Adaptation du calcul de la Transformée de Fourier Rapide sur une architecture mixte CPU/GPU intégrée

par Mohamed Amine Bergach

Thèse de doctorat en Informatique

Sous la direction de Robert de Simone.

Soutenue le 02-10-2015

à Nice , dans le cadre de École doctorale Sciences et technologies de l'information et de la communication (Sophia Antipolis, Alpes-Maritimes) , in a partnership with Institut national de recherche en informatique et en automatique (France). Unité de recherche (Sophia Antipolis, Alpes-Maritimes) (laboratoire) and Models and methods of analysis and optimization for systems with real-time and embedding constraints (laboratoire) .

  • Alternative Title

    Adaptation of the Fast Fourier Transform processing on hybride integrated CPU/GPU architecture


  • Abstract

    Multicore architectures Intel Core (IvyBridge, Haswell…) contain both general purpose CPU cores (4) and dedicated GPU cores embedded on the same chip (16 and 40 respectively). As part of the activity of Kontron (the company partially funding this CIFRE scholarship), an important objective is to efficiently compute arrays and sequences of fast Fourier transforms (FFT) such as one finds in radar applications, on this architecture. While native (but proprietary) libraries exist for Intel CPU, nothing is currently available for the GPU part.The aim of the thesis was to define the efficient placement of FFT modules, and to study theoretically the optimal form for grouping computing stages of such FFT according to data locality on a single computing core. This choice should allow processing efficiency, by adjusting the memory size available to the required application data size. Then the multiplicity of cores is exploitable to compute several FFT in parallel, without interference (except for possible bus contention between the CPU and the GPU). We have achieved significant results, both in the implementation of an FFT (1024 points) on a SIMD CPU core, expressed in C, and in the implementation of a FFT of the same size on a GPU SIMT core, then expressed in OpenCL. In addition, our results allow to define rules to automatically synthesize such solutions, based solely on the size of the FFT (more specifically its number of stages), and the size of the local memory for a given computing core. The performances obtained are better than the native Intel library for CPU, and demonstrate a significant gain in consumption on GPU. All these points are detailed in the thesis document.


  • Abstract

    Les architectures multi-cœurs Intel Core (IvyBridge, Haswell,...) contiennent à la fois des cœurs CPU généralistes (4), mais aussi des cœurs dédiés GPU embarqués sur cette même puce (16 et 40 respectivement). Dans le cadre de l'activité de la société Kontron (qui participe à ce financement de nature CIFRE) un objectif important est de calculer efficacement sur cette architecture des tableaux et séquences de transformées de Fourier rapides (FFT), comme par exemple on en trouve dans des applications radar. Alors que des bibliothèques natives (mais propriétaires) existent chez Intel pour les CPU, rien de tel n'est actuellement disponible pour la partie GPU. L'objectif de la thèse était donc de définir le placement efficace de modules FFT, en étudiant au niveau théorique la forme optimale permettant de regrouper des étages de calcul d'une telle FFT en fonction de la localité des données sur un cœur de calcul unique. Ce choix a priori permet d'espérer une efficacité des traitements, en ajustant la taille de la mémoire disponible à celles des données nécessaires. Ensuite la multiplicité des cœurs reste exploitable pour disposer plusieurs FFT calculées en parallèle, sans interférence (sauf contention du bus entre CPU et GPU). Nous avons obtenu des résultats significatifs, tant au niveau de l'implantation d'une FFT (1024 points) sur un cœur CPU SIMD, exprimée en langage C, que pour l'implantation d'une FFT de même taille sur un cœur GPU SIMT, exprimée alors en OpenCL. De plus nos résultats permettent de définir des règles pour synthétiser automatiquement de telles solutions, en fonction uniquement de la taille de la FFT son nombre d'étages plus précisément), et de la taille de la mémoire locale pour un coeur de calcul donné. Les performances obtenues sont supérieures à celles de la bibliothèque native Intel pour CPU), et démontrent un gain important de consommation sur GPU. Tous ces points sont détaillés dans le document de thèse. Ces résultats devraient donner lieu à exploitation au sein de la société Kontron.


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