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PaVo un tri parallèle adaptatif

By Marie Durand

Abstract

Gamers are used to throw onto the latest graphics cards to play immersive games which precision, realism and interactivity keep increasing over time. With general-propose processing on graphics processing units, scientists now participate in graphics card use too. First, we examine these architectures interest for large-scale physics simulations. Drawing on this experience, we highlight in particular a bottleneck in simulations performance. Let us consider a typical situation: cracks in complex reinforced concrete structures such as dams are modelised by many particles. Interactions between particles simulate the matter cohesion. In computer memory, each particle is represented by a set of physical parameters used for every force calculations between two particles. Then, to speed up computations, data from particles close in space should be close in memory. Otherwise, the number of cache misses raises up and memory bandwidth may be reached, specially in parallel environments, limiting global performance. The challenge is to maintain data organization during the simulations despite particle movements. Classical sorting algorithms do not suit such situations because they consistently sort all the elements. Besides, they work upon dense structures leading to a lot of memory transfers. We propose PaVo, an adaptive sort which means it benefits from sequence presortedness. Moreover, to reduce the number of necessary memory transfers, PaVo spreads some gaps inside the data structure. We present a large experimental study and confront results to reputed sort algorithms. Reducing memory requests is again more important for large scale simulations with parallel architectures. We detail a parallel version of PaVo and evaluate its interest. To deal with application irregularities, we do load balancing with work-stealing. We take advantage of hierarchical architectures by automatically distributing data in memory. Thus, tasks are pre-assigned to cores with respect to this organization and we adapt the scheduler to favor steals of tasks working on data close in memory.Les joueurs exigeants acquièrent dès que possible une carte graphique capable de satisfaire leur soif d'immersion dans des jeux dont la précision, le réalisme et l'interactivité redoublent d'intensité au fil du temps. Depuis l'avènement des cartes graphiques dédiées au calcul généraliste, ils n'en sont plus les seuls clients. Dans un premier temps, nous analysons l'apport de ces architectures parallèles spécifiques pour des simulations physiques à grande échelle. Cette étude nous permet de mettre en avant un goulot d'étranglement en particulier limitant la performance des simulations. Partons d'un cas typique : les fissures d'une structure complexe de type barrage en béton armé peuvent être modélisées par un ensemble de particules. La cohésion de la matière ainsi simulée est assurée par les interactions entre elles. Chaque particule est représentée en mémoire par un ensemble de paramètres physiques à consulter systématiquement pour tout calcul de forces entre deux particules. Ainsi, pour que les calculs soient rapides, les données de particules proches dans l'espace doivent être proches en mémoire. Dans le cas contraire, le nombre de défauts de cache augmente et la limite de bande passante de la mémoire peut être atteinte, particulièrement en parallèle, bornant les performances. L'enjeu est de maintenir l'organisation des données en mémoire tout au long de la simulation malgré les mouvements des particules. Les algorithmes de tri standard ne sont pas adaptés car ils trient systématiquement tous les éléments. De plus, ils travaillent sur des structures denses ce qui implique de nombreux déplacements de données en mémoire. Nous proposons PaVo, un algorithme de tri dit adaptatif, c'est-à-dire qu'il sait tirer parti de l'ordre pré-existant dans une séquence. De plus, PaVo maintient des trous dans la structure, répartis de manière à réduire le nombre de déplacements mémoires nécessaires. Nous présentons une généreuse étude expérimentale et comparons les résultats obtenus à plusieurs tris renommés. La diminution des accès à la mémoire a encore plus d'importance pour des simulations à grande échelles sur des architectures parallèles. Nous détaillons une version parallèle de PaVo et évaluons son intérêt. Pour tenir compte de l'irrégularité des applications, la charge de travail est équilibrée dynamiquement par vol de travail. Nous proposons de distribuer automatiquement les données en mémoire de manière à profiter des architectures hiérarchiques. Les tâches sont pré-assignées aux cœurs pour utiliser cette distribution et nous adaptons le moteur de vol pour favoriser des vols de tâches concernant des données proches en mémoire

Topics: Data Structure with Gaps, Adaptive Sorting Algorithms, NUMA Architectures, High Performance Computing, Physics Simulation, Simulation physique, Calcul parallèle, Architectures NUMA, Algorithme de tri adaptatif, Structure de données à trous, [MATH.MATH-GM] Mathematics [math]/General Mathematics [math.GM]
Publisher: HAL CCSD
Year: 2013
OAI identifier: oai:HAL:tel-01137944v1
Provided by: Thèses en Ligne

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