点云重建的并行算法

在三维重建问题中,为了提高重建模型的精确度和完整性,需要增大三维重建的数据量,由此会增加重建的计算量和运行时间。针对该问题,对点云重建过程进行并行设计,降低耗时、提高三维重建的效率,提出在多核CPU、GPU架构和CPU/GPU异构环境下点云重建的并行算法,并在不同实验平台上对Kermit和hallFeng数据集进行了点云重建的并行实验。实验结果表明,相比于串行的点云重建算法,点云重建并行算法在保证重建精度的条件下,取得了较好的加速比,并且并行算法具有实验平台和数据规模的可扩展性。     

多核/众核平台上推荐算法的实现与性能评估

用OpenCL语言标准设计并实现了推荐系统领域的两种经典算法:交替最小二乘法(Alternating Least Squares,ALS)与循环坐标下降法(Cyclic Coordinate Descent,CCD)。将其应用到CPU,GPU,MIC多核与众核平台上,探索了在该平台上影响算法性能的因子:潜在特征维数与线程个数。同时,将OpenCL实现的两种算法与CUDA和OpenMP的实现进行比较,得出了一系列结论。在同等条件下,与ALS算法相比,CCD算法的精度更高,收敛速度更快且更稳定,但所耗时间更长。ALS和CCD算法基于OpenCL的实现性能不亚于CUDA(CCD 上加速比为1.03x,ALS上加速比为1.2x)和OpenMP的实现(CCD与ALS上加速比大约为1.6~1.7x),并且两种算法在CPU平台上的性能均比GPU与MIC好。     

基于CUDA的并行粒子群优化算法研究及实现

应用图形处理器(GPU)来加速粒子群优化(PSO)算法并行计算时,为突出其加速性能,经常有文献以恶化CPU端PSO算法性能为代价。为了科学比较GPU-PSO算法和CPU-PSO算法的性能,提出用"有效加速比"作为算法的性能指标。文中给出的评价方法不需要CPU和GPU端粒子数相同,将GPU并行算法与最优CPU串行算法的性能作比较,以加速收敛到目标精度为准则,在统一计算设备架构(CUDA)下对多个基准测试函数进行了数值仿真实验。结果表明,在GPU上大幅增加粒子数能够加速PSO算法收敛到目标精度,与CPU-PSO相比,获得了10倍以上的"有效加速比"。     

GPU上实现的向量点积的性能分析

CUDA是一种较为简便的利用GPU进行通用计算的技术。研究了GPU上基于CUDA的几种向量点积算法,比较、分析了每种算法的性能。实验表明,GPU上最快的算法比CPU上的算法快了约7倍。     

面向OpenCL架构的Harris角点检测算法

Harris角点检测算法是计算机视觉领域中使用非常广泛的点特征提取算法,它计算简单,稳定性强,但运算速度慢。当前已有算法优化研究一般只针对单一硬件平台,它们很难实现在不同平台上的高效运行。为此提出一种基于开放式计算语言(OpenCL)设计思想的Harris角点检测并行算法,其采用图形处理器(GPU)中共享存储器、常量存储器和锁页内存机制在OpenCL框架下完成影像角点检测的全过程。实验结果表明,基于OpenCL的Harris角点检测并行算法相比CPU上的串行算法可获得的加速比高达77倍,执行效率明显提高,对于大规模数据处理表现出良好的实时处理能力。     

基于统一计算设备架构的并行串匹配算法

BF算法是串匹配算法经典算法之一,但并不适合GPU这种并行体系结构.提出了基于统一计算设备架构(CUDA)架构的解决方案,通过对需要处理的数据增加一定比例的冗余信息,设计了适合CUDA计算数据的独立性特点的并行BF算法.实验结果表明,基于CUDA架构的并行串匹配算法比同等CPU算法获得约10倍的加速比.此外还对该算法性能的影响因子做了分析.     

