基于GPU的隐式不可压缩SPH流体模拟

提出一种基于图形处理单元(Graphic Processing Unit,GPU)的不可压缩流体并行模拟算法.该算法使用并行基数排序技术提升了邻居查找效率,同时使用了GPU上的片上高速共享存储器,将流体计算过程中所需用到的数据尽可能从GPU的全局存储器中拷贝至共享存储器中,减小数据访问延迟,提高模拟效率.实验结果表明,基于GPU的并行模拟算法可以大幅提高流体模拟程序的性能,与基于CPU的单线程实现相比,可以到达38.2倍的加速比.     

基于CUDA的相干消色散算法实现与测试

针对NVIDIA GeForce8800GTX与Intel Core2Quad Q6600运算平台,比较和测试了在CUFFTlibrary(version1.1)和FFTW(MKL version10.2)下GPU与CPU的运行响应差异,得出在快速傅里叶变换运算中,GPU的运算性能较之CPU有10倍以上的优势,从而进一步对相干消色散算法进行了移植,引入CHIRP函数,并在CUDA平台中进行性能测试,最后给出GPU相干消色散系统的性能测试。     

多GPU节点下的NAMD测试与分析

运用大规模分子动力学并行开源代码NAMD测试了深腾7000GGPU集群的性能.在配备有Teslac1060与双路4核CPU的节点上,分别对烟草花病毒(STMV),血脂蛋白(ApoA1)与Tiny这3类分子进行了单节点与多节点的测试.测试结果表明:GPU相较于CPU能获得平均2至8倍性能提升,可为大规模分子的模拟提供高性价比的解决方案.然而,多节点下GPU的利用率却有所降低,其并行扩展性能也受到一定限制.另外,一些重要的分子结构构建的指标,如范德华力静止点的值也在一定程度上影响着模拟性能.     

基于GPU的并行八叉树生成算法

提出了一种新颖的完全在GPU端以并行方式构造八叉树的算法。克服了以往GPU八叉树生成算法难以构建结点间的邻接关系以及对应用领域的局限性等困难,适用于在GPU中对散乱点云数据、三角网数据以及离散数据场数据构建八叉树。该方法以紧密排列的方式线性存储各层八叉树结点同时避免存储空结点信息,有效节约了存储空间并且提高了逐层并行遍历八叉树的效率。与传统的CPU单线程递归分割构造八叉树的算法相比较,速度可以提高一个数量级。     

Co-OLAP:CPU&GPU混合平台上面向星形模型基准的协同OLAP

当前GPU(图形处理器),即使是中端服务器配置的中端GPU也拥有强大的并行计算能力.不同于近期的研究成果,中端服务器可能配置有几块高端CPU和一块中端GPU,GPU能够提供额外的计算能力而不是提供比CPU更加强大的计算能力.本文以中端工作站上的Co-OLAP(协同OLAP)为中心,描述如何使中端GPU与强大的CPU协同以及如何在计算均衡的异构平台上分布数据和计算以使Co-OLAP模型简单而高效.根据实际的配置,基于内存容量,GPU显存容量,数据集模式和订制的AIR(数组地址引用)算法提出了最大高性能数据分布模型.Co-OLAP模型将数据划分为驻留于内存和GPU显存的数据集,OLAP计算也划分为CPU和GPU端的自适应计算负载来最小化CPU和GPU内存之间的数据传输代价.实验结果显示,在SF=20的SSB(星形模型基准)测试中,两块至强六核处理器的性能略优于一块NVIDA Quadra 5 000GPU(352个cuda核心)的处理性能,Co-OLAP模型可以将负载均衡分布在异构计算平台并使每个平台简单而高效.     

求解矩阵特征值的GPU实现

提出了求解矩阵特征值的GPU(图形处理器)实现方法,分别用基于GPU的幂法和QR法求解矩阵的最大特征值和所有特征值。基于GPU的计算与基于CPU的计算相比较,证实其计算精度较好,运算时间比基于CPU的运算时间快2.7~7.6倍。     

用GPU实现基于LSM算法的美式期权定价

期权是金融领域中投资者用以进行套利和避险交易的一种衍生性金融工具.相对于CPU,GPU有着更好的并行处理能力和带宽优势,将其用于期权定价计算将极大地提高运算性能.本文以经典的美式期权定价模型的最小二乘蒙特卡洛方法为基础,提出了该算法基-GPU的一种实现.该文对一维期权合约的定价在CPU和GPU北进行了比较,来探索用GPU进行期权定价计算的优越性.测试结果表明,在保证相应的系统稳定性的前提下,针对不同的模拟次数和时间步数,GPU平台在运算性能上明显优于CPU平台.     

