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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:范芸鳴
研究生(外文):Fan, Yun-Ming
論文名稱:圖形處理器之科學計算與應用
論文名稱(外文):Scientific Computing of Graphics Processing Unit and Its Applications
指導教授:羅主斌
指導教授(外文):Lo, Chu-Pin
口試委員:李天佑田慧君羅主斌
口試委員(外文):Daniel LeeTien, Hui-ChunLo, Chu-Pin
口試日期:2013-07-10
學位類別:碩士
校院名稱:靜宜大學
系所名稱:財務與計算數學系
學門:數學及統計學門
學類:其他數學及統計學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2014
畢業學年度:102
語文別:中文
論文頁數:69
中文關鍵詞:圖形處理器
外文關鍵詞:GPU
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隨著個人電腦的快速發展,以及圖形化作業系統的普及,人們對於“速度”與“效率”的追求是精益求精;近年來因為數值模式模擬的盛行,『平行運算』的架構也越來越重要!什麼是數值模擬呢?主要就是藉由一些物理理論去開發出來的一些『計算公式』,而這些計算公式藉由程式語言(例如C、Fortran等等)實際的將其編譯成為可執行的程式,日常生活中最常見的運用,例如中央氣象局預報天氣就是利用數值計算去演算出來的。另外,還有空氣品質模式模擬,也是經過運算出來的。除此之外,例如天文、物理、化學、水文等等很多方面的工作,都是利用這種數值模擬運算來進行研究的。
不過,這些程式都是很大型的!也就是說,他們運算的時間很長,如果使用單顆 CPU的話,不論這顆CPU的頻率與效能有多高,還是得要運算好幾個鐘頭;如此一來,對於像氣象預報這種急需時效性的工作可能就緩不濟及!但是,若將複雜的運算工作加以切割,同時丟給多顆CPU進行運算工作,必然會大大減少運算所需的時間,這就是平行運算的簡單原理。
本文在簡單介紹幾個常用的平行計算方法後,將針對CUDA平行計算程式的撰寫與應用加以詳述,並提供其在數學上基本應用的簡單範例,藉此闡明在任何需要強大計算資源的應用皆可受惠。
With the popularity of the rapid development of personal computers , as well as graphical operating systems , people pursue the " speed" and "efficiency". Recently, because of the prevalence of computer simulations/modeling , " parallel computing " has become more and more important !
A computer simulation/modeling is based on theoretical principle or formula implemented by computer programming language such as C, Fortran… Computer simulation/modeling has interesting and important applications on many areas such as natural systems in physics, astrophysics, chemistry and biology and human systems in economics, psychology, social science, and engineering.
However , these programs are usually very complicated. In other words, the running time of execution takes a lot of time. If using single or few CPUs to execute, no matter how efficient these CPU are, it still takes hours even few days to get the results. Such hardware structure cannot match many realistic requirements such as the weather forecast. However , if the complex computing processes can be executed by many CPUs or GPUs (Graphics Processing Unit) at the same time, the computing time will be significantly reduced, which is the basic idea of parallel computing .
This thesis is going to introduce several commonly used parallel computing methods, in particular using GPUs and demonstrates how the GPUs programming language CUDA (Compute Unified Device Architecture) works.   I will provide some simple examples of CUDA applications in basic mathematics; thereby clarify its benefit in any programs which need huge computing resources.
口試審定書  III
感謝詞  IV
摘要  V
Abstract  VI
圖目錄  VII
表目錄  IX
第一章、平行計算的介紹  1
1-1在CPU上使用的平行計算方法  2
1-2 在GPU上使用的平行計算方法  6
第二章、Nvidia公司出產的圖形卡介紹 9
2-1 Tesla系列產品介紹   10
2-2 記憶體架構   19
第三章、CUDA的介紹  21
3-1 CUDA的基礎   22
3-2 CUDA各版本之比較  29
第四章、CUDA的應用  30
4-1 矩陣乘法   31
4-2 矩陣轉置   38
參考資料   47
附錄   48
『Programming Massively Parallel Processors』by David B. Kirk, Wen-mei W. Hwu
『CUDA輕鬆上手-新世代GPU用技術』by 林俊淵、周嘉奕等七人
『GPU高效能運算之CUDA』by 張舒、褚艷利等四人
http://docs.nvidia.com/cuda/pdf/CUDA_C_Programming_Guide.pdf
http://3dgep.com/?p=4151#Exercises
http://www.nvidia.com.tw/content/apac/pdf/tesla/nvidia-kepler-gk110-architecture-whitepaper-tw.pdf
http://www2.kimicat.com/cuda%E7%B0%A1%E4%BB%8B
http://www2.kimicat.com/gpu%E7%9A%84%E7%A1%AC%E9%AB%94%E6%9E%B6%E6%A7%8B
http://www.pcpop.com/doc/0/317/317769_all.shtml
http://bear-cover.myvnc.com/phpwind/read_printable.php?fid=20&tid=33597&fpage
http://docs.nvidia.com/cuda/index.html
http://kheresy.wordpress.com/2008/01/11/cuda-thread-block%EF%BC%9Atranspose/
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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