基于图形处理器的通用计算模式

针对GPU图形处理的特点,分析其应用于通用计算的并行处理机制和数据映射,提出了一种GPU通用计算模式的映射机制和一般性设计方法,并针对GPU的吞吐量、数据流处理能力和基本数学运算能力等进行性能测试,为GPU通用计算的算法设计、实现和性能优化提供参考依据。

基于图形处理器的通用计算技术的研究

为了研究基于PC的图形处理器(GPU)的通用计算技术,采用了基于纹理映射的经典GPU通用计算方法,进行了二维图像离散卷积和三维纹理映射体绘制的实验。实验证明了经典GPU通用计算技术在合适的算法设计基础上能够显著提升程序的运算速度,得出了基于CPU+GPU的异构计算模式可以成为高性能计算的一种选择的结论,展望了基于图形处理器的通用计算技术在未来的发展。

基于图形处理器(GPU)的通用计算

伴随着PC级微机的崛起和普及 ,多年来计算机图形的大部分应用发生了从工作站向微机的大转移 ,这种转移甚至发生在像虚拟现实、计算机仿真这样的实时 (中、小规模 )应用中 这一切的发生从很大程度上源自于图形处理硬件的发展和革新 近年来 ,随着图形处理器 (GPU)性能的大幅度提高以及可编程特性的发展 ,人们首先开始将图形流水线的某些处理阶段以及某些图形算法从CPU向GPU转移 除了计算机图形学本身的应用 ,涉及到其他领域的计算 ,以至于通用计算近 2～ 3年来成为GPU的应用之一 ,并成为研究热点 文中从若干图形硬件发展的历史开始 ,介绍和分析最新GPU在通用计算方面的应用及其技术原理和发展状况 。

图形处理器通用计算的研究综述

从2004年开始,图形处理器GPU的通用计算成为一个新研究热点,此后GPGPU(Gen-eral-Purpose Graphics Processing Unit)在最近几年中取得长足发展。从介绍GPGPU硬件体系结构的改变和软件技术的发展开始,阐述GPGPU主要应用领域中的研究成果及最新发展。针对各种应用领域中计算数据大规模增加的趋势,出现单个GPU计算节点无法克服的硬件限制问题,为解决该问题出现多GPU计算和GPU集群的解决方案。详细地讨论通用计算GPU集群的研究进展和应用技术,包括GPU集群硬件异构性的问题和软件框架的三个研究趋势,对几种典型的软件框架Glift、Zippy、CUDASA的特性和缺点进行较详细的分析。最后,总结GPU通用计算研究发展中存在的问题和未来的挑战。

图形处理器通用计算关键技术研究综述

当前图形处理器的通用计算取得长足发展,为适应通用计算图形处理器在硬件体系结构和软件支持方面完成相应调整和改变,面对各种应用领域中数据规模增大的趋势,多GPU系统和GPU集群的研究应用日趋增多.以流处理器及图形处理器硬件体系为依据,介绍学术和工业领域中流处理器及图形处理器体系变化趋势.从软件编程环境、硬件计算与通信等方面展开讨论,阐述通用计算中图形处理器的关键问题,包括编程模型及语言的发展和方向,存储模型的量化研究、访存模式和行为的优化以及分布式存储管理的热点问题,典型通信原型系统的对比及通信难点的分析,GPU片内和片间的负载均衡,可靠性和容错计算,GPU功耗评测及低功耗优化的研究进展.综述在海量数据处理、智能计算、复杂网络、集群应用领域中图形处理器的研究进展及成果.总结在通用计算发展中存在的技术问题和未来挑战.

图形处理器用于通用计算的技术、现状及其挑战

多年来计算机图形处理器(GPU)以大大超过摩尔定律的速度高速发展.图形处理器的发展极大地提高了计算机图形处理的速度和图形质量,并促进了与计算机图形相关应用领域的快速发展.与此同时,图形处理器绘制流水线的高速度和并行性以及近年来发展起来的可编程功能为图形处理以外的通用计算提供了良好的运行平台,这使得基于GPU的通用计算成为近两三年来人们关注的一个研究热点.从介绍GPU的发展历史及其现代GPU的基本结构开始,阐述GPU用于通用计算的技术原理,以及其用于通用计算的主要领域和最新发展情况,并详细地介绍了GPU在流体模拟和代数计算、数据库应用、频谱分析等领域的应用和技术,包括在流体模拟方面的研究工作.还对GPU应用的软件工具及其最新发展作了较详细的介绍.最后,展望了GPU应用于通用计算的发展前景,并从硬件和软件两方面分析了这一领域未来所面临的挑战.