Co-OLAP:CPU&GPU混合平台上面向星形模型基准的协同OLAP（英文）

当前GPU(图形处理器),即使是中端服务器配置的中端GPU也拥有强大的并行计算能力.不同于近期的研究成果,中端服务器可能配置有几块高端CPU和一块中端GPU,GPU能够提供额外的计算能力而不是提供比CPU更加强大的计算能力.本文以中端工作站上的CoOLAP(协同OLAP)为中心,描述如何使中端GPU与强大的CPU协同以及如何在计算均衡的异构平台上分布数据和计算以使Co-OLAP模型简单而高效.根据实际的配置,基于内存容量,GPU显存容量,数据集模式和订制的AIR(数组地址引用)算法提出了最大高性能数据分布模型.CoOLAP模型将数据划分为驻留于内存和GPU显存的数据集,OLAP计算也划分为CPU和GPU端的自适应计算负载来最小化CPU和GPU内存之间的数据传输代价.实验结果显示,在SF=20的SSB(星形模型基准)测试中,两块至强六核处理器的性能略优于一块NVIDA Quadra 5 000GPU(352个cuda核心)的处理性能,Co-OLAP模型可以将负载均衡分布在异构计算平台并使每个平台简单而高效.     

一种基于GPU的二维离散多分辨率小波变换加速方法

针对传统CPU平台下小波变换算法难满足当前高分辨率、 大数据规模下的实时性要求, 提出一种基于GPU的并行小波变换算法, 并通过改善Local Memory访存数据的局部性和增加Global Memory访存带宽的优化技术, 利用多Kernel并行提高多种分辨率下小波变换的性能. 实验结果表明, 与CPU串并行版本相比, GPU并行优化算
法在高分辨率变换情况下, 加速比最高可达30~60倍, 可满足对变换实时性的要求.     

基于OpenCL的图像灰度化并行算法研究

随着图像数据量的增加,传统单核处理器或多处理器结构的计算方式已无法满足图像灰度化实时处理需求.该文利用图像处理器(GPU)在异构并行计算的优势,提出了基于开放式计算语言(OpenCL)的图像灰度化并行算法.通过分析加权平均图像灰度化数据处理的并行性,对任务进行了层次化分解,设计了2级并行的并行算法并映射到"CPU+GPU"异构计算平台上.实验结果显示:图像灰度化并行算法在OpenCL架构下NVIDIA GPU计算平台上相比串行算法、多核CPU并行算法和CUDA并行算法的性能分别获得了27.04倍、4.96倍和1.21倍的加速比.该文提出的并行优化方法的有效性和性能可移植性得到了验证.     

GBLHT: a GPU-Accelerated Linear Hash Table with Batch Insertion

为改善线性哈希表这一有效索引结构的插入性能,在分析现有方法的基础上,结合CUDA并行编程模型,设计并实现了一种基于GPU的批量插入线性哈希表GBLHT;借助原子函数atomicAdd,GBLHT可以充分利用GPU强大的并行吞吐量来实现大规模记录的无锁批量插入;通过实验对比传统串行插入方法、CPU批量插入方法以及GBLHT的插入性能,发现在不同参数设置条件下,GBLHT的插入性能比传统串行方式提升了7～14倍,与4线程的CPU批量插入方法相比则提升了3～6倍.     

基于多GPU的三维Kirchhoff积分法体偏移

提出3种策略挖掘三维Kirchhoff积分法体偏移在众核GPU(图形处理器)上的并行性.首先,使用数据传输线程和GPU计算线程构造流水线并行框架,基于此框架直接实现异步输入输出(I/O)以减少GPU和网络存储之间数据传输所需的时间;其次,使用GPU的线程满载策略以使指令吞吐量最大化;最后,应用纹理缓存和常量缓存来减少片外存储器访问,并使用固定功能单元计算超越函数.实验结果表明:相比于IntelXeon E5430CPU上的算法串行版本,在nVidia Tesla C1060GPU上的优化算法实现了约20倍的加速比.比较了算法在3种不同GPU架构上的性能,并给出了CPU与GPU结果在0.5×10-4误差限下仅0.3×10-5的浮点数绝对误差.     

基于GPU的Hough变换多圆加速检测实现

针对多圆检测问题,本文提出一种边缘点连续性特征按曲线段进行归类,同时丢弃非圆特征点,利用图形处理器(GPU)的高度优化的并行计算能力在每个曲线段点集中按照一定的取点规则取3点并行计算圆参数的改进Hough变换算法。该实现有效地降低Hough变换的无效累积,同时保留了传统Hough变换抗噪性强、对不完整边缘具有鲁棒性等优点。经测试,该改进算法在GPU的检测的速度优于CPU三十多倍,性能具有明显优势。     

基于多GPU的正则表达式匹配技术

针对传统正则匹配性能低下的问题,设计了基于多GPU的正则表达式匹配引擎,并采用折半分组优化算法解决了有限状态自动机在大规模正则集合情况下由于空间爆炸无法使用的问题,并做了相关的优化,提升了数据匹配速度.实验结果表明:基于多GPU的正则表达式匹配性能较CPU提升了61倍,其数据吞吐率远优于其他加速方式.     

