Оффтоп

В названии статьи не поместилось — данные результаты считаются таковыми по версии рейтинга Graph500. Также хотелось бы выразить благодарность компаниям IBM и RSC за предоставленные ресурсы для проведения экспериментальных запусков во время исследования.

Введение

Поиск в ширину (BFS) является одним из основных алгоритмов обхода графа и базовым для многих алгоритмов анализа графов более высокого уровня. Поиск в ширину на графах является задачей с нерегулярным доступом к памяти и с нерегулярной зависимостью по данным, что сильно усложняет его распараллеливание на все существующие архитектуры. В статье будет рассмотрена реализация алгоритма поиска в ширину (основного теста рейтинга Graph500) для обработки больших графов на различных архитектурах: Intel х86, IBM Power8+, Intel KNL и NVidia GPU. Будут описаны особенности реализации алгоритма на общей памяти, а также преобразования графа, которые позволяют достичь рекордных показателей производительности и энергоэффективности на данном алгоритме среди всех одноузловых систем рейтинга Graph500 и GreenGraph500.

Лаборатория DISLab (ОАО «НИЦЭВТ») совместно с НИВЦ МГУ проводят четвертую ежегодную научно-практическую конференцию по проблемам параллельной обработки больших графов с использованием суперкомпьютерных комплексов и кластерных систем.

Цель конференции — привлечение внимания к тематике задач по суперкомпьютерной обработке графов и предоставление площадки для общения разработчиков технологий суперкомпьютерной обработки графов и разработчиков графовых приложений, обсуждения перспектив данного направления.

Совсем скоро, в рамках данной научно-технической конференции GraphHPC-2017, стартует конкурс GraphHPC, посвященный проблемам параллельной обработки больших графов с использованием суперкомпьютеров. В этот раз участникам предстоит получить самую быструю реализацию задачи Betweenness Centrality (Центральность по посредничеству) в неориентированном графе.

Введение

В предыдущем посте я постарался описать, как легко можно воспользоваться преимуществом GPU для обработки изображений. Судьба сложилась так, что мне подвернулась возможность попробовать улучшить медианную фильтрацию для GPU. В данном посте я постараюсь рассказать каким образом можно получить еще больше производительности от GPU в обработке изображений, в частности, на примере медианной фильтрации. Сравнивать будем GPU GTX 780 ti с оптимизированным кодом, запущенном на современном процессоре Intel Core i7 Skylake 4.0 GHz с набором векторных регистров AVX2. Достигнутая скорость фильтрации квадратом 3х3 в 51 GPixels/sec для GPU GTX 780Ti и удельная скорость фильтрации квадратом 3х3 в 10.2 GPixels/sec на 1 TFlops для одинарной точности на данное время являются самыми высокими из всех известных в мире.

Введение

Издавна графические ускорители (ГПУ) были созданы для обработки изображения и видео. В какой то момент ГПУ стали использоваться для вычислений общего назначения. Но развитие центральных процессоров тоже не стояло на месте: компания Intel ведет активные разработки в сторону развития векторных расширений (AVX256, AVX512, AVX1024). В итоге, появляются разные процессоры — Core, Xeon, Xeon Phi. Обработку изображений можно отнести к такому классу алгоритмов, которые легко векторизуются.
Но как показывает практика, несмотря на довольно высокий уровень компиляторов и технологичность центральных процессоров и сопроцессоров Xeon Phi, сделать обработку изображения с использованием векторных инструкций не так просто, так как современные компиляторы плохо справляются с автоматической векторизацией, а использовать векторные intrinsic функции достаточно трудоемко. Также возникает вопрос о совмещении векторизованного вручную кода и скалярных участков.

В рамках конференции GraphHPC-2016, прошедшей 3 марта 2016 года в МГУ им. М.В. Ломоносова на факультете ВМК, проводился конкурс на самую быструю реализацию задачи Community Detection — поиска сообществ в неориентированном графе с весами.

Совсем скоро, в рамках третьей научно-технической конференции GraphHPC-2016, стартует конкурс GraphHPC, посвященный проблемам параллельной обработки больших графов с использованием суперкомьютеров. В этот раз участникам предстоит найти самую быструю реализацию задачи Community Detection (поиск сообществ) в неориентированном графе с весами.

