Estudio de Rendimiento de Aplicaciones Paralelas para Arquitecturas de tipo GPU

Abstract

En esta memoria se eval ua el uso de tarjetas de v deo Nvidia con arquitectura CUDA para la resoluci on de problemas de alto desempe~no computacional. El modelo del Daisyworld se utiliz o como un problema de referencia para poner a prueba las capacidades de esta arquitectura. El documento comprende un estudio de los principales aspectos relacionados con la computaci on de alto desempe~no, con la evaluaci on de programas paralelos, as como de la arquitectura CUDA en particular, detallando la API y el modelo de programaci on relacionados. Asimismo, se describen las limitaciones a que se ve enfrentado el programador cuando trabaja con esta arquitectura. En los experimentos se trabaj o con tres implementaciones diferentes de la simulaci on del Daisyworld: una implementaci on secuencial, una aplicaci on paralela que usa pthreads, y una implementaci on paralela que opera sobre los cores de la tarjeta de v deo usando la API de CUDA. Los resultados obtenidos permiten concluir que el tiempo de comunicaci on entre la memoria del computador y la memoria de la tarjeta de v deo afectan en gran medida el rendimiento de los programas. Por lo tanto no todos los programas paralelos pueden sacar provecho de arquitecturas como CUDA. En particular, es necesario que la cantidad de trabajo que llevan a cabo los cores de la tarjeta de v deo sea relativamente alto, para compensar el costo de la transmisi on de los datos. Los resultados nos permiten concluir que las tarjetas con arquitectura CUDA son una alternativa altamente viable y relativamente f acil de trabajar cuando se trata de problemas de alto desempeño computacional, aunque todav a quedan algunas limitaciones que se deben resolver./ABSTRACT: This thesis evaluates the use of Nvidia video cards with the CUDA architecture for solving problems that require a high computational performance. The Daisyworld model was used as a benchmark problem to test the capacities of this architecture. The document includes a survey of the main aspects of high performance computing, particularly the evaluation of parallel programs and CUDA architecture, detailing the API and related programming model. It also describes the constraints faced by the developer when working with this architecture. In the experiments, we worked with three di erent implementations of the Daisyworld simulation: a sequential implementation, a parallel implementation that uses pthreads, and a parallel implementation that operates on the core video card using the CUDA API.The results show that the communication time between the computer's memory and the memory of the video card greatly a ect the performance of programs. So not all programs can take advantage of parallel architectures like CUDA. In particular, it is necessary that the amount of work carried out the by cores of the video card is relatively high, to o set the cost of data transmission. The results demonstrate that the cards with the CUDA architecture are highly viable alternatives and are relatively easy to work with when solving high performance computing problems, although there are still some limitations that must be resolved.