이기종 HPC 플랫폼을 위한 Regent 기반 병렬 메시프리 LSKUM 솔버 개발

Centrala begrepp

Regent 프로그래밍 언어를 사용하여 CPU와 GPU를 모두 지원하는 병렬 메시프리 LSKUM 솔버를 개발하고, 기존 CUDA-C와 Fortran+MPI 구현과의 성능을 비교 분석하였다.

Sammanfattning

이 논문은 Regent 프로그래밍 언어를 사용하여 이기종 HPC 플랫폼을 위한 병렬 메시프리 LSKUM 솔버를 개발하고 있다.

먼저 LSKUM 기반 메시프리 솔버의 기본 이론을 소개한다. 이어서 Regent 기반 LSKUM 솔버의 GPU 가속 및 CPU 병렬 구현 방법을 설명한다. Regent 솔버의 성능을 검증하기 위해 표준 무점성 유동 테스트 케이스에 적용한 결과를 제시한다.

GPU 상에서 Regent 솔버의 성능을 CUDA-C 구현과 비교 분석한다. 이를 위해 Rate of Data Processing (RDP) 지표를 사용하여 전체 성능과 개별 커널 성능을 비교한다. Regent 솔버의 낮은 성능 원인을 커널 수준의 메모리 사용, SM 활용도, 점유율 등의 지표를 통해 분석한다.

CPU 병렬 환경에서도 Regent 솔버의 성능을 Fortran+MPI 구현과 비교한다. 확장성 결과를 통해 두 구현의 성능 차이를 제시한다.

Statistik

메시프리 LSKUM 솔버의 GPU 가속 구현에서 CUDA-C 코드는 Regent 코드보다 최대 1.714배 더 빠른 성능을 보였다.
메시프리 LSKUM 솔버의 CPU 병렬 구현에서 Fortran+MPI 코드는 Regent 코드보다 최대 1.653배 더 빠른 성능을 보였다.

Citat

"Regent은 암시적 병렬 프로그래밍 언어로, CPU와 GPU를 모두 지원하는 단일 코드베이스 개발을 가능하게 한다."
"기존 CFD 코드들은 CPU 또는 GPU 병렬 방식으로 작성되어 있어, 현대 이기종 HPC 플랫폼을 효과적으로 활용하기 어렵다."

Viktiga insikter från

Regent based parallel meshfree LSKUM solver for heterogenous HPC platforms

by Sanath Salil... på arxiv.org 03-21-2024

https://arxiv.org/pdf/2403.13287.pdf

Djupare frågor

Regent 기반 메시프리 솔버의 성능 향상을 위해 어떤 추가 최적화 기법을 적용할 수 있을까?

Regent 기반 메시프리 솔버의 성능을 향상시키기 위해 다음과 같은 추가 최적화 기법을 적용할 수 있습니다:

메모리 액세스 패턴 최적화: 메모리 액세스 패턴을 최적화하여 데이터를 효율적으로 로드하고 저장할 수 있도록 설계합니다. 이는 메모리 대역폭을 효율적으로 활용하여 성능을 향상시킬 수 있습니다.

커널 분할 및 병렬화: 더 작은 커널로 분할하고 병렬화하여 GPU 자원을 최대한 활용합니다. 이를 통해 SM(Sreaming Multiprocessor)의 활용도를 높일 수 있습니다.

효율적인 데이터 통신 및 동기화: 데이터 통신 및 동기화 과정을 최적화하여 GPU의 병렬 처리 능력을 최대한 활용합니다. 이를 통해 병렬화된 작업 간의 효율적인 데이터 교환을 보장할 수 있습니다.

메모리 사용량 최적화: 불필요한 메모리 사용을 줄이고 메모리 관리를 최적화하여 GPU의 성능을 향상시킵니다.

커널 내 최적화: 각 커널 내에서 연산을 최적화하고 불필요한 연산을 제거하여 성능을 향상시킵니다.

Regent 언어의 암시적 병렬 처리 기능이 다른 CFD 응용 분야에서도 효과적으로 활용될 수 있을까?

Regent 언어의 암시적 병렬 처리 기능은 다른 CFD 응용 분야에서도 효과적으로 활용될 수 있습니다. 암시적 병렬 처리는 병렬 작업을 자동으로 처리하므로 개발자가 복잡한 병렬 코드를 작성할 필요가 없습니다. 이는 CFD 응용 분야에서 병렬화 작업을 단순화하고 개발 시간을 단축시킬 수 있습니다. 또한 Regent의 Legion 런타임은 다양한 시스템 구성에서 실행할 수 있으므로 다양한 HPC 플랫폼에서 효율적으로 작동할 수 있습니다.
Regent의 암시적 병렬 처리 기능은 병렬 작업을 추상화하고 자동으로 관리하기 때문에 CFD 응용 분야에서 병렬화 작업을 보다 효율적으로 처리할 수 있습니다. 또한 Regent의 Legion 런타임은 데이터 의존성을 자동으로 처리하여 병렬 작업 간의 데이터 통신과 동기화를 최적화할 수 있습니다.

Regent 기반 메시프리 솔버의 확장성 향상을 위해 어떤 방향으로 연구를 진행해야 할까?

Regent 기반 메시프리 솔버의 확장성을 향상시키기 위해 다음과 같은 연구 방향을 고려할 수 있습니다:

다중 노드 지원: Regent 솔버를 다중 노드 환경에서 실행할 수 있도록 확장하여 대규모 문제에 대한 병렬 처리 능력을 향상시킵니다.

동적 작업 스케줄링: 동적 작업 스케줄링 알고리즘을 개발하여 작업 로드 밸런싱을 개선하고 시스템 자원을 효율적으로 활용합니다.

자동 병렬화 최적화: 자동 병렬화 기술을 통해 코드를 자동으로 병렬화하고 최적화하여 성능을 향상시킵니다.

유연한 메모리 관리: 메모리 사용량을 최적화하고 메모리 관리를 유연하게 처리하여 대규모 데이터셋에 대한 확장성을 향상시킵니다.

실시간 시각화 및 모니터링: 실시간 시각화 및 성능 모니터링 도구를 통해 솔버의 작동 상태를 실시간으로 모니터링하고 성능을 최적화합니다.