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Curso de programación paralela en procesadores gráficos
PROFESORES
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Marcos García Lorenzo1
David Miraut Andrés
Ricardo Suarez Mesa
PLANIFICACIÓN
El curso tendrá lugar la semana del 3 al 7 de octubre y se impartirá en el Aula 103 de
Laboratorios II en el Campus de la Universidad Rey Juan Carlos en Móstoles (c/Tulipán s/n).
Horas
9:00 a 10:00
10:00 a 11:00
12:00 a 13:00
13:00 a 14:00
14:00 a 15:00
Lunes
Martes
Miércoles
Jueves
Bloque 3
Bloque 1
Bloque 2
Bloque 2
Bloque 4
Bloque 4
Bloque 4
TEMARIO
BLOQUE 1
1. Introducción a arquitecturas masivamente paralelas
a. Tipos de procesadores gráficos (GPUs)
b. Componentes de la tarjeta gráfica
c. Motivación del uso de estas arquitecturas
2. Paralelismo en sistemas monoprocesador
a. Segmentación
b. Unidades SIMD
c. Latencia del sistema de memoria (muro de memoria)
d. Necesidad de la jerarquía de memoria
e. Estrategias básicas para aumentar la localidad en los algoritmos
3. Paralelismo en sistemas multiprocesador
a. Modelos de programación
b. Memoria compartida
c. Paso de mensajes
d. Memoria distribuida
e. Sistemas SIMD
f. Sistemas heterogéneos
4. Procesadores gráficos
a. Historia y evolución
b. Retos en el diseño de soluciones gráficas
c. Cauce gráfico clásico
d. Arquitecturas streaming
e. Shaders
5. Tecnología de memoria de vídeo
a. Evolución
1
Responsable del curso (marcos.garcia@urjc.es)
Viernes
Bloque 5
b. Estrategias de mejora de ancho de banda
c. Coste energético
6. GPGPU Clásica
a. Uso del cauce clásico para computación genérica
b. Limitaciones en precisión aritmética
c. Shader models
d. Ejemplo de arquitectura streaming
e. Jerarquía de memoria en modo gráfico
7. Comunicación CPU-GPU
a. PCI-Express
b. Sistemas multitarjeta
BLOQUE 2
1. Origen e introducción a la Arquitectura Unificada
a. Causas que provocan el cambio en arquitectura
b. Mercado
c. Selección del hardware en función de los requerimientos de la aplicación
d. CUDA como arquitectura
e. CUDA como modelo de programación
f. Chip G80 a fondo
2. Programación en CUDA (I)
a. Modelo SPMD
b. Organización de la carga computacional
c. Jerarquía de memoria
d. Modelo de ejecución
e. API de CUDA
f. Compilación, enlazado y depuración
3. Arquitectura Unificada
a. Gestión y ejecución de hebras
b. Influencia del buffer de instrucciones y algoritmos de marcación
c. Jerarquia de memoria en detalle
d. Register File
e. Constantes
f. Texturas
g. Memoria compartida
h. Resolución de conflictos entre bancos
i. Coalescencia en el acceso a la memoria
j. Equilibrado entre procesamiento y comunicación
k. Compromiso entre número de hilos, cantidad de registros y uso de memoria
compartida
l. Ocupación de la GPU
m. Cuestiones sobre la precisión de las operaciones
n. Acumulación de errores en coma flotante
o. Unidades de coma flotante en modelos de alta gama
4. Programación en CUDA (II)
a. Máquina virtual PTX
b. Dependencia entre instrucciones
c. Control de flujo en la GPU
d. Divergencia y predicación
e. Memoria pinned
f. Multitarjeta
g. Estrategias de depuración
h. Interoperatibilidad con APIs gráficas
5. Librerías de medio nivel
a. CUBLAS
b. CUFFT
c. CUSparse
d. CURAND
e. CULATools...
BLOQUE 3
1. Estado del proyecto
a. Para cada problema abordado
b. Problemas abordados
c. Soluciones propuestas
d. Resultados
BLOQUE 4
1. Prácticas
a. Instalación del entorno
b. Ejemplos básicos
c. Herramientas y depuración
i. Occupancy calculator
ii. CUDAgdb
d. Ejemplos avanzados
BLOQUE 52
1. Introducción a OpenCL
a. Ventajas y desventajas de OpenCL
b. Cómo portar kernels de CUDA a OpenCL
2. Perspectiva sobre futuras arquitecturas masivamente paralelas
a. Arquitecturas CPU+GPU
b. Arquitecturas manycore (Knight's Corner)
c. Proyecto Echelon
BIBLIOGRAFÍA
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Origen e Introduccion a la Arquitectura Unificada, David Miraut, Susana Mata y Ángela
Mendoza. Editorial Dykinson
Programming Massivelly Parallel Processors, David Kirk y Wen-Mei Hwu. Ed. Morgan
Kaufmann
CUDA by Example: An Introduction to General-Purpose GPU Programming, Jason
Sanders y Edward Kandrot. Ed. Addison-Wesley Professional.
Procesadores Gráficos. Manuel Ujaldón. Ciencia 3
GPU Gems 1. Radima Fernando. Addison Wesley (disponible versión online gratuita)
GPU Gems 2. Matt Pharr. Addison Wesley (disponible versión online gratuita)
GPU Gems 3. Hubert Nguyen. Addison Wesley (disponible versión online gratuita)
The Cg Tutorial: The Definitive Guide to Programmable Real-Time Graphics. R.
Fernando and M. Kilgard. Addison-Wesley, 2003
Siempre y cuando haya tiempo disponible
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Stream Processor Architecture Scott Rixner Springer
OpenGL Shading Language (2nd Edition) Randi J. RostAddison-Wesley
Advanced Lighting and materials with Shaders Kelly Dempski y Emmanuel Viale
Wordware Publising, Inc.
Manuales de nVIDIA
Real Time Rendering. Tomas Akenine-Möller. 2nd Edition. A.K. Peters
3D computer graphics: a mathematical introduction with OpenGL Buss, S.R. Cambridge
U. Press
Interactive computer graphics: A top-down approach with OpenGL. Angel, E. Addison
Wesley