基于GPU的B-S模型下改进的Crank Nicolson算法

针对Black-Scholes模型及其公式特点进行了理论分析与数学处理,给出了优化的Crank-Nicolson算法,提高了实际期权交易效率.通过使用GPU作为计算平台,结合CUDA架构技术,验证改进后算法的有效性和适用性.在CPU平台下进行横向测试,验证GPU平台运行环境优势.实验表明,改进后的算法在GPU平台下运行所提升的效果显著,运算精度和效率得到提高.     

基于GPU的并行拟牛顿神经网络训练算法设计

针对人工神经网络训练需要极强的计算能力和高效的最优解搜寻方法的问题,提出基于GPU的BFGS拟牛顿神经网络训练算法的并行实现。该并行实现将BFGS算法划分为不同的功能模块,针对不同模块特点采用混合的数据并行模式,充分利用GPU的处理和存储资源,取得较好的加速效果。试验结果显示:在复杂的神经网络结构下,基于GPU的并行神经网络的训练速度相比于基于CPU的实现方法最高提升了80倍;在微波器件的建模测试中,基于GPU的并行神经网络的速度相比于Neuro Modeler软件提升了430倍,训练误差在1%左右。     

基于GPU的流动影响枝晶生长相场方法

将自适应压力迭代法修正的Sola算法与相场模型相结合,建立过冷熔体在强迫流动状态下枝晶生长的Sola-相场模型.针对传统方法求解多场耦合相场模型时存在的计算量大,计算时间长,计算效率低等问题,提出基于CUDA+GPU软硬件体系结构的高性能计算方法.以高纯丁二腈(SCN)过冷熔体为例,在CPU+GPU异构平台上实现了存在流动时凝固微观组织演化过程的并行求解,并对基于CPU+GPU平台与CPU平台的计算结果及计算效率进行比较.结果表明,当计算规模达到百万量级时,与CPU平台上的串行算法相比,在CPU+GPU异构平台上达到了24.39倍的加速比,大大提高计算效率,并得到与串行计算相一致的结果.     

CPU+GPU异构并行的矩阵转置算法研究

针对当前算法优化研究一般局限于单一硬件平台、很难实现在不同平台上高效运行的问题,利用图形处理器(GPU)提出了基于开放式计算语言(OpenCL)的矩阵转置并行算法.通过矩阵子块粗粒度并行、矩阵元素细粒度并行、工作项与数据的空间映射和本地存储器优化方法的应用,使矩阵转置算法在GPU计算平台上的性能提高了12倍.实验结果表明,与基于CPU的串行算法、基于开放多处理(OpenMP)并行算法和基于统一计算设备架构(CUDA)并行算法性能相比,矩阵转置并行算法在OpenCL架构下NVIDIA GPU计算平台上分别获得了12.26,2.23和1.50的加速比.该算法不仅性能高,而且实现了在不同计算平台间的性能移植.     

压缩感知A*OMP重构算法的并行化与GPU加速实现

针对压缩感知系统实时应用的需要,探讨了A*OMP算法的并行设计及基于GPU的加速方法.将耗时长的矩阵逆运算转化为可并行的矩阵/向量操作,并结合算法本身的关联特性,进一步采用迭代法实现以降低其计算复杂度.利用GPU高效的并行运算能力,将算法中可并行的矩阵/向量计算映射到GPU上并行执行,在面向Matlab的Jacket软件平台上对整体串行算法进行了并行化的设计与实现.在NVIDIA Tesla K20Xm GPU和Intel(R)E5-2650 CPU上进行了测试,实验结果表明:对比CPU平台的串行实现,基于GPU的A*OMP算法整体上可获得约40倍的加速,实现了在保持系统较高重构质量的同时能有效降低计算时间,较好地满足了系统实时性的需要.     

基于GPU的矩阵求逆性能测试和分析

在CPU串行运算模式下实现大规模矩阵求逆是一个非常耗时的过程。为了解决这一问题,基于NVIDIA公司专为GPU(图形处理器)提供的CUDA(计算统一设备架构),从新的编程角度出发,利用GPU多线程并行处理技术,将矩阵求逆过程中大量的数据实现并行运算,从而获得了较大的加速比。同时,根据程序的执行结果,分析了GPU的单精度与双精度的浮点运算能力及其优、劣势。最后,通过分析数据传输时间对GPU性能的影响,总结出适合GPU的算法特征。