GPU功耗建模與優(yōu)化技術(shù)研究.pdf

1、隨著GPU(Graphic Processing Unit,圖形處理器)功能越來(lái)越強(qiáng)大,特別是NVIDIA公司CUDA(Compute Unified Device Architecture,統(tǒng)一計(jì)算架構(gòu))平臺(tái)的推出,GPU通用計(jì)算逐漸成為高性能計(jì)算領(lǐng)域一個(gè)重要的發(fā)展趨勢(shì)。然而,功耗問(wèn)題始終是影響GPU通用計(jì)算技術(shù)發(fā)展的一個(gè)主要問(wèn)題。盡管GPU的性能功耗比一般高于傳統(tǒng)CPU(Central Processing Unit,中央處理器),

2、但其高絕對(duì)功耗仍然會(huì)帶來(lái)諸如芯片封裝和散熱成本上升,器件壽命和可靠性降低等問(wèn)題,也不符合當(dāng)今綠色計(jì)算的趨勢(shì)。在學(xué)術(shù)界,GPU功耗相關(guān)領(lǐng)域的研究尚處于起步階段,有很多關(guān)鍵技術(shù)值得探索。
　　本文的主要工作包括:1)通過(guò)深入分析CUDA的編程模型和存儲(chǔ)模型,研究其指令執(zhí)行的特點(diǎn),進(jìn)而分析其匯編級(jí)PTX(Parallel Thread eXecution)指令和機(jī)器指令,從計(jì)算指令運(yùn)行和訪存行為級(jí)提出了一個(gè)基于機(jī)器指令的GPU功耗預(yù)測(cè)模

3、型。2)針對(duì)四類不同應(yīng)用,提出了通過(guò)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)GPU計(jì)算能力和顯存帶寬在不損失性能前提下獲得最低功耗的方法。并運(yùn)用功耗模型預(yù)測(cè)了GPU在不同核心頻率和顯存頻率下運(yùn)行不同應(yīng)用時(shí)的功耗,對(duì)優(yōu)化方法進(jìn)行了驗(yàn)證。
　　對(duì)7個(gè)典型應(yīng)用的實(shí)測(cè)證明,本文提出的功耗模型預(yù)測(cè)精度在94％以上。同時(shí),本文提出的優(yōu)化策略使四類應(yīng)用的平均效能提升了14.5%。
　　本課題受到國(guó)家863重點(diǎn)項(xiàng)目“新概念高效能計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)研究開發(fā)”(No.200