应用流化特征与方法研究

论文摘要

流处理器作为一种新兴的高性能微处理器,正在媒体应用、信号处理、科学计算等多个领域获得迅速发展。而应用方面,随着人们对图像质量、模拟精度、处理速度的要求越来越高,对处理器的执行速度也提出了新的更高的要求。是否能够将流处理技术高效的应用于这些领域,能够应用的情况下如何实现,是一个值得研究的课题。本文首先对主要的研究背景做了深入讨论,并分析了流处理器的能够高效运行的本质因素,基于当前流处理器和流应用发展的背景,结合作者应用流化实践的经验,提出了对流应用进行流化特征分析的方法以及相应的指标。该方法通过对串行程序实现的应用进行分析,得出一系列指标,用于反映该应用在流化过程中性能提高的大小。本文对一组具有典型性的测试程序进行分析,然后将其实现到SP16流处理器上,通过对特征指标与流化性能的分析对比,验证了本文设计的流化特征分析方法的有效性,即这些指标能够正确反映应用流化后性能提高的幅度大小。接着将流化特征分析方法使用到真实程序设计中,分别对H264、YGX2这两个媒体处理和科学计算领域的典型应用进行了分析。结果显示,H264的kernel内和kernel间指标均非常好,适合流化并能取得很大的性能提高,而YGX2则存在较多的问题,其中kernel间问题尤其突出,在进行流化时必然会遇到很大的困难,性能发挥不好。通过对NPB的分析,进一步讨论科学计算中影响流化性能的重要因素。最后对一些典型结构的流化方法以及优化方法做了总结,这些方法不针对确定的应用和流处理平台,对于其它应用在类似结构的处理器上实现同样有效,具有重要的参考价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.1.1 流体系结构
• 1.1.2 抽象流模型
• 1.1.3 传统负载特征分析
• 1.2 相关研究
• 1.2.1 流处理器应用
• 1.2.2 应用部分特征分析
• 1.3 本文主要工作与创新
• 1.4 论文结构
• 第二章 流化特征分析方法
• 2.1 流化定义
• 2.2 流化特征
• 2.2.1 串行程序结构
• 2.2.2 流化特征指标
• 2.3 验证方法
• 第三章 特征指标有效性验证
• 3.1 流处理平台
• 3.2 测试程序集
• 3.2.1 媒体处理
• 3.2.2 科学计算
• 3.2.3 信号处理
• 3.3 特征分析指标验证
• 3.3.1 Kernel 内性能分析与指标验证
• 3.3.2 Kernel 间指标验证
• 3.4 低性能 kernel 的实际影响
• 第四章 应用分析
• 4.1 H.264
• 4.1.1 H.264 简介
• 4.1.2 程序分析与结构调整
• 4.1.3 特征分析与结论
• 4.2 YGX2
• 4.2.1 YGX2 简介
• 4.2.2 程序分析与结构调整
• 4.2.3 特征分析与结论
• 4.3 科学计算的进一步讨论
• 第五章 基于流化特征的流化方法
• 5.1 流化基本步骤
• 5.2 结构性优化
• 5.2.1 重负载循环
• 5.2.2 计算窗口重叠
• 5.2.3 循环内分支
• 5.2.4 循环间数据相关
• 第六章 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果