Energy-efficient stencil computations on distributed GPUs using dynamic parallelism and GPU-controlled communication

GPUs are widely used in high performance computing, due to their high computational power and high performance per Watt. Still, one of the main bottlenecks of GPU-accelerated cluster computing is the data transfer between distributed GPUs. This not only affects performance, but also power consumption. The most common way to utilize a GPU cluster is a hybrid model, in which the GPU is used to accelerate the computation while the CPU is responsible for the communication. This approach always requires a dedicated CPU thread, which consumes additional CPU cycles and therefore increases the power consumption of the complete application. In recent work we have shown that the GPU is able to control the communication independently of the CPU. Still, there are several problems with GPU-controlled communication. The main problem is intra-GPU synchronization, since GPU blocks are non-preemptive. Therefore, the use of communication requests within a GPU can easily result in a deadlock. In this work we show how Dynamic Parallelism solves this problem. GPU-controlled communication in combination with Dynamic Parallelism allows keeping the control flow of multi-GPU applications on the GPU and bypassing the CPU completely. Although the performance of applications using GPU-controlled communication is still slightly worse than the performance of hybrid applications, we will show that performance per Watt increases by up to 10% while still using commodity hardware

Consumo energético de métodos iterativos para sistemas dispersos en procesadores gráficos

La resolución de sistemas de ecuaciones lineales dispersos de gran dimensión es una de las operaciones más comunes en aplicaciones científicas y de ingeniería. El aumento de sus tamaños propicia el desarrollo de técnicas de Green Computing, que permiten diseñar aplicaciones conscientes de la energía, en las que la eficiencia energética es el objetivo prioritario. En este Tesis Doctoral se ha diseñado una metodología basada en “técnicas de fusionado de kernels CUDA” que reduce el número de kernels, y con ello, costes de lanzamiento y transferencias de información. Su uso, junto con la sincronización de las GPUs en modo blocking, permite reducir el consumo energético en sistemas de cómputo heterogéneo, CPU-GPU. Estas técnicas tienen especial interés en GPUs que soporten paralelismo dinámico. La aplicación de esta metodología en la resolución de sistemas de ecuaciones lineales dispersos muestra mejoras destacables en eficiencia energética, obteniendo un compromiso entre rendimiento y consumo energético