基于AMD平臺(tái)的OpenCL優(yōu)化研究及其在分子動(dòng)力學(xué)中的應(yīng)用.pdf

1、OpenCL全稱為Open Computing Language，即開放計(jì)算語言，在2008年由Apple公司首先提出，現(xiàn)由非盈利技術(shù)聯(lián)盟Khronos Group管理的一種異構(gòu)編程框架。其目的在于提出一種通用的并行性編程標(biāo)準(zhǔn)和框架，程序可在不同廠商所生產(chǎn)的各種設(shè)備上運(yùn)行。使用OpenCL的典型應(yīng)用包括矩陣運(yùn)算、圖像處理、分子動(dòng)力學(xué)等。如何使用OpenCL最大化異構(gòu)平臺(tái)的計(jì)算能力一直是研究的熱點(diǎn)問題。
　　本文以AMD(Advan

2、ced Micro Devices)平臺(tái)的OpenCL優(yōu)化為主線。首先總結(jié)了GPU的發(fā)展過程，重點(diǎn)分析了AMD平臺(tái)GPU架構(gòu)發(fā)展過程、特點(diǎn)及帶來的改變；然后研究了AMD平臺(tái)下OpenCL優(yōu)化過程中所需考慮到的內(nèi)存優(yōu)化、內(nèi)核優(yōu)化等方面的問題；最后對(duì)分子動(dòng)力學(xué)軟件LAMMPS(Large-scale Atomic/MolecularMassively Parallel Simulator)的整體架構(gòu)、加速包中的鄰接表算法和短程力計(jì)算算法進(jìn)行

3、了研究與改進(jìn)。
　　本文的主要工作有：
　?。?）深入調(diào)研目前異構(gòu)并行計(jì)算發(fā)展現(xiàn)狀，選擇AMD平臺(tái)下的OpenCL作為研究對(duì)象；
　?。?）分析異構(gòu)加速平臺(tái)下的加速理論及OpenCL框架特點(diǎn)，得出可能產(chǎn)生瓶頸和性能損失的兩個(gè)主要部分為內(nèi)存優(yōu)化和內(nèi)核優(yōu)化；
　?。?）結(jié)合AMD平臺(tái)的架構(gòu)特點(diǎn)，總結(jié)了OpenCL針對(duì)內(nèi)存優(yōu)化、內(nèi)核優(yōu)化問題的解決方案。對(duì)內(nèi)存優(yōu)化中的主機(jī)端內(nèi)存分配、全局內(nèi)存訪問、本地內(nèi)存訪問三個(gè)部分進(jìn)行

4、了深入的優(yōu)化分析與總結(jié)；對(duì)內(nèi)核部分，總結(jié)了11條編程中可以提升計(jì)算性能的編程原則；
　?。?）分析LAMMPS中的OpenCL加速包中的短程力計(jì)算部分代碼，研究其實(shí)現(xiàn)機(jī)制，重點(diǎn)分析了LAMMPS中的短程力計(jì)算問題，具體分為鄰接表的建立過程以及短程力計(jì)算兩部分；
　?。?）分析LAMMPS中的鄰接表建立部分實(shí)現(xiàn)過程，實(shí)現(xiàn)了一種單GPU基數(shù)排序算法用于鄰接表建立過程中的元胞列表建立子過程，并提出了雙GPU基數(shù)排序的設(shè)計(jì)思想；