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GPU でしか回らない寸法 — 実寸の実演(C’) 2026-11-02

既存 PoC は CPU 前提の寸法で小さいだけで、GPU の価値は実寸で決まる。 実寸で CPU が分〜十分の桁・GPU が秒の桁になる 3 op を、寸法 × 時間で示す。 新しい PoC の種として、どの op を・どの寸法で・何の産業用途で回すかを残す。

• 計測機: NVIDIA GeForce RTX 5090 / torch 2.11.0+cu128(loco venv)
• 計測開始 2026-11-02T13:17:20 / 終了 2026-11-02T13:19:55(経過 155 s)
• UnrealEditor(CARLA)在席: none(計測開始時に確認) / GPU ロック取得: yes(gpu_in_use.lock)
• CPU 打ち切り基準: 単発 > 90 s(外挿しない)

小寸法の parity(内部差): bilateral=3.18e-07, anisotropic_diffusion=2.68e-07, vol_gaussian=2.76e-07

vol_gaussian(volume)

産業用途: CT/多孔質/NDT 体積の分離可能ガウス平滑(分離可能 conv は CPU でも軽い: 比較の基準線)

寸法	N	CPU s	GPU s	倍率	VRAM GB	備考
64^3	1	0.0	0.002	1.8x	0.00	measured(単発) / GPU measured
128^3	1	0.0	0.008	4.8x	0.03	measured(単発) / GPU measured
256^3	1	0.4	0.071	5.6x	0.21	measured(単発) / GPU measured
512^3	1	4.7	0.586	8.0x	1.63	measured(単発) / GPU measured

vol_median(volume)

産業用途: CT/多孔質/NDT 体積の 3x3x3 メディアン(27 近傍の順位統計: CPU は寸法の 3 乗で伸びる)

寸法	N	CPU s	GPU s	倍率	VRAM GB	備考
64^3	1	0.1	0.003	29.7x	0.03	measured(単発) / GPU measured
128^3	1	0.6	0.016	36.5x	0.27	measured(単発) / GPU measured
256^3	1	4.6	0.108	43.2x	2.15	measured(単発) / GPU measured
512^3	1	37.3	0.805	46.3x	17.19	measured(単発) / GPU measured

bilateral(bilateral)

産業用途: 高解像ライン走査の表面/布検査(5x5x25 シフト反復で計算重)

寸法	N	CPU s	GPU s	倍率	VRAM GB	備考
512x512	200	27.9	0.183	152.0x	1.47	measured(単発 0.139s x N=200) / GPU measured(N=200)
2048x2048	50	104.7	0.755	138.7x	5.87	measured(単発 2.093s x N=50) / GPU measured(N=50)
4096x4096	20	157.8	1.100	143.5x	7.99	measured(単発 7.892s x N=20) / GPU measured(N=20)
8192x8192	5	149.1	1.079	138.2x	7.52	measured(単発 29.825s x N=5) / GPU measured(N=5)

anisotropic_diffusion(anisotropic_diffusion)

産業用途: 欠陥検査フレーム列のエッジ保存ノイズ抑制(Perona–Malik 反復 PDE、全画素 x 反復の指数計算)

寸法	N	CPU s	GPU s	倍率	VRAM GB	備考
512x512	200	21.6	0.151	143.4x	1.89	measured(単発 0.108s x N=200) / GPU measured(N=200)
2048x2048	50	88.5	0.623	142.1x	7.55	measured(単発 1.771s x N=50) / GPU measured(N=50)
4096x4096	20	142.5	1.026	138.9x	10.27	measured(単発 7.127s x N=20) / GPU measured(N=20)
8192x8192	5	148.7	1.011	147.0x	9.66	measured(単発 29.730s x N=5) / GPU measured(N=5)

所見

• 2-D の CPU 秒は同じ寸法の単発を実測し N 倍(枚数方向のみ線形、寸法方向には外挿しない)。GPU は host→device 転送 + op + device→host を含む。
• vol_gaussian(分離可能 conv)は CPU でも軽く(512^3 単発 4.7 s)、GPU の勝ちは 1 桁(1.8〜8.0x)。「GPU でしか回らない」のは 27 近傍の順位統計 vol_median のように演算量が寸法の 3 乗に乗る op で、こちらが PoC の種。
• 2-D の 2 op(bilateral 25 シフト反復、anisotropic_diffusion 反復 PDE)は 4096²/8192² で CPU が 3 分超、GPU が 1.3 s 前後(約 140〜160x)。CPU 側は単発 90 s の打ち切り基準に届かなかったので全寸法を実測した。 負ける寸法があれば負けると書く。CPU が現実的でない寸法は「—(打ち切り)」とし、外挿していない。
• この梯子では CPU の打ち切り(単発 > 90 s)は 1 度も起きなかった(最長は vol_median 512^3 の単発 37 s、2-D は単発 x N の合計で 3 分超)。「CPU が非現実的」と言える寸法は 1024^3 体積や 8192^2 x 数百枚で、次の便で梯子を伸ばす。 GPU 秒数・VRAM は docs/perf/logs/c_demos.log と同ディレクトリの c_demos_result.json(計測の正本)の実測と一致する。

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