十幾年前，還不曾有加速應用程序。而如今已有近600個應用程序通過NVIDIA GPU實現了提速。

這些應用程序涵蓋了物理、生物科學、分子動力學、化學和天氣預報等各個領域。其中包括全球最熱門的15個高性能計算應用程序，也都是通過GPU實現加速的。去年，NVIDIA GPU應用程序目錄收錄了100多個應用程序，接下來還會有更多的程序將被陸續添加到目錄中。

Intersect 360研究所的一份報告中收錄了數據中心運行的各個關鍵應用程序。其中，排名前15的應用程序均由GPU加速，這些都是一系列殺手級的核心科學應用程序。其中包括：

GROMACS（化學）– 分子動力學應用程序，旨在模擬包含了數百到數百萬個粒子的系統的牛頓運動方程。

ANSYS（流體動力學分析）– 模擬液體和氣體與表面的相互作用。

Gaussian（化學）– 預測分子系統的能量、分子結構和振動頻率。

VASP（化學）– 用于從頭計算法量子力學分子動力學模擬。

NAMD（化學）– 大型生物分子系統的高性能模擬。

Simulia Abaqus（結構分析）– 用于結構力學的模擬和分析。

WRF（天氣/環境建模）– 數值天氣預報系統，專為大氣研究和操作預測應用程序而設計。

OpenFOAM（流體動力學分析）– 通用型 CFD 軟件的求解器庫。

ANSYS（結構分析）– 對高頻和高速電子元件中的 3D 全波電磁場進行建模。

LS-DYNA（結構分析）– 結構力學的模擬和分析工具。

BLAST（生物科學）– 應用最為廣泛的生物信息學工具之一。

LAMMPS（化學）– 經典分子動力學程序包。

Amber（化學）– 專門針對生物分子系統模擬而開發的分子動力學應用程序。

Quantum Espresso（化學）– 一套集成的計算機代碼，用于電子結構計算和納米級材料建模。

GAMESS（化學）– 用于模擬原子和分子電子結構的計算化學套件。

這些工具本身無法實現性能的遞增性提升。但通過采用NVIDIA GPU的服務器，其性能通常可提高10 倍或更多。并且，GPU加速可以改善數據中心的經濟效益。

預測天氣

天氣預報是一項遠比其看起來更加困難的工作。天氣預報是高性能計算領域的一個重要分支。準確可靠的天氣預報不僅可以拯救生命，還有助于航空、能源和公用事業、保險、零售和其他行業做出經濟決策。

天氣預報需要大量的計算資源，包括幾何尺度（尤其是全球天氣預報），和大量描述大氣狀態的變量。

但是，受限于可用的計算量和應用程序的性能，當前的天氣預報模型僅限于低分辨率的模擬，例如12公里的分辨率。

這些模型忽略了一些重要的細節，例如云層的影響（云層可以反射太陽輻射，在天氣模式中扮演著重要的角色）。采用1公里云分辨率可以改善預測效果，但這需要 應用程序的性能提升1700倍。

GPU加速可以彌補此差距，提高天氣預報的準確性。

加速空氣動力學模擬

使用NASA的FUN3D代碼模擬SLS Block 1B助推器分離流場。該圖片由Jamie Meeroff，Henry Lee，NASA/Ames提供。

火箭能夠以超高的速度飛行，然而利用大規模空氣動力學模擬，我們可以對其進行改進，讓火箭可以飛得更快、更高效。

NASA蘭利研究中心開發的FUN3D計算流體動力學軟件，可用于模擬各種空氣動力學應用程序中的流體流動。該應用程序在NASA Pleiades超級計算機上消耗的周期比其他任何應用程序都要多。借助于GPU加速，采用了6個NVIDIA V100 Tensor Core GPU的服務器能夠以高出雙插槽CPU服務器30倍的性能運行這些模擬。

總結：GPU具備非常好的性能，從而高效地計算規模更大、更復雜的模擬。NASA已經證明，在Summit超級計算機上，僅需運行1000臺GPU服務器就可以完成100多萬個CPU核心的工作。而且，其能源成本遠低于CPU。

性能持續提升

我們在各個加速計算領域都擁有深厚的儲備。結合由100多萬名開發人員組成的生態系統，我們將共同形成一個不斷改進的平臺。該平臺可以在相同的 GPU加速服務器上提供更高的應用程序性能。

例如，在包含 11 個高性能計算應用程序的組合中，對于采用4個NVIDIA Tesla P100 GPU的服務器，其當前的運行速度比兩年前提高了2倍。如果同時改進軟件堆棧和GPU架構，您可以獲得更大的性能提升。

現在，通過單一平臺，您可以加速各種高性能計算領域的應用程序：科學計算、工業模擬、深度學習和機器學習。