GPGPU并行模擬與低開銷片上網(wǎng)絡設(shè)計.pdf

1、近年來，隨著GPGPU在生物計算、金融分析、天氣預測等高性能計算領(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。在模擬器設(shè)計方面，一個高性能的模擬器對GPGPU的研究而言至關(guān)重要，而當前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)研究中的應用。在GPGPU體系結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，隨著GPGPU計算能力的不斷增加，GPGPU中越來越多的計算節(jié)點需要通過片上網(wǎng)絡與存儲節(jié)點進行通信。隨

2、著片上網(wǎng)絡在片上多核系統(tǒng)設(shè)計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)計低開銷的片上網(wǎng)絡對于GPGPU的發(fā)展至關(guān)重要。
　　針對于第一個問題，本文提出了GPGPU并行模擬的方案，充分利用現(xiàn)有宿主平臺多機多核的計算優(yōu)勢加速GPGPU程序的模擬速度；針對第二個問題，本文提出了GPGPU低開銷片上網(wǎng)絡設(shè)計的方案，首先通過一系列的設(shè)計避免了網(wǎng)絡中報文的沖突，然后通過簡化路由器微體系結(jié)構(gòu)設(shè)計降低了片上網(wǎng)絡的開銷。
　　本文的研

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

4、對各組進行模擬以獲得性能的提升。在GPGPU模擬器對程序進行模擬的過程中，它會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制約GPGPU模擬器的模擬速度，本文針對CUDA編程模型的特點提出了一種并行化功能模擬的方法，并就它應用到了Kernel內(nèi)部、Kernel之間并行模擬中。
　　（2）提出了GPGPU低開銷片上網(wǎng)絡設(shè)計方案
　　本文針對GPGPU中Request網(wǎng)絡的通信特點提出了低開銷的片上網(wǎng)絡設(shè)計。將計算節(jié)點分為

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文沖突；設(shè)計了令牌發(fā)射機制以及令牌傳輸網(wǎng)絡，徹底避免了組內(nèi)的報文沖突，并對網(wǎng)絡不存在任何沖突進行了證明；設(shè)計了低開銷的路由器微體系結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了報文在相鄰路由器之間的單周期傳輸；設(shè)計了狀態(tài)回傳網(wǎng)絡，使計算節(jié)點可以感知存儲節(jié)點中報文緩存隊列的狀態(tài)變化，從而進行相應的發(fā)包調(diào)整。
　　本文對上述方案進行實現(xiàn)，并針對多個CUDA測試集中的測試程序?qū)ο到y(tǒng)性能進行了詳細的測試與分析。實驗結(jié)果表明