Efficient computation of CPW2000 using a CPU-GPU heterogeneous platform

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Miranda, Pedro Miguel Linhares
Data de Publicação: 2011
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: eng
Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
Texto Completo: http://hdl.handle.net/1822/27998
Resumo: Dissertação de mestrado em Engenharia de Informática
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spelling Efficient computation of CPW2000 using a CPU-GPU heterogeneous platform681.3Dissertação de mestrado em Engenharia de InformáticaThe modelling and simulation of complex systems in natural science usually require powerfull and expensive computational resources. The study of the plane wave properties in crystals, based on quantum mechanichs pose challenging questions to computer scientists to improve the e ciency of the numerical methods and algorithms. Numerical libraries had a signi cant boost in recent years, taking advantage of multi-threaded environments. This dissertation work addresses e ciency improvements in a plane wave package, CPW2000, developed by a physicist scientist, targeted to a heterogeneous platform with multicore CPU and CUDA enabled GPU devices. The performance botlenecks were previously identifed as being the module functions with FFT computations, and the study started with the application analysis and pro ling. This study shows that (i)over 90% of the code execution time was spent in two functions, DGEMM and FFT, (ii) code ef- ciency of current numerical libraries is hard to improve, and (iii) DGEMM function calls were spread in the code, while FFT was concentrated in a single function. These features were adequately explored to develop a new code version where parts of the code are computed on a multicore CPU with others taking advantage of the GPU multistreaming and parallel computing power. Experimental results show that CPU-GPU combined solutions o er near 10x speedup on the program routines that we proposed to improve, giving us a promising future work.A modelação e simulação de sistemas complexos em áreas científicas geralmente necessita de enormes e dispendiosos recursos computacionais de processamento. O estudo das propriedades de cristais em ondas planas, com base na mecânica quântica, oferece alguns desafios aos cientistas da computação para melhorar a eficiência dos métodos numéricos e algoritmos. As bibliotecas numéricas evoluíram muito tirando vantagem de ambientes multi-threading de computação. O trabalho apresentado nesta dissertação baseia-se na melhoria da eficiência de um programa de ondas planas, o CPW2000, desenvolvido por um investigador da área da física, orientado para uma plataforma heterogénea de computação com um CPU multicore e um GPU com suporte à plataforma CUDA. As principais causas da deterioração da eficiência foram identificadas no módulo que contêm os cálculos de FFT, e o estudo começou com a análise dos tempos de execução de cada componente da aplicação. Este estudo mostra que (i) mais de 90% do tempo total de computação é dividido por duas funções, DGEMM e FFT, (ii) é difícil de melhorar a eficiência das bibliotecas numéricas atuais, e (iii) que as funções DGEMM estão distribuídas pela aplicação enquanto as funções FFT estão concentradas numa função. Estas características foram devidamente exploradas de forma a desenvolver código em que partes deste executa num CPU multicore e outras aproveitam o paralelismo e multistreaming presente nos GPU. Resultados experimentais mostram que as soluções combinadas de CPU-GPU oferecem uma melhoria de aproximadamente 10x nas funções que nos propusemos a melhorar a eficiência, culminando num trabalho futuro promissor.Proença, Alberto JoséMartins, José LuísUniversidade do MinhoMiranda, Pedro Miguel Linhares2011-12-152011-12-15T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/1822/27998enginfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2023-07-21T12:37:53Zoai:repositorium.sdum.uminho.pt:1822/27998Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-19T19:34:14.058212Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse
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