带来的直接效益，高性能计算的采用可以改变一家企业并为该企业及其客户创造全新价值。他们采用NVIDIA GPU及其CUDA应用程序接口来扩展其计算能力。
HPCwire：North Star公司为其客户提供哪些产品和服务？
Noel: 我们的二维数字X射线系统通常用于在整个制造过程中进行产品质量控制以及手动或自动化批准/拒绝应用。 我们的三维CT系统一般用于研究与开发、故障分析、逆向工程以及其它类似任务。
我们的产品和服务所面向的是需要在不损坏物体的情况下检查其内部结构和/或外部状态的所有客户群体。 我们所涉足的行业包括航天、医疗设备、电子、汽车以及博物馆等等，曾有机会与波音、贝尔直升机、洛克希•德马丁、美国国家航空和航天管理局、美国陆军、美敦力以及川崎等公司合作，而合作的公司还在不断增加。
HPCwire：以NVIDIA的GPU为例，你们利用高性能计算解决了哪些难题？
Noel: 计算断层摄影涉及复杂的3D重建算法。 从根本上来说，工业CT系统使用几个二维数字X射线图像并将它们重建为由三维像素或立体元素组成的三维立体形式。 这一过程使用了一种叫做“Feldkamp算法”的过滤反射影算法。
由于数字X射线技术的改进，工业CT系统也能够获得比以往任何时候都更多的X射线投影（从720到3000），此外每幅单独的图像还明显变得更大。 单幅图像现在已达到300至1,000万像素并且位深度通常约为14到16位。 总的来说，CT软件会处理巨大的数据集以及创建和输出数十亿三维像素尺寸的重建内容。
为了能够处理数据以及创建重建内容，CT软件需要一台具备极强计算能力的高端计算机。 目前，该标准要么是一台多核处理器系统要么就是一个计算机群集。而这两种标准反过来又会导致高昂的硬件成本以及重建的速度限制。 基本上，CT重建速度会与处理器数量呈线性关系，也就是说8核就等于速度提升8倍。
为了解决这一问题，NSI公司开发了一种利用GPU技术来进行重建的全新方式。 与传统CPU系统相比，GPU重建大大加速了这一过程，同时还帮助降低了硬件成本。 GPU技术是计算极限的未来，对NSI未来的发展也极具战略意义。
我们基于GPU的CT软件还增添了三维渲染工具，该工具用于实时显示结果以及处理三维CT立体数据。 NVIDIA显卡还被用于优化渲染质量和渲染速度。
HPCwire: 为什么选择NVIDIA®（英伟达™）以及CUDA？
Noel: 从前，我们曾使用NVIDIA显卡来处理CT软件的三维渲染模型。 对于我们CT再建的开发工作来说，CUDA界面简单易用并且功能强大。因此我们的团队就自然而然地将目光集中到NVIDIA技术上来，并利用Tesla C1060 计算处理器来处理这些计算。 而且，NVIDIA®（英伟达™）公司的工作人员一直都反应迅速，并且很乐于帮助我们，向我们的团队提供了用于评估和开发的技术解决方案以及显卡。 #p#page_title#e#
HPCwire：你们的客户见证了那些改进？这些改进产生了怎样的不同效果？
Noel: 通过使用我们搭载了GPU重建技术的全新CT软件，我们的数据转换速度远比从前快了很多。 使用我们的efX-CT软件时，其速度比我们的CPU版本软件快了5到40倍。CPU版本软件所利用的处理器的性能。而和所有其它CT软件相比，efX-CT软件的速度提升最高达到了100倍，具体情况视投影数量的多寡而定。
从客户的角度来看，这一全新性能具有相当高的价值，因为现在每天能够运行更多次CT扫描，而原来是做不到这一点的。 而且，这种全新性能带来了极大的灵活性和充足的时间，让客户能够尝试多种重建设置以便对扫描质量做精细调整。
最近，一家客户表示，其生产率的大幅提升是由于他们的重建时间比前几年缩短了49倍。 他们进一步解释称，现在其数据处理一般仅需不到2分钟，而原来需要数个小时，同时他们利用计算断层摄影的方式已经发生了巨大变化。
HPCwire：为了利用支持CUDA的NVIDIA GPU，North Star做出了多大的努力呢？
Noel: North Star Imaging公司的开发团队在将GPU重建模型整合到了efX-CT软件中，整个过程完成得非常高效。CUDA编程界面相当简单并且非常稳定。 代码易于移植，其灵活性以及性能使某些软件的运行速度非常快。 为了优化性能，还需要完成更多开发工作。但是总的来说，CUDA展现了巨大的开发前景。
HPCwire：你们已经完成了这一项目，你觉得在贵公司的其它产品中或者在其它领域是否还有更多机会？
Noel: 利用NVIDIA超级计算机系统的GPU性能对我们的efX-CT软件来说是一次巨大的改进。当今，大部分NSI CT系统客户都正在利用GPU的强大能力。 我们现在正在为内联CT检查以及三维测量学而开发具备快速GPU重建功能的自动CT系统。 此外，我们还在研发更多三维渲染功能，以便利用NVIDIA产品实现实时、互动的检查，同时还在研究快速数据过滤技术，以提升重建质量。
拥有更多核心以及增强显存的全新NVIDIA®（英伟达™）产品一定会将我们的软件乃至我们整个CT业务提升至全新的水平。 我们坚信，由NVIDIA GPU等高性能计算技术支持的三维CT必将成为工业X射线的未来。
