Programação em Paralelo. N. Cardoso & P. Bicudo. Física Computacional - MEFT 2010/2011

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1 Programação em Paralelo CUDA N. Cardoso & P. Bicudo Física Computacional - MEFT 2010/2011 N. Cardoso & P. Bicudo Programação em Paralelo: CUDA 1 / 11

2 CUDA Parte 2 N. Cardoso & P. Bicudo Programação em Paralelo: CUDA 2 / 11

3 Resumo Restrições na dimensão dos blocos e da grid Grid: 64k x 64k Block: 512x512x64 Máximo de threads por bloco: 512 Blocos num SM até 8 blocos por SM máximo de threads por SM: 1024 Todos os threads usam registos até 16K registos Todos os blocos usam shared memory até 16KB de shared memory Ocupação dos SM os blocos devem ter tamanhos múltiplos de 32 usar o menor número de registos por thread N. Cardoso & P. Bicudo Programação em Paralelo: CUDA 3 / 11

4 Modelo de Memória Registers por thread Read-Write Shared memory por bloco Read-Write Global memory por grid Read-Write Constant memory por grid Read-only Texture memory por grid Read-only Não precisam de usar tudo para começar. Comecem por usar apenas a Global memory, depois optimizem N. Cardoso & P. Bicudo Programação em Paralelo: CUDA 4 / 11

5 Funções CUDA device float DeviceFunc() global void KernelFunc() host float HostFunc() Executado no: device device host Apenas chamado no: device host host global define uma função kernel tem de devolver void device e host podem ser usados em conjunto uma função kernel deve ser chamada da seguinte forma: global void KernelFunc (... ) ; 31 dim3 DimGrid ( 100, 5 0 ) ; / / 5000 thread blocks dim3 DimBlock ( 4, 8, 8 ) ; / / 256 threads per block s i z e _ t SharedMemBytes = 64; / / 64 bytes o f shared memory KernelFunc <<< DimGrid, DimBlock, SharedMemBytes > > > (... ) ; N. Cardoso & P. Bicudo Programação em Paralelo: CUDA 5 / 11

6 Exemplo: Soma de dois vectores / / Includes #include <stdio. h> #include < cutil_ inline. h> / / Functions void RandomInit ( float, int ) ; void VectorAdd ( ) ; / / Device code global void VecAdd ( const f l o a t A, const f l o a t B, f l o a t C, i n t N ) ; / / Host code i n t main ( i n t argc, char argv ) { p r i n t f ( " Vector a d d i t i o n \ n " ) ; VectorAdd ( ) ; e x i t ( 0 ) ; } / / Allocates an array with random f l o a t entries. void RandomInit ( f l o a t data, i n t n ) { for ( i n t i = 0; i < n ; ++ i ) data [ i ] = rand ( ) / ( f l o a t )RAND_MAX; } N. Cardoso & P. Bicudo Programação em Paralelo: CUDA 6 / 11

7 Exemplo: Soma de dois vectores (Cont. 1) void VectorAdd ( ) { i n t N = 50000; s i z e _ t s ize = N sizeof ( float ) ; / / Variables f l o a t h_a, h_b, h_c ; f l o a t d_a, d_b, d_c ; / / Allocate input vectors h_a, h_b and h_c in host memory h_a = ( f l o a t ) malloc ( size ) ; h_b = ( f l o a t ) malloc ( s ize ) ; h_c = ( f l o a t ) malloc ( s ize ) ; / / I n i t i a l i z e i n p u t vectors RandomInit (h_a, N ) ; RandomInit (h_b, N ) ; / / A l l o c a t e vectors i n device memory cutilsafecall ( cudamalloc ( ( void )&d_a, size ) ) ; cutilsafecall ( cudamalloc ( ( void )&d_b, size ) ) ; c u t i l S a f e C a l l ( cudamalloc ( ( void )&d_c, size ) ) ; / / Copy vectors from host memory to device memory cutilsafecall ( cudamemcpy(d_a, h_a, size, cudamemcpyhosttodevice ) ) ; cutilsafecall ( cudamemcpy(d_b, h_b, size, cudamemcpyhosttodevice ) ) ; (... ) N. Cardoso & P. Bicudo Programação em Paralelo: CUDA 7 / 11

8 Exemplo: Soma de dois vectores (Cont. 2) void VectorAdd ( ) { (... ) / / Invoke k e r n e l i n t threadsperblock = 256; i n t blockspergrid = (N + threadsperblock 1) / threadsperblock ; VecAdd<<<blocksPerGrid, threadsperblock >>>(d_a, d_b, d_c, N ) ; cutilcheckmsg ( " k e r n e l launch f a i l u r e " ) ; cutilsafecall ( cudathreadsynchronize ( ) ) ; / / Copy r e s u l t from device memory to host memory cutilsafecall ( cudamemcpy(h_c, d_c, size, cudamemcpydevicetohost ) ) ; / / V e r i f y r e s u l t i n t i ; for ( i = 0; i < N; ++ i ) { f l o a t sum = h_a [ i ] + h_b [ i ] ; i f ( fabs ( h_c [ i ] sum) > 1e 5) break ; } p r i n t f ( "%s \ n ", ( i == N)? "PASSED" : " FAILED " ) ; / / Free device memory cudafree ( d_a ) ; cudafree ( d_b ) ; cudafree ( d_c ) ; / / Free host memory f r e e ( h_a ) ; f r e e ( h_b ) ; f r e e (h_c ) ; } c u t i l S a f e C a l l ( cudathreadexit ( ) ) ; N. Cardoso & P. Bicudo Programação em Paralelo: CUDA 8 / 11

9 Exemplo: Soma de dois vectores (Cont. 3) / / Device code global void VecAdd ( const f l o a t A, const f l o a t B, f l o a t C, i n t N) { int i = blockdim. x blockidx. x + threadidx. x ; i f ( i < N) C[ i ] = A [ i ] + B [ i ] ; } N. Cardoso & P. Bicudo Programação em Paralelo: CUDA 9 / 11

10 Vector types Tipos de vectores integrados: float2,float3,float4,int2,int3,int4,uint2,uint3,uint4,... N. Cardoso & P. Bicudo Programação em Paralelo: CUDA 10 / 11

11 Equação do Calor a 2D u t = k(u xx + u yy) Discretização u t = un+1 i,j u n i,j t u xx = un i+1,j 2 u n i,j + u n i 1,j ( x) 2 u yy = un i,j+1 2 u n i,j + u n i,j 1 ( y) 2 condições iniciais e de fronteira (por exemplo) u(x, y, 0) = 0 excepto u(0, y, 0) = 10 Exemplo usando a global memory usando a texture memory usando a shared memory N. Cardoso & P. Bicudo Programação em Paralelo: CUDA 11 / 11

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