图形处理器在通用计算中的应用

基于图形处理器(GPU)的计算统一设备体系结构(compute unified device architecture,CUDA)构架,阐述了GPU用于通用计算的原理和方法。在Geforce8800 GT下,完成了矩阵乘法运算实验。实验结果表明,随着矩阵阶数的递增,无论是GPU还是CPU处理,速度都在减慢。数据增加100倍后,GPU上的运算时间仅增加了3.95倍,而CPU的运算时间增加了216.66倍。

图形处理器在分层聚类算法中的通用计算研究

ROCK是一种采用数据点间的公共链接数来衡量相似度的分层聚类方法,该方法对于高维、稀疏特征的分类数据具有高效的聚类效果。其邻接度矩阵计算是影响时间复杂度的关键步骤,将图形处理器(GPU)强大的浮点运算和超强的并行计算能力应用于此步骤,而其余步骤由CPU完成。基于GPU的ROCK算法的运算效率在AMD 643500+CPU和NVIDIAGeForce 6800 GT显卡的硬件环境下经过实验测试,证明其运算速度比完全采用CPU计算速度要快。改进的分层聚类算法适合在数据流环境下对大量数据进行实时高效的聚类的操作。

基于通用处理器的图形软绘制引擎设计

机载图形绘制引擎是座舱显示设备的核心组成部分,针对部分机载座舱显示设备低成本、低功耗需求,提出了一种基于通用处理器的图形软绘制引擎实现方案,通过软件实现OpenGL渲染管线的功能,并在嵌入式硬件平台上进行了测试验证,结果证明了本方案的有效性和优越性。

图形处理器在分层聚类算法中的通用计算研究(英文)

ROCK是一种采用数据点间的公共链接数来衡量相似度的分层聚类方法,这种方法对于高维、稀疏特征的分类数据具有高效的聚类效果。其邻接度矩阵计算是影响其时间复杂度的关键步骤,将图形处理器(GUP)强大的浮点运算和超强的并行计算能力应用与此步骤,而其余步骤由CPU完成,这种基于GUP的ROCK算法的运算效率在AMD 643500+CPU和NVIDIA GeForce 6800 GT显卡的硬件环境下经过实验测试,证明其运算速度比完全采用CPU计算速度要快。这种改进的分层聚类算法适合在数据流环境下对大量数据进行实时高效聚类操作。

图形处理器通用计算的实现与验证

讨论了显示卡用于通用科学计算的问题,并以大型矩阵的基本运算问题详细比较了CPU和GPU计算之间的差别。在基本的矩阵运算中,运用适当的矩阵分块,GPU的计算速度比CPU快50倍左右。而且,显示卡低廉的价格为更多科研工作者实现大规模运算提供了可能。

通用图形处理器线程调度优化方法研究综述

随着通用图形处理器(GPGPU)并行计算能力的日益增强,其应用范围越来越广.然而由于不规则计算任务使得通用图形处理器资源难以得到充分利用,其性能并未达到最大化.在论述GPGPU微体系结构的基础上,该文重点讨论了多种针对GPGPU性能提升的线程调度优化方法,主要从针对优化分支转移提升线程级并行度、针对访存效率的提升和针对标量指令执行以提升资源利用率三方面的线程调度优化方法进行了分析和比较.另外,由于功耗问题已成为制约GPGPU发展的主要因素之一,该文还分析了影响GPGPU功耗效率的主要原因及目前提高GPGPU功耗效率的主要低功耗技术,并对目前针对GPGPU功耗优化的典型线程调度优化方法进行了分析比较.最后,该文指出了未来线程调度优化方法需要进一步探讨的一些问题.

基于图形处理器的并行方体计算

方体(cube)计算是数据仓库和联机分析处理(Online analytical processing,OLAP)领域的核心问题,如何提高方体计算性能获得了学术界和工业界的广泛关注,但目前大部分方体算法都没有考虑最新的处理器架构.近年来,处理器从单一计算核心进化为多个或许多个计算核心,如多核CPU、图形处理器(Graphic Processing Units,GPU)等.为了充分利用现代处理器的多核资源,该文提出了基于GPU的并行方体算法GPU-Cubing,算法采用自底向上、广度优先的划分策略,每次并行完成一个cuboid的计算并输出;在计算cuboid过程中多个分区同步处理,分区内多线程并行.GPU-Cubing算法适合GPU体系结构,并行度高.与BUC算法相比,基于真实数据集的完全方体计算可以获得一个数量级以上的加速比,冰山方体获得至少2倍以上的加速.

通用图形处理器缓存子系统性能优化方法综述

随着工艺和制程技术的不断发展以及体系架构的日趋完善,通用图形处理器(general purpose graphics processing units,GPGPU)的并行计算能力得到了很大的提升,其在高性能、高吞吐量等通用计算应用场景的使用越来越广泛.GPGPU通过支持大量线程的并发执行,可以较好地隐藏长延时访存操作,从而获得高并行计算能力.然而,GPGPU在处理计算和访存不规则的应用时,其存储子系统的效率受到很大影响,尤其是片上缓存的争用情况尤为突出,难以及时提供计算操作所需的数据,使得GPGPU的高并行计算能力不能得到充分发挥.解决片上缓存的争用问题、优化缓存子系统的性能,是优化GPGPU性能的主要解决方案之一,也是目前研究GPGPU性能优化的主要热点之一.目前,针对GPGPU缓存子系统的性能优化研究主要集中在线程级并行度(thread level parallelism,TLP)调节、访存顺序调节、数据通量增强、最后一级缓存(last level cache,LLC)优化和基于非易失性存储(non-volatile memory,NVM)的GPGPU缓存新架构设计等5个方面.也从这5个方面重点分析讨论了目前主要的GPGPU缓存子系统性能优化方法,并在最后指出了未来GPGPU缓存子系统优化需要进一步探讨的问题,对GPGPU缓存子系统性能优化的研究有重要意义.

