Luận văn Thạc sĩ Công nghệ thông tin: Nghiên cứu giải pháp công nghệ tính toán hiệu năng cao với bộ xử lý đồ họa GPU và ứng dụng

Luận văn với kết cấu nội dung được chia thành gồm 3 chương chính: Chương 1/ Tổng quan về tính toán song song và GPU. Chương 2/ Tính toán song song trên GPU trong CUDA. Chương 3/ Tăng tốc độ tính toán một số bài toán sử dụng GPU, trên cơ cở các kiến thức được trình bày ở các chương trên, tác giả luận văn đã tiến hành cài đặt và thử nghiệm mô phỏng bài toán trên CPU và GPU.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Luận văn Thạc sĩ Công nghệ thông tin: Nghiên cứu giải pháp công nghệ tính toán hiệu năng cao với bộ xử lý đồ họa GPU và ứng dụng ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ NGUYỄN ĐỨC MINH NGHIÊN CỨU GiẢI PHÁP CÔNG NGHỆ TÍNH TOÁN HIỆU NĂNG CAO VỚI BỘ XỬ LÝ ĐỒ HỌA GPU VÀ ỨNG DỤNG LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Hà Nội – 2016 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ NGUYỄN ĐỨC MINH NGHIÊN CỨU GiẢI PHÁP CÔNG NGHỆ TÍNH TOÁN HIỆU NĂNG CAO VỚI BỘ XỬ LÝ ĐỒ HỌA GPU VÀ ỨNG DỤNG Ngành: Công nghệ thông tin Chuyên ngành: Kỹ thuật phần mềm Mã số: 60480103 LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. LÊ QUANG MINH Hà Nội 2016 MỤC LỤC MỞ ĐẦU .............................................................................................................................. 1 DANH MỤC THUẬT NGỮ ................................................................................................ 3 DANH MỤC HÌNH VẼ ....................................................................................................... 4 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TÍNH TOÁN SONG SONG VÀ GPU ............................ 5 1.1. Tổng quan về tính toán song song .................................................................................. 5 1.1.1. Tổng quan về tính toán song song........................................................................... 5 1.1.2. Mô hình máy tính song song ................................................................................... 7 1.1.3. Mô hình lập trình song song.................................................................................. 12 1.1.4. Nguyên lý thiết kế giải thuật song song ................................................................ 14 1.2. Tổng quan về GPU ..................................................................................................... 16 1.2.1. Giới thiệu GPU...................................................................................................... 16 1.2.2. Lịch sử phát triển GPU ......................................................................................... 16 1.2.3. Kiến trúc GPU ....................................................................................................... 19 1.2.4. Tính toán trên GPU ............................................................................................... 23 1.2.5. Môi trường phần mềm ........................................................................................... 27 1.2.6. Kỹ thuật và ứng dụng ........................................................................................... 30 1.2.7. Giải thuật và ứng dụng ......................................................................................... 32 Chương 2. ........................................................................................................................... 36 TÍNH TOÁN SONG SONG TRÊN GPU TRONG CUDA ............................................... 36 2.1. Giới thiệu về môi trường phát triển CUDA.................................................................. 36 2.2 Môi trường lập trình và cơ chế hoạt động của chương trình CUDA ............................ 38 2.2.1 Môi trường lập trình ............................................................................................. 38 2.2.1 Cơ chế hoạt động một chương trình CUDA ........................................................ 38 Mô hình lập trình ..................................................................................................................... 40 Bộ đồng xử lý đa luồng mức cao ............................................................................................. 40 Gom lô các luồng ..................................................................................................................... 40 Khối luồng ............................................................................................................................... 40 Lưới các khối luồng (Grid of Thread Blocks) ......................................................................... 41 Mô hình bộ nhớ ....................................................................................................................... 43 2.3.Lập trình ứng dụng với CUDA .......................................................................................... 44 2.3.1. CUDA là mở rộng của ngôn ngữ lập trình C ................................................................. 44 2.3.2. Những mở rộng của CUDA so với ngôn ngữ lập trình C .............................................. 45 Các biến Built-in...................................................................................................................... 47 2.3.3. Biên dịch với NVCC...................................................................................................... 48 2.4. Ví dụ tính toán song song bằng CUDA ............................................................................ 49 2.5. Ứng dụng của CUDA trong lĩnh vực công nghệ .............................................................. 53 CUDA cho ngành công nghiệp trò chơi .................................................................................. 53 CUDA cho các ứng dụng video số .......................................................................................... 53 Chương 3: TĂNG TỐC ĐỘ TÍNH TOÁN MỘT SỐ BÀI TOÁN SỬ DỤNG GPU ......... 55 3.1. Giới thiệu một số bài toán cơ bản ................................................................................. 55 3.2. Biến đổi FFT trên GPU ................................................................................................ 55 3.2.1 Phân tích Fourier ................................................................................................... 55 3.1.1. Phép biến đổi Fourier ......................................................................................... 56 3.1.2. Phân tích và biến đổi ...