Μελέτη Και Αξιολόγηση Των Σύγχρονων Μονάδων Επεξεργασίας Γραφικών Για Χρήση Σε Εφαρμογές Γενικού Σκοπού

Abstract

Σκοπός της διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη μιας από τις αρχιτεκτονικές των σύγχρονων Μονάδων Επεξεργασίας Γραφικών (GPUs) για χρήση της σε υπολογισμούς γενικού σκοπού (GPGPU), και ιδιαίτερα σε επιστημονικές εφαρμογές. Αυτές οι αρχιτεκτονικές προσφέρουν πολύ υψηλές υπολογιστικές δυνατότητες και ειδικά η επίδοση τους σε πράξεις κινητής υποδιαστολής, είναι σημαντικά καλύτερη από τις σύγχρονες CPUs του εμπορίου. Κατά καιρούς, έχουν χρησιμοποιηθεί κάρτες γραφικών για επιτάχυνση των υπολογισμών σε πληθώρα εφαρμογών αλλά οι διαδικασίες που έπρεπε να ακολουθηθούν ήταν ιδιαίτερα σύνθετες και πολύπλοκες. Αυτό συνέβαινε γιατί, το εκάστοτε πρόβλημα προς επίλυση έπρεπε πρώτα να απεικονιστεί σε πρόβλημα επεξεργασίας γραφικών. Με τις νέες γενιές γραφικών πολλά από τα προβλήματα ξεπεράστηκαν, ενώ παρουσιάστηκαν νέες προοπτικές.Μελετήθηκε εδώ η αρχιτεκτονική G80 της εταιρείας nVidia, ένας από τους σημαντικότερους αντιπροσώπους των νέων γενιών GPUs. Αυτή η αρχιτεκτονική περιλαμβάνει ενοποιημένους υπολογιστικούς πυρήνες και αρκετά άλλα πολύ υποσχόμενα χαρακτηριστικά. Μαζί με αυτήν εξετάσθηκαν και οι δυνατότητες του CUDA, του πακέτου ανάπτυξης λογισμικού που η εταιρεία προσφέρει, και θα είναι συμβατό και με όλες τις επόμενες γενιές GPUs της εταιρείας. Μέσω αυτού αποφεύγεται πλέον η ανάγκη χρησιμοποίησης των προγραμματιστών διεπαφών γραφικών για προγραμματισμό στις νέες GPUs.Αρχικά, μελετήθηκαν τα χαρακτηριστικά της αρχιτεκτονικής και ο τρόπος που η προγραμματιστική διεπαφή τα χρησιμοποιεί. !όθηκε ιδιαίτερη έμφαση σε τεχνικές βελτιστοποίησης που θα πρέπει να ακολουθούνται από τους προγραμματιστές με σκοπό την πλήρη εκμετάλλευση της υποκείμενης αρχιτεκτονικής. Στη συνέχεια, εκτελέστηκε ένας αριθμός πειραμάτων, για να αξιολογηθεί η δυνατότητα της μελετούμενης αρχιτεκτονικής να αντεπεξέλθει στις ανάγκες υπολογισμών γενικού σκοπού. Τα αποτελέσματα ήταν ενθαρρυντικά, και ειδικά αν ακολουθούνται οι σημαντικότερες από τις στρατηγικές βελτιστοποίησης της επίδοσης, μπορούν να επιτευχθούν μεγάλες επιταχύνσεις σε ποικίλες εφαρμογές.Οι προοπτικές της προσπάθειας για GPGPU φαίνονται πολλά υποσχόμενες, ενώ ήδη έχουν σχεδιαστεί ακόμα πιο εξελιγμένες γενιές GPUs για εκμετάλλευση στο άμεσο μέλλον. Είναι γεγονός ότι το ενδιαφέρον της έρευνας έχει στραφεί πλέον στον σχεδιασμό υπολογιστικών συστημάτων με μαζικά πολλούς πυρήνες, δανειζόμενη από τις GPUs πολλές ιδέες και χαρακτηριστικά. !ιαφαίνεται, τελικά, ένα είδος σύγκλισης ως προς κάποια χαρακτηριστικά που θα υλοποιούν οι μελλοντικές CPUs και GPUs, όπως για παράδειγμα ο μεγάλος αριθμός υπολογιστικών πυρήνων και η ταυτόχρονη υποστήριξη πολλών νημάτων σε επίπεδο υλικού.