GPU-k a gravitációs hullám kutatásban Debreczeni Gergely MTA KFKI RMKI
(
[email protected])
e-Science Cafè 2011. november 14. Óbudai Egyetem
Neumann János Informatikai Kar
Á.R.: Megfigyelhető jelenségek ●
Gravitációs hullámok: Az általános relativitáselmélet által
megjósolt jelenség. Hatalmas tömegek mozgásakor fellépő teridő torzulások tovaterjedései. ●
Mindmáig csak közvetett (de nagyon meggyőző) bizonyítékunk
van.
●
Ált. Rel. megfigyelt
jóslatai: ●
Perihélium elfordulás
●
Gravitációs lencsézés
●
Az idő 'múlásának' változása
e-Science cafe, 2011 november 14.
Debreczeni Gergely - GPU-k a gravitációs hullám kutatásban
2
A Hulse- Taylor pulzár
●
●
A grav. hull. kutatók Szent Grálja
1974 -ben fedezték fel (Russel Hulse, Joseph Taylor)
●
●
●
●
●
Valószíűleg 2 neutron csillag
3,1 mm közeledés keringésenként 59 ms-os pulzálás
7,75 orás keringési idő
1993 megoszott Nobel-díj
e-Science cafe, 2011 november 14.
Debreczeni Gergely - GPU-k a gravitációs hullám kutatásban
3
Lehetséges GH források
Csillagkettősök összeolvadása
Sztochasztikus hullámok Pulzárok, neutron csillagok Szupernovák
e-Science cafe, 2011 november 14.
Debreczeni Gergely - GPU-k a gravitációs hullám kutatásban
4
Miért érdekesek ? ●
Az asztrofizikai objektumok teljesen új arcát láthatjuk meg
●
Eddig láthatatlan dolgokat figyelhetünk meg
●
Az emberiség új "érzékszerve" lenne
●
Különböző elméletek tesztelése
Wilheim Conrad Roentgen 1845 - 1923
e-Science cafe, 2011 november 14.
Debreczeni Gergely - GPU-k a gravitációs hullám kutatásban
5
Interferométerek ●
A világ legpontosabb relatív mérése, 10-18 m pontosság!
●
Rengeteg környezeti zaj
kiküszöbölését kell megoldani ●
Több izolált detektor kell, hogy koincidenciát tudjunk mérni
●
A beeső gravitációs hullám megváltoztatja a karhosszúságot.
●
Az interferencipontban ezáltal megváltozik a fényintenzitás.
●
A mérés kimenete a két kar hosszúságának különbsége.
e-Science cafe, 2011 november 14.
Debreczeni Gergely - GPU-k a gravitációs hullám kutatásban
6
Bespirálozó kettőcsillagok Hullámformák
●
A lehetséges hullámformákat ki lehet számolni és összehasonlítani a mérési adatokkal
●
A "matched-filtering" módszert használjuk erre
●
Nagyon érzékeny, de nagyon instabil módszer
e-Science cafe, 2011 november 14.
Debreczeni Gergely - GPU-k a gravitációs hullám kutatásban
7
A GPU-k felhasználása
●
A Wiener-filter egy optimális lineáris szűrő módszer ismert jelalakok
stacionárius zajban való kereséséhez. ●
Fourier transzformáció
●
Vektorok skaláris szorzása
●
Vektorok összeadása, komplex konjugálása
●
Integrálás (összegzés)
A fenti algoritmusok művelet szinten is
nagyon jól párhuzamosíthatók, ezen felül még paramétertér és adatszegmensek szintjén és feldarabolható a feladat.
A GPU maximális kihasználtsága a cél !
e-Science cafe, 2011 november 14.
Debreczeni Gergely - GPU-k a gravitációs hullám kutatásban
8
A GPU-k felhasználása
●
Ha a probléma visszavezethető az adatfolyam feldolgozás (stream
processing) paradigmájára akkor sikeresen gyorsítható GPU-n
Rengeteg probléma visszavezethető az
●
Nincs CPU - GPU adat transzfer, a CPU csak vezérel, minden számolás a GPU-n
alapvető kernel műveleti osztályok
történik
valamelyikére:
●
A műveletek aritmetikai sűrűsége
●
Leképezés (map)
●
Összevonás (reduce)
●
Szórás és gyűjtés (scatter and gather)
●
Prefix összeg képzés (prefix sum)
●
Pinned memoria használata
Szűrés (filter)
●
Globális és osztott memória használatának
●
●
Rendezés (sort)
●
Keresés (search) e-Science cafe, 2011 november 14.
viszonylag kics, ezért egy kernel több adatdarabon is végrehajtja ugyanazt az operációt. Loop unrolling lehetségessé válik.
optimalizálása
Debreczeni Gergely - GPU-k a gravitációs hullám kutatásban
9
Pl.: Variancia számítás
A variancia számítás például így végezhetö el GPU -n:
●
Szorzatfüggvény: leképezés (map) művelet
●
Templatekre kötegelt módon
●
Minden adatelemre külön szál ?
●
Összegzés speciális redukálási művelet, az eredmény 1 elemű
●
Az asszociatív műveletek hatékony párhuzamosításának elmélete már régóta létezik
e-Science cafe, 2011 november 14.
Debreczeni Gergely - GPU-k a gravitációs hullám kutatásban
10
Eredmények
Miért jó ez a kísérletnek ?
Elért sebességnövekedés: CPU Quad Core AMD 3 GHz
●
Gyorsabb, olcsóbb
GPU: Tesla c2ö50
●
●
Az új detektorok érzékenyebbek lesznek,
●
Mintavételezési frekvencia: 4096 Hz
●
Adatcsonk mérete 2