Μελέτη επίδοσης εφαρμογών υψηλής έντασης σε ετερογενείς αρχιτεκτονικές

Abstract

Κατά την ανάπτυξη των παράλληλων εφαρμογών υψηλής έντασης οι ερευνητές συναντούν ένα κρίσιμο δίλημμα. Το δίλημμα αυτό συνίσταται στο αν η εφαρμογή τους πρέπει να υλοποιηθεί για μια CPU αρχιτεκτονική ή για μια GPU αρχιτεκτονική. Μια κοινή στρατηγική για τους ερευνητές είναι να αναπτύξουν αρχικά την εφαρμογή τους στο προγραμματιστικό μοντέλο OpenMP για να έχουν μια ποσοτική εκτίμηση της επίδοσης του αλγορίθμου τους σε έναν πολυπύρηνο CPU. Αν η επίδοση δεν είναι ικανοποιητική ο ερευνητής πρέπει να επανεξετάσει την προσέγγισή του. Η βελτιστοποίηση του OpenMP κώδικα για να αξιοποιήσει απτελεσματικά τα ιδιαίτερα αρχιτεκτονικά ενός δεδομένου CPU κόμβου ενδεχομένως να μην είναι η λύση που εξασφαλίζει την καλύτερη δυνατή επίδοση, είναι πιθανό μια άλλη αρχιτεκτονική να είναι καταλληλότερη για να εκμεταλλευτεί την κλιμακωσιμότητα της εφαρμογής και επομένως να αποφέρει καλύτερη επίδοση. ΄Ισως μια GPU είναι καταλληλότερη για την συγκεκριμένη εφαρμογή. Είναι επίσης σημαντικό να λάβουμε υπόψιν την ποικιλομορφία του διαθέσιμου hardware. Χάρις τους παρόχους του υπολογιστικού νέφους (Amazon, Googlem Microsoft, κλπ) το σκηνικό στους κλάδους του HPC και του Datacenter Computing έχει αλλάξει ριζικά. Πλέον οι ερευνητές έχουν στην διάθεσή του μια μεγάλη ποικιλία τόσο από CPUs όσο και από GPUs. ΄Ετσι το παραπάνω δίλημμα μπορεί να εκφραστεί και ως εξής: "Δοθείσας μιας OpenMP υλοποίησης κάποιας εφαρμογής και δοθέντων των διαθέσιμων CPUs και GPUs, αξίζει να προχωρήσουμε σε μία μετάβαση από την OpenMP υλοποίηση σε μια CUDA υλοποίηση; Τι τάξη μεγέθους βελτίωση της απόδοσης πρέπει να αναμένουμε από μια τέτοια τροποποίηση;" Σκοπός αυτής της διπλωματικής εργασίας είναι η δημιουργία ενός μοντέλου που παρέχει προβλέψεις για την απόδοση και για την κατανάλωση ισχύος μιας εφαρμογής. Πιο συγκε- κριμένα, το μοντέλο μας προβλέπει για μια δεδομένη εφαρμογή (α) την τάξη μεγέθους της σχετικής επιτάχυνσης που προσφέρει η υλοποίηση σε μια συγκεκριμένη GPU ως προς μια α- ντίστοιχη υλοποίηση σε έναν δεδομένο CPU, (β) το ποια εκ των δύο αρχιτεκτονικών παρέχει την μικρότερη κατανάλωση ισχύος.