基于OpenCL的累积汇流并行计算

大尺度、高分辨率数字地形数据应用需求的增长,给计算密集型的累积汇流等数字地形分析算法带来了新的挑战。针对CPU/GPU(Graphics Processing Unit)异构计算平台的特点,提出了一种基于OpenCL(Open Computing Language)的多流向累积汇流算法的并行化策略,具有更好的平台独立性和可移植性,简化了CPU/GPU异构平台下的并行应用程序设计。累积汇流并行算法包括时空独立型的流量分配和空间依赖型的累积入流两个过程,均定义为OpenCL内核并交由OpenCL设备并行执行,其中累积入流过程借助流量转移矩阵由递归式转换为迭代式来实现并行计算。与基于流量转移矩阵的并行汇流算法相比,尽管基于单元入度矩阵的并行汇流算法可以降低迭代过程中的计算冗余,但需要采用具有较大延迟的原子操作以及需要更多的迭代次数,在有限的GPU计算资源下,两种算法性能差异不明显。实验结果表明,并行累积汇流算法在NVIDIA GeForce GT 650M GPU上获得了较好的加速比,加速性能随格网尺度增加而有所增加,其中流量分配获得了约50～70倍的加速比,累积入流获得了10～20倍的加速比,展示了利用OpenCL在GPU等并行计算设备上进行大规模数字地形分析的潜在优势。     

异构平台下格子Boltzmann方法实现及性能分析

对CPU+GPU异构平台下的多种并行编程模式进行了研究,并针对格子Boltzmann方法实现了CUDA,MPI+CUDA,MPI+OpenMP+CUDA多级并行算法。结果表明,算法具有较好的加速性能;提出的根据计算量比例参数调节CPU和GPU之间负载均衡的方法,对于在异构平台上实现多级并行处理及资源的有效利用具有一定的参考和应用价值。     

基于CUDA架构矩阵乘法的研究

首先介绍了CUDA架构特点,在GPU上基于CUDA使用两种方法实现了矩阵乘法,并根据CUDA特有的软硬件架构对矩阵乘法进行了优化。然后计算GPU峰值比并进行了分析。实验结果表明,基于CUDA的矩阵乘法相对于CPU矩阵乘法获得了很高的加速比,最高加速比达到1079.64。GPU浮点运算能力得到有效利用,峰值比最高达到30.85%。     

基于CUDA的Prewitt算子并行实现

Prewitt算子是数字图像分割中最常用的边缘检测算法,由于计算量大,传统的基于CPU的串行算法耗时较长.为了提高算法的计算效率,本文把Prewitt算子在CUDA架构下并行实现,并通过对不同分辨率图像的处理实验,与串行算法的处理时间进行比对,列出加速比.实验结果表明并行算法的加速效果显著,对提高图像处理系统的运行效率具有实际意义.     

基于GPU的分子动力学模拟并行化及实现

分子动力学模拟作为获得液体、固体性质的重要计算手段,广泛应用于化学、物理、生物、医药、材料等众多领域。模拟体系的复杂性和精确性的需求,使得计算量巨大,耗费时间长。并行计算是加速大规模分子动力学模拟的霍要途径。GPU以几百GFlops甚至上I}Flops的运算能力,为分子动力学模拟等的计算密集型应用提供了新的加速方案。提出了一种基于GPU的分子动力学模拟并行算法—oApT-AD,并在OpenCL和CUDA框架下加以实现。,r}能测试显示,在Tesla C1060显卡上,该算法在OpcnCL框架下的实现相对于CPU的串行实现,最高达到120倍加遥比。通过对比发现,该算法在CUDA上的性能与()pcnCI、基本相当。同时,该算法还可以扩展到两块及以上的GPU上,具有良好的可扩展性。     

面向异构架构的传递闭包并行算法

传统求图传递闭包的方法存在计算量大与计算时间长的问题。为加快处理大数据量的传递闭包算法的计算速度,结合算法密集计算和开放式计算语言（OpenCL）框架的特征,采用本地存储器优化的并行子矩阵乘和分块的矩阵乘并行计算,提出一种基于OpenCL的传递闭包并行算法。利用本地存储器优化的并行子矩阵乘算法来优化计算步骤,提高图形处理器（GPU）的存储器利用率,降低数据获取延迟。通过分块矩阵乘并行计算算法实现大数据量的矩阵乘,提高GPU计算核心的利用率。数据结果表明,与CPU串行算法、基于开放多处理的并行算法和基于统一设备计算架构的并行算法相比,传递闭包并行算法在OpenCL架构下NVIDIA GeForce GTX 1070计算平台上分别获得了593.14倍、208.62倍和1.05倍的加速比。     

