Simulace šíření tepla s časově proměnným zdrojem s využitím GPU
Loading...
Date
Authors
ORCID
Advisor
Referee
Mark
C
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta informačních technologií
Abstract
Tato bakalářská práce se zabývá simulací šíření tepla v živých tkáních, které je dodáváno časově proměnným externím tepelným zdrojem. Simulace byla implementována pomocí metody konečných diferencí čtvrtého řádu v prostoru a prvního v čase. V rámci práce byla nejprve implementována vícevláknová verze využívající procesoru CPU. Následně bylo implementováno několik verzí pro grafickou kartu GPU s důrazem na maximální adaptaci algoritmu na danou architekturu a co nejlepší využít výpočetního potenciálu grafické karty. Experimentálním měřením se ukázalo, že nejrychlejší je naivní algoritmus využívající pouze globální paměť grafické karty. Dále byla zkoumána efektivita Gauss-Seidelovy obarvovací metody, jejíž cílem je redukce paměťové náročnosti. Na CPU se tato metoda ukázala použitelná, neboť její nejrychlejší verze byla pouze o 13% pomalejší, ale při použití této metody je možné snížit paměťovou náročnost až na polovinu. Implementace této metody na GPU byla 2x pomalejší a její přínos proto není tak velký. Na CPU bylo dosaženo maximálního výkonu 32GFLOPS zatímco na GPU 135GFLOPS. To odpovídá 10% (CPU) a 9% (GPU) maximálního teoretického výkonu obou architektur.
This bachelor's thesis deals with the simulation of the heat transfer inside human tissue injected by an external time varying heat source. The proposed implemented simulation is based on a 4th order in space and 1st order in time finite-difference time domain method. First, a multithreaded CPU version was implemented. Subsequently, several GPU accelerated versions were implemented taking into account architecture aspect of the GPU. The experimental results showed that the fastest GPU kernel was the naive one using only the GPU global memory. Next, the usefulness of the Gauss-Seidel's method was investigated. The CPU implementation of the method was evaluated as usable because of being only 13% slower while saving up to 50% of memory resources. However, the GPU implementation was twice as slow as the naive version mainly due to shared memory size limits. The peak performance in terms of GFLOPS reached 32 and 135 on CPU and GPU, respectively. This corresponds to 10% and 9% of the theoretical potential of given architectures.
This bachelor's thesis deals with the simulation of the heat transfer inside human tissue injected by an external time varying heat source. The proposed implemented simulation is based on a 4th order in space and 1st order in time finite-difference time domain method. First, a multithreaded CPU version was implemented. Subsequently, several GPU accelerated versions were implemented taking into account architecture aspect of the GPU. The experimental results showed that the fastest GPU kernel was the naive one using only the GPU global memory. Next, the usefulness of the Gauss-Seidel's method was investigated. The CPU implementation of the method was evaluated as usable because of being only 13% slower while saving up to 50% of memory resources. However, the GPU implementation was twice as slow as the naive version mainly due to shared memory size limits. The peak performance in terms of GFLOPS reached 32 and 135 on CPU and GPU, respectively. This corresponds to 10% and 9% of the theoretical potential of given architectures.
Description
Citation
HÁLA, P. Simulace šíření tepla s časově proměnným zdrojem s využitím GPU [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta informačních technologií. 2014.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
cs
Study field
Informační technologie
Comittee
doc. Ing. Vladimír Janoušek, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Vladimír Drábek, CSc. (místopředseda)
Ing. Vítězslav Beran, Ph.D. (člen)
Ing. Martin Hrubý, Ph.D. (člen)
Ing. Zbyněk Křivka, Ph.D. (člen)
Date of acceptance
2014-06-17
Defence
Student nejprve prezentoval výsledky, kterých dosáhl v rámci své práce. Komise se poté seznámila s hodnocením vedoucího a posudkem oponenta práce. Student následně odpověděl na otázky oponenta a na další otázky přítomných. Komise se na základě posudku oponenta, hodnocení vedoucího, přednesené prezentace a odpovědí studenta na položené otázky rozhodla práci hodnotit stupněm "C". Otázky u obhajoby: Boli experimenty s GPU implementáciou vykonávané aj na iných kartách než len Nvidia GTX 580 ? Ak áno, aký vplyv na výsledok má iná architektúra GPU, napr. Tesla alebo Kepler ? Je možné v simulácií prekryť výpočet s kopírovaním dát na pozadí ? Uvažovali ste aj iné numerické metódy než len metódu konečných prvkov a metódu konečných diferencií 4. rádu ? Ak áno, v čom je prínos Vami implementovanej metódy oproti ostatným ? V práci bolo vytvorených 10 stupňov optimalizácie naivného kernelu. Prečo sa podľa Vás žiadna z implementovaných optimalizačných techník neprejavila na výkone, kedže uvádzate, že najvyšší výkon dosiahol práve naivný kernel ?
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení