GPGPU并行模擬與低開銷片上網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì).pdf

1、近年來，隨著GPGPU在生物計(jì)算、金融分析、天氣預(yù)測(cè)等高性能計(jì)算領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用，有關(guān)GPGPU的相關(guān)研究逐漸成為研究的熱點(diǎn)。在模擬器設(shè)計(jì)方面，一個(gè)高性能的模擬器對(duì)GPGPU的研究而言至關(guān)重要，而當(dāng)前GPGPU模擬器大多為串行模擬器，模擬速度極慢，極大制約了模擬器在GPGPU體系結(jié)構(gòu)研究中的應(yīng)用。在GPGPU體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，隨著GPGPU計(jì)算能力的不斷增加，GPGPU中越來越多的計(jì)算節(jié)點(diǎn)需要通過片上網(wǎng)絡(luò)與存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信。隨

2、著片上網(wǎng)絡(luò)在片上多核系統(tǒng)設(shè)計(jì)中所占的開銷不斷增大，如何在保持性能不變的前提下設(shè)計(jì)低開銷的片上網(wǎng)絡(luò)對(duì)于GPGPU的發(fā)展至關(guān)重要。
　　針對(duì)于第一個(gè)問題，本文提出了GPGPU并行模擬的方案，充分利用現(xiàn)有宿主平臺(tái)多機(jī)多核的計(jì)算優(yōu)勢(shì)加速GPGPU程序的模擬速度；針對(duì)第二個(gè)問題，本文提出了GPGPU低開銷片上網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的方案，首先通過一系列的設(shè)計(jì)避免了網(wǎng)絡(luò)中報(bào)文的沖突，然后通過簡(jiǎn)化路由器微體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)降低了片上網(wǎng)絡(luò)的開銷。
　　本文的研

3、究工作和成果有：
　?。?）提出了GPGPU在多核多機(jī)平臺(tái)下的并行模擬方案
　　在多核宿主平臺(tái)下，本文提出了Kernel內(nèi)部的并行模擬，一方面使用多個(gè)模擬線程同時(shí)對(duì)多個(gè)Cluster進(jìn)行模擬，并要求多個(gè)模擬線程在每個(gè)時(shí)鐘周期進(jìn)行同步以保持模擬精度，另一方面并行化執(zhí)行驅(qū)動(dòng)中的功能模擬和性能模擬以彌補(bǔ)時(shí)鐘同步帶來的性能損失。在多機(jī)宿主平臺(tái)下，本文提出了Kernel之間并行模擬的方案，將Kernel函數(shù)進(jìn)行分組后利用多機(jī)平臺(tái)并行的

4、對(duì)各組進(jìn)行模擬以獲得性能的提升。在GPGPU模擬器對(duì)程序進(jìn)行模擬的過程中，它會(huì)依賴功能模擬提供的結(jié)果，因此功能模擬在一定程度上會(huì)制約GPGPU模擬器的模擬速度，本文針對(duì)CUDA編程模型的特點(diǎn)提出了一種并行化功能模擬的方法，并就它應(yīng)用到了Kernel內(nèi)部、Kernel之間并行模擬中。
　?。?）提出了GPGPU低開銷片上網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方案
　　本文針對(duì)GPGPU中Request網(wǎng)絡(luò)的通信特點(diǎn)提出了低開銷的片上網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)。將計(jì)算節(jié)點(diǎn)分為

5、若干組，通過向各組分配專屬子網(wǎng)避免了不同組之間的報(bào)文沖突；設(shè)計(jì)了令牌發(fā)射機(jī)制以及令牌傳輸網(wǎng)絡(luò)，徹底避免了組內(nèi)的報(bào)文沖突，并對(duì)網(wǎng)絡(luò)不存在任何沖突進(jìn)行了證明；設(shè)計(jì)了低開銷的路由器微體系結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了報(bào)文在相鄰路由器之間的單周期傳輸；設(shè)計(jì)了狀態(tài)回傳網(wǎng)絡(luò)，使計(jì)算節(jié)點(diǎn)可以感知存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)中報(bào)文緩存隊(duì)列的狀態(tài)變化，從而進(jìn)行相應(yīng)的發(fā)包調(diào)整。
　　本文對(duì)上述方案進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，并針對(duì)多個(gè)CUDA測(cè)試集中的測(cè)試程序?qū)ο到y(tǒng)性能進(jìn)行了詳細(xì)的測(cè)試與分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明