О чем речь

В данном посте я бы хотел описать часть системы времени выполнения (RTS — RunTime System в дальнейшем) компилятора DVMH. Рассматриваемая часть, как видно из заголовка, относится к обработке пользовательских массивов на GPU, а именно, их автоматическая трансформация или реорганизация в памяти ускорителя. Данные преобразования делаются для эффективного доступа к памяти GPU в вычислительных циклах. Что такое DVMH, как можно подстраиваться под вычисления и почему это делается автоматически — описано далее.

Введение

Решение задачи поиска минимальных остовных деревьев ( MST — minimum spanning tree) является распространенной задачей в различных областях исследований: распознавание различных объектов, компьютерное зрение, анализ и построение сетей (например, телефонных, электрических, компьютерных, дорожных и т.д.), химия и биология и многие другие. Существует по крайней мере три известных алгоритма, решающих данную задачу: Борувки, Крускала и Прима. Обработка больших графов (занимающих несколько ГБ) является достаточно трудоемкой задачей для центрального процессора (CPU) и является востребованной в данное время. Все более широкое распространение получают графические ускорители (GPU), способные показывать намного большую производительность, чем CPU. Но задача MST, как и многие задачи по обработке графов, плохо ложатся на архитектуру GPU. В данной статье будет рассмотрена реализация данного алгоритма на GPU. Также будет показано, как можно использовать CPU для построения гибридной реализации данного алгоритма на общей памяти одного узла (состоящего из GPU и нескольких CPU).

Аннотация

В данной статье хочу рассказать как можно эффективно распараллелить алгоритм BFS — поиск в ширину в графе с использованием графических ускорителей. В статье будет приведен подробный анализ полученного алгоритма. Вычисления выполнялись на одном GPU GTX Titan архитектуры Kepler.

Введение

В последнее время все большую роль играют графические ускорители (GPU) в не графических вычислениях. Потребность их использования обусловлена их относительно высокой производительностью и более низкой стоимостью. Как известно, на GPU хорошо решаются задачи на структурных сетках, где параллелизм так или иначе легко выделяется. Но есть задачи, которые требуют больших мощностей и используют неструктурные сетки. Примером такой задачи является Single Shortest Source Path problem (SSSP) – задача поиска кратчайших путей от заданной вершины до всех остальных во взвешенном графе. Решение данной задачи рассмотрено мной в этой статье. Вторым примером задачи на неструктурных сетках является задача Breadth First Search (BFS) — поиска в ширину в неориентированном графе. Данная задача является основной в ряде алгоритмов на графах. Также она немного проще, чем поиск кратчайшего пути. На данный момент алгоритм BFS используется как основной тест для рейтинга Graph500. Далее рассмотрим, как можно использовать идеи решения задачи SSSP в задаче BFS. Про архитектуру GPU компании Nvidia и об упомянутых алгоритмах уже много написано, поэтому в этой статье я не стану дополнительно писать про это. Так же, надеюсь, что понятия warp, cuda блок, SMX, и прочие базовые вещи, связанные с CUDA читателю знакомы.

Аннотация

В данной статье хочу рассказать как можно эффективно распараллелить алгоритм SSSP — поиска кратчайшего пути в графе с использованием графических ускорителей. В качестве графического ускорителя будет рассмотрена карта GTX Titan архитектуры Kepler.

Введение

В последнее время все большую роль играют графические ускорители (GPU) в не графических вычислениях. Потребность их использования обусловлена их относительно высокой производительностью и более низкой стоимостью. Как известно, на GPU хорошо решаются задачи на структурных сетках, где параллелизм так или иначе легко выделяется. Но есть задачи, которые требуют больших мощностей и используют неструктурные сетки. Примером такой задачи является Single Shortest Source Path problem (SSSP) – задача поиска кратчайших путей от заданной вершины до всех остальных во взвешенном графе. Для решения данной задачи на CPU существует, по крайней мере, два известных алгоритма: алгоритм Дейсктры и алгоритм Форда-Беллмана. Так же существуют параллельные реализации алгоритма Дейстры и Форда-Беллмана на GPU. Вот основные статьи, в которых описаны решения данной задачи: