Найти

Результаты поиска

• МЕТОД ОРГАНИЗАЦИИ ДИСКРЕТНО-СОБЫТИЙНЫХ ВЫЧИСЛЕНИЙ ДЛЯ ОБРАБОТКИ БОЛЬШИХ РАЗРЕЖЕННЫХ НЕСТРУКТУРИРОВАННЫХ МАТРИЦ НА РВС

  А.В. Подопригора

  189-197

  2021-10-05

  Аннотация ▼

  С усложнением моделей исследуемых объектов и процессов в разных областях науки и техники появляется большое количество задач, для которых необходимо применять вы-сокопроизводительные вычислительные системы. Так, для обработки матричных массивов используют кластерные многопроцессорные вычислительные системы с применением специальных методов, направленных на организации параллельных вычислений, и в большинстве случаев производительность вычислительной системы является достаточно высокой. Однако такая эффективность вычислений наблюдается не на всех видах матриц. Матричная структура может содержать большое количество незначимых элементов, большую размерность, и ее портрет может быть неструктурированным. Решение такого рода матриц на кластерных МВС не позволяет получить производительность, близкую к пиковой, поскольку методы обработки никак не учитывают такую сложную структуру обрабатываемой матрицы, в результате чего производительность системы многократно снижается. Разработка методов для кластерных МВС не позволяет в полной мере обеспечить высокую производительность на классе задач, посвященной обработке больших раз-реженных неструктурированных матриц. Жесткая архитектура связей процессоров не учитывает особенности таких матриц, что приведёт к неоднородности загрузки вычис-лительного процессора. Для обеспечения производительности, близкой к пиковой на зада-чах обработки больших разряженных неструктурированных матриц, необходимо приме-нять реконфигурируемые вычислительные системы, архитектура которых позволяет адаптироваться под структуру решаемой задачи. Это позволяет организовывать конвейерную обработку так, чтобы вычислительный ресурс РВС был использован только на информационно значимые операции. Помимо использования общепринятых методов структурной организации высокопроизводительных вычислений для РВС, необходимо разработать формат хранения и передачи больших разреженных неструктурированных матриц, определить принципы построения базовых матричных макроопераций и возможность организации составных дискретно-событийных матричных функций для решения прикладных задач. В результате проведенных исследований положено начало метода, позволяющего организовать вычисления, операндами которых являются большие разреженные не-структурированные матрицы. Применение этого метода для организации вычислений позволяет существенно повысить производительность и обеспечить повышение эффективности работы такой системы.

• МОДИФИКАЦИЯ РЕАЛИЗАЦИИ МЕТОДА ЯКОБИ ПРИ МОДЕЛИРОВАНИИ СУПЕРДИФФУЗИИ РАДОНА НА РЕКОНФИГУРИРУЕМЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМАХ

  М.Д. Чекина

  198-206

  2021-10-05

  Аннотация ▼

  При исследовании природных объектов часто возникает проблема моделирования сложных систем, обладающих структурой, не поддающейся описанию посредством инструментов евклидовой геометрии, поэтому для их представления используют фрактальную геометрию и соответствующей ей математический аппарат. Так модель переноса радона в неоднородной среде, использующая супердиффузию, отображает реальные данные точнее классической. Повышение концентрации радона в воздухе является одним из признаков приближающихся землетрясений, что обусловливает необходимость моделирования распространения этого радиоактивного инертного газа в реальном времени. Реконфигурируемые вычислительные системы обладают большим потенциалом для решения задач в реальном времени, но существующие на данных момент средства решения систем линейных алгебраических уравнений имеют низ-кую эффективность из-за нерегулярной структуры матриц, полученных при дискретизации модели супердиффузии радона с применением адаптивных сеток. Базовый подграф метода Якоби преобразуется следующим образом: входные данные векторизуются, структура кадра, в котором производится вычисление значения одного неизвестного, разделяется на несколько микрокадров, распараллеливая вычисления в первом микрокадре, где производится сумма произведений коэффициентов матрицы и значений неизвестных с предыдущей итерации. Полученные результаты буферизируются для последующей выдачи на второй микрокадр, где происходит окончательная обработка и выдача результата итерации. Описанные подход позволяет сократить простой оборудования при решении системы линейных алгебраических уравнений (СЛАУ) с разреженными нерегулярными матрицами, и дает выигрыш по скорости в 5–15 раз по сравнению с существующими методами решения СЛАУ на реконфигурируемых вычисли-тельных системах.

• МЕТОДЫ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СТРУКТУР С ОБРАТНЫМИ СВЯЗЯМИ ДЛЯ ЭФФЕКТИВНОЙ РЕАЛИЗАЦИИ НА РЕКОНФИГУРИРУЕМЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМАХ

