【摘要】：隨著信息時(shí)代的發(fā)展，計(jì)算機(jī)處理器處理的信息量日漸增大，其數(shù)據(jù)處理能力要求越來越高，傳統(tǒng)的微處理器體系結(jié)構(gòu)已經(jīng)逐漸無法有效的適應(yīng)大信息量的高效處理，從傳統(tǒng)的指令級(jí)并行發(fā)展到線程級(jí)并行，成為提高處理器性能的一個(gè)趨勢(shì)。多線程的探索研究中，單指令多線程（SIMT）技術(shù)成為業(yè)界高度關(guān)注的體系結(jié)構(gòu)之一，其中以SIMT技術(shù)為基礎(chǔ)的圖像處理器（GPU）最為所知，，其多線程調(diào)度技術(shù)經(jīng)過多年在多媒體領(lǐng)域的發(fā)展已經(jīng)充分適應(yīng)數(shù)據(jù)密集型應(yīng)用程序的特性。 現(xiàn)有的針對(duì)SIMT技術(shù)的研究都是基于完整的GPU體系結(jié)構(gòu)，尚且缺乏將SIMT調(diào)度模型獨(dú)立于GPU的單獨(dú)研究。本文分析GPU中的SIMT調(diào)度技術(shù)，將SIMT調(diào)度模型從GPU中提取出來，為SIMT調(diào)度技術(shù)的研究和該技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展奠定基礎(chǔ)。本文對(duì)SIMT調(diào)度模型進(jìn)行了詳細(xì)測試分析，發(fā)現(xiàn)線程的組織管理對(duì)SIMT調(diào)度模型性能有較大影響，同時(shí)SIMT調(diào)度技術(shù)對(duì)使用者要求很高，要求該技術(shù)的研究人員有較高的軟硬件水平，在其上編寫的負(fù)載必須充分匹配SIMT硬件特性，同時(shí)對(duì)SIMT調(diào)度體系結(jié)構(gòu)的改動(dòng)必須充分適應(yīng)其上運(yùn)行的負(fù)載特性，不同的負(fù)載特性對(duì)SIMT硬件結(jié)構(gòu)的要求會(huì)有較大差異。 通過對(duì)SIMT調(diào)度模型的分析，本文發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有SIMT調(diào)度技術(shù)中單一線程的執(zhí)行能力低下，必須依靠大量線程隱藏其單線程性能低下的劣勢(shì)，對(duì)線程數(shù)目的依賴性強(qiáng)，是該技術(shù)發(fā)展亟待解決的問題。本文通過研究不同的計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)一種創(chuàng)新性的顯示數(shù)據(jù)圖執(zhí)行（EDGE）體系結(jié)構(gòu)的特性同SIMT調(diào)度技術(shù)的特性有相似之處，在EDGE中實(shí)現(xiàn)SIMT調(diào)度技術(shù)既可以發(fā)掘出EDGE中潛在的多線程特征，又可以利用EDGE中高效的單線程執(zhí)行能力彌補(bǔ)SIMT調(diào)度技術(shù)中存在的單線程執(zhí)行性能低下的劣勢(shì)，優(yōu)化SIMT調(diào)度技術(shù)。本文在實(shí)驗(yàn)室自行開發(fā)的M5-EDGE模擬器上實(shí)現(xiàn)SIMT調(diào)度功能，并通過一系列測試程序驗(yàn)證實(shí)現(xiàn)SIMT調(diào)度功能的M5-EDGE模擬器的功能正確性，同時(shí)分析了SIMT調(diào)度技術(shù)在M5-EDGE模擬器上實(shí)現(xiàn)后的性能，發(fā)現(xiàn)EDGE分布式結(jié)構(gòu)中單一線程的甚塊并行性同SIMT調(diào)度技術(shù)中的多線程并行性可以良好的結(jié)合，充分發(fā)揮了EDGE和SIMT兩種體系結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)。
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圖片說明： 單一線程在 SIMT 調(diào)度執(zhí)行技術(shù)中執(zhí)行內(nèi)部的并行性并沒有開發(fā)出來，致使擁有少量線程何在保留 SIMT 調(diào)度執(zhí)行優(yōu)勢(shì)的同時(shí)提升內(nèi)部單一IMT 調(diào)度執(zhí)行技術(shù)的其中一個(gè)重要研究方向。EDGE（tion）體系結(jié)構(gòu)[9,10,11]的出現(xiàn)使上述問題的解決成為了DGE 體系結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn) SIMT 調(diào)度執(zhí)行的功能，將 GP型同 EDGE 體系結(jié)構(gòu)結(jié)合，彼此互補(bǔ)優(yōu)化，既發(fā)掘性又彌補(bǔ)了 SIMT 調(diào)度執(zhí)行時(shí)單線程性能低下的缺中 SIMT 調(diào)度執(zhí)行技術(shù)原理 的 Fermi 結(jié)構(gòu)是 GPU 的一個(gè)典型代表[12]，見圖 1-1處理器，每組流多處理器的特殊結(jié)構(gòu)決定了 GPU 計(jì)算器中有 32 個(gè)計(jì)算內(nèi)核，每個(gè)核都可以執(zhí)行一個(gè)線程可以同步執(zhí)行 32 個(gè)線程，16 組流多處理器便可以可見其并行計(jì)算強(qiáng)度很大。
文內(nèi)圖片：
圖片說明： T 調(diào)度機(jī)制的高效實(shí)現(xiàn)。一個(gè) SIMT 調(diào)度過程分為軟其中硬件調(diào)度過程的 warp 調(diào)度是該結(jié)構(gòu)并行執(zhí)行高算時(shí)，不是以線程為單位取指，而是以一組線程組p 為單位進(jìn)行取指運(yùn)算，如圖 1-2 所示[13]，warp 的調(diào)配相關(guān)性盡量小一組線程，如果一個(gè) warp 與另一個(gè) warp 要等候另一個(gè) warp 執(zhí)行結(jié)果，則該 warp 可暫一個(gè)不相關(guān)的 warp 越過該 warp 去執(zhí)行，這樣在該 w理器并沒有空閑，等于隱藏了線程執(zhí)行的延時(shí)時(shí)間，零。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：TP332

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本文編號(hào)：2513583