面向图形处理器重叠通信与计算的数据划分方法

针对"主核心+协处理器"式异构并行系统采用数据平均划分再分批执行的方法来解决主协式处理架构的额外通信开销时未能充分利用系统资源的问题,提出了一种新的数据比例划分方法.结合系统通信带宽和图形处理器(GPU)的计算能力,将应用数据按比例划分为大小不同的数据块后分批提交给GPU处理,使系统的传输资源PCI-E总线和计算资源GPU在一段时间内并行工作,从而实现了应用通信与计算的重叠.在处理按照比例划分的数据块过程中,尽可能充分利用系统的传输资源和计算资源,以减少数据传输和计算的相互等待时间.实验结果表明,采用数据比例划分方法后的应用性能明显提高,可以有效地重叠通信与计算时间,矩阵相乘和快速傅里叶变换总执行时间比未划分时分别减少了5%和30%左右,比平均划分时分别减少了3%和6%左右.

基于图形处理器的多波前潮流计算方法

为提高潮流计算中线性方程组的求解速度,提出了基于图形处理器(GPU)的多波前潮流计算方法。采用多波前方法将稀疏的Jacobia矩阵分解成一系列小的稠密矩阵;再采用中央处理器-图形处理器(CPU–GPU)异构模式对得到的稠密矩阵进行处理,将计算耗时的矩阵分配给GPU,不耗时的分配给CPU;并设计了下三角矩阵按列存储、上三角矩阵按行存储的LU矩阵乘算法。对3个实际算例和5个人工算例进行了测试。实验结果表明,所提方案的性能与佛罗里达州立大学UMFPACK软件包实现的性能相比有显著提高;且随着测试数据规模的增大,GPU对更新矩阵的处理速度越快,最高可达到3.95倍的加速比。

图形处理器(GPU)加速时域有限元的二维辐射计算

时域有限元方法是在电磁场与微波工程领域广泛应用的方法之一。然而,时域有限元在大型机上运行时都是相当缓慢的。对时域有限元计算的硬件加速的研究已经开始进行。与同一代技术的CPU比较,目前一般用户的图形加速卡(GPU)对时域有限元的加速可以达到CPU的近4倍左右。以OpenGL作为应用编程接口(API),使用一个标准的商业图形卡编程解决二维时域有限元的辐射问题。

计算机图形处理器加速的光学航空影像正射校正

提出了计算机图形处理器(GPU)加速的光学航空影像正射校正并行算法,以满足获取光学航空影像对实时性的要求并提高对海量影像数据在CPU上串行正射校正的效率。介绍了光学影像正射校正算法原理以及正射校正算法的并行化处理。为减少GPU执行的计算负载,引入"有效像素区域"概念,设计了改进的GPU并行校正算法。通过配置选择以及存储器访问优化进一步提高了算法的执行效率。最后,分析了GPU并行算法的精度,并验证了噪声干扰对算法的影响。实验结果表明,优化的改进GPU并行算法显著提高了正射校正的速度,影像大小为5 000×5 000时,加速比最高可达CPU串行算法的223倍以上。虽然GPU单精度计算和噪声干扰会使影像校正精度有所下降,但尚在误差允许范围之内。该算法能够快速实现光学航空影像的正射校正,校正后的影像满足实际应用需要。

应用图形处理器实现无功优化并行计算

以求解无功优化问题的内嵌离散惩罚非线性原对偶内点法为基础,利用高性能图形处理器实现了线性修正方程的并行求解。将计算密集部分在图形处理器上实现,其余部分在CPU上执行,并且采用单精度和双精度两种模式进行对照。该算法充分利用了图形处理器强大的并行处理能力和极高的存储器带宽,可获得显著的加速效果。在IEEE 118节点系统和实际538、1133和2212节点系统的计算表明,采用单精度浮点运算的无功优化计算速度最快,加速效果最好,在2212节点系统上的加速比达到近30倍。

Matlab的图形处理器并行计算及其在拓扑优化中的应用

针对传统并行计算方法实现结构拓扑优化快速计算的硬件成本高、程序开发效率低的问题,提出了一种基于Matlab和图形处理器(GPU)的双向渐进结构优化(BESO)方法的全流程并行计算策略。首先,探讨了Matlab编程环境中实现GPU并行计算的三种途径的优缺点和适用范围;其次,分别采用内置函数直接并行的方式实现了拓扑优化算法中向量和稠密矩阵的并行化计算,采用MEX函数调用CUSOLVER库的形式实现了稀疏格式有限元方程组的快速求解,采用并行线程执行(PTX)代码的方式实现了拓扑优化中单元敏度分析等优化决策的并行化计算。数值算例表明,基于Matlab直接开发GPU并行计算程序不仅编程效率高,而且还可以避免不同编程语言间的计算精度差异,最终使GPU并行程序可以在保持计算结果不变的前提下取得可观的加速比。