  С.А. Дудко , И.И. Левин

  2021-12-24

  Аннотация ▼

  В настоящее время для решения задач на реконфигурируемых вычислительных системах
  используются различные системы автоматизированного проектирования. В большинстве слу-
  чаев они состоят из двух основных компонент: компилятора (транслятора), переводящего
  текст исходной программы в графовую информационно-вычислительную структуру, и синте-
  затора, размещающего ее в архитектуре программируемых логических интегральных схем.
  Существующие синтезаторы, как правило, обрабатывают информационно-вычислительную
  структуру без комплексной оптимизации. Поэтому полученное решение прикладной задачи
  может содержать неэффективные фрагменты, снижающие быстродействие прикладной
  программы. Наиболее распространёнными примерами неэффективных вычислительных
  структур являются фрагменты, реализующие рекурсивные выражения, так как они снижают
  быстродействие прикладной программы. В статье предложены методы преобразования ре-
  курсивных выражений (фрагментов с обратными связями), которые позволяют в автоматиче-
  ском режиме сократить интервал обработки данных при решении прикладных задач на рекон-
  фигурируемых вычислительных системах. В основе методов лежат информационно-
  эквивалентные преобразования информационно-вычислительной структуры исходной задачи.
  Для каждого преобразования определен набор правил, которым должны удовлетворять опера-
  ционные вершины вычислительной структуры. Применение правил позволяет выполнять экви-
  валентные преобразования не только над простыми структурами данных, такими как числа,
  но также и над более сложными структурами (матрицами, векторами, тензорами и т.п.).
  По результатам моделирования разработанные методы преобразования информационно-
  вычислительных структур с обратными связями позволяют сократить время решения при-
  кладных задач примерно в 2–5 раз, за счет сокращения интервала обработки данных. Предло-
  женные методы реализованы в прототипе оптимизирующего синтезатора информационно-
  вычислительных структур.

• ПОВЫШЕНИЕ РЕАЛЬНОЙ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ РВС ПРИ РЕШЕНИИ ЗАДАЧ ЦИФРОВОЙ ОБРАБОТКИ ИЗОБРАЖЕНИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ БЫСТРОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ФУРЬЕ

  А.В. Чкан

  2021-02-25

  Аннотация ▼

  Рассматриваются вопросы цифровой обработки изображений больших размерно-
  стей в реальном масштабе времени с помощью реконфигурируемых вычислительных сис-
  тем (РВС) на базе ПЛИС. РВС относятся к классу высокопроизводительных многопроцес-
  сорных вычислительных систем, но при этом обладают программируемой архитектурой,
  позволяющей конфигурировать структуру вычислительной системы, оптимально под-
  страивая её под алгоритмы решаемой задачи. В то же время оптимизация вычислитель-
  ной структуры задачи сводится к разработке и реализации параллельных алгоритмов,
  соответствующих специфике используемой архитектуры РВС. Всё это позволяет эффек-
  тивно использовать РВС для решения широкого класса задач цифровой обработки сигна-
  лов. Предложены способы повышения удельной и реальной производительности РВС при
  решении задач цифровой обработки изображений с использованием быстрого преобразо-
  вания Фурье (БПФ). На примере процедуры фильтрации изображений в частотной облас-
  ти рассмотрены основные вычислительные этапы и способы их оптимизации, основанные
  на свойствах алгоритма БПФ. Применение оптимизации позволяет существенно сокра-
  тить как объем вычислений, так и объем задействованных аппаратных ресурсов ПЛИС, и
  повысить производительность РВС для задач обработки изображений. Освобожденные в
  результате оптимизации вычислительной структуры ресурсы ПЛИС могут быть исполь-
  зованы для дополнительного распараллеливания вычислений и ускорения обработки посту-
  пающих данных. Показаны преимущества представления данных в формате с фиксирован-
  ной запятой при выполнении расчётов на РВС. Использование фиксированной запятой по-
  зволяет не только повысить удельную и реальную производительность вычислительной
  системы по сравнению с плавающей запятой в силу свойств формата, но и использовать
  произвольную разрядность данных, что является актуальным для большинства задач циф-
  ровой обработки сигналов. Рассмотрено решение проблемы переполнения разрядной сетки
  при использовании формата с фиксированной запятой с помощью масштабирования раз-
  рядности данных.

• ПРЕОБРАЗОВАНИЕ НЕКОТОРЫХ ВИДОВ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ ГРАФОВ В ПАРАЛЛЕЛЬНО-КОНВЕЙЕРНУЮ ФОРМУ

  Д. В. Михайлов

  2021-02-25

  Аннотация ▼

  Многие задачи цифровой обработки сигналов могут быть представлены в виде информа-
  ционных графов. Реконфигурируемые вычислительные системы, построенные на основе ПЛИС,
  могут иметь структуру, непосредственно соответствующую информационному графу ре-
  шаемой задачи. Построение графа задачи и последующее создание вычислительной структуры
  может занимать значительное время при выполнении их вручную. В связи с этим возникает
  необходимость создания алгоритмов преобразования информационных графов, которые могут
  выполняться автоматически. В статье предложены алгоритмы преобразования однородных
  графов, содержащих ассоциативные операции, и смешанных графов, содержащих два типа
  операций, один из которых является дистрибутивным по отношению к другому. Преобразова-
  ния графов первого типа (состоящих из операций одного типа) сводятся к переходу от после-
  довательной формы графа к пирамидальной для ускорения выполнения всех операций графа.
  В случае если имеющегося количества оборудования недостаточно для реализации всех опера-
  ций графа, применяется преобразование, разбивающее исходный граф на изоморфные подгра-
  фы. Размер подграфа зависит от имеющегося вычислительного ресурса. В этом случае вычис-
  лительная структура будет соответствовать такому подграфу. Преобразования графов вто-
  рого типа (состоящих из операций двух типов, одни из которых являются дистрибутивными
  по отношению к другим) сводятся к разделению графа на подграфы, содержащие операции
  одного типа, соединённые особым образом. После этого эти подграфы могут быть преобра-
  зованы в пирамидальную форму для ускорения выполнения всех операций графа. При этом
  количество вершин с дистрибутивными операциями может значительно возрасти, в связи с
  чем может потребоваться сокращение их числа. Отсюда следует, что при преобразовании
  графов второго типа не обходимо выбирать конкретную форму, к которой будет приведён
  граф, исходя из соотношения его размера и имеющегося вычислительного ресурса. Таким
  образом, предложенные алгоритмы преобразования информационных графов различных типов
  могут быть эффективно использованы при разработке вычислительных структур, основанных
  на ПЛИС.