RSA算法的CUDA高效实现技术

CUDA（Compute Unified Device Architecture）作为一种支持GPU通用计算的新型计算架构,在大规模数据并行计算方面得到了广泛的应用。RSA算法是一种计算密集型的公钥密码算法,给出了基于CUDA的RSA算法并行化高效实现技术,其关键为引入大量独立并发的Montgomery模乘线程,并给出了具体的线程组织、数据存储结构以及基于共享内存的性能优化实现技术。根据RSA算法CUDA实现方法,在某款GPU上测试了RSA算法的运算性能和吞吐率。实验结果表明,与RSA算法的通用CPU实现方式相比,CUDA实现能够实现超过40倍的性能加速。     

第一性原理计算软件包在GPU集群上的加速

第一性原理计算软件在密度泛函理论的发展中起着重要作用。相比平面波方法,局域轨道法更适合处理大规模多体问题。随着问题规模的不断增大和计算机计算能力的提升,软件的并行加速成为一个重要课题,MPI（message passing interface）结合GPU（graphic processing unit）实现的异构并行是一个新的解决方案。基于局域轨道法的第一性原理计算软件MESIA（massive electronic simulation based on systematically improvable atomic bases）经过MPI＋OpenMP＋CUDA三级并行,单GPU取得了约15倍的加速比,同时表现出了良好的可扩展性。测试结果同时验证了使用GPU计算可以保证计算精度。     

基于OpenCL的点云分割方法

点云分割是逆向工程中模型重建的关键技术之一,然而在求取点云特征时非常耗时,通过OpenCL异构计算对其进行性能加速有着重要的现实意义。以散乱无序的点云为研究对象,通过OpenCL对点云分割算法加以改进。算法主要分为并行计算点云数据的特征值,并行计算点云数据的法向量和曲率3个步骤。在计算中,根据GPU的并行结构和硬件特点,优化了数据存储结构,提高了数据访问效率,降低了算法复杂度。实验结果表明,算法充分利用了OpenCL的并行处理能力,运行效率是基于CPU实现的16倍。     

基于GPU的加锁并行化非结构网格生成方法研究

非结构网格的生成在时间和内存上有一定的缺陷,这里提出了一种新的方法,命名为GPU-PDMG,是基于CUDA架构的GPU并行非结构网格生成技术。该技术结合了GPU的高速并行计算能力与Delaunay三角化的优点,在英伟达GPU模块下采用CUDA程序模型,开发出了加锁并行区划分技术,通过对NACA0012翼型、多段翼型等算例进行测试,分析此方法的加速比和效率,对其计算性能展开评估。实验结果表明,GPU-PDMG优于现存在的CPU算法的速度,在保证网格质量的同时,提高了效率。     

Box-counting algorithm on GPU and multi-core CPU: an OpenCL cross-platform study

In this paper, we present the analysis and development of a cross-platform OpenCL implementation of the box-counting algorithm, which is one of the most widely-used methods for estimating the Fractal Dimension. The Fractal Dimension is a relevant image analysis method used in several disciplines, but computing it is in general a time consuming process, especially when working with 3D images. Unlike parallel programming models that strictly depend on the hardware type and manufacturer, like CUDA, OpenCL allows us to provide an implementation suitable for execution on both GPUs and multi-core CPUs, whatever the hardware manufacturer. Sorting is a key part of the fast box-counting algorithm and the final speedup is highly conditioned by the efficiency of the sorting algorithm used. Our study reveals that current OpenCL implementations of sorting algorithms are clearly slower when compared with both CUDA for GPU and specific multi-core CPU implementations. Our OpenCL algorithm has been specifically optimized according the type of the target device and the results show an average speedup of up to 7.46× and 4×, when executed on the GPU and the multi-core CPU respectively, both compared with the single-threaded (sequential) CPU implementation.     

LU分解和Laplace算法在GPU上的实现

随着图形处理器(GPU)性能的大幅度提升以及可编程性的发展,已经有许多算法成功地移植到GPU上.LU分解和Laplace算法是科学计算的核心,但计算量往往很大,由此提出了一种在GPU上加速计算的方法.使用Nvidia公司的统一计算设备架构(CUDA)编程模型实现这两个算法,通过对CPU与GPU进行任务划分,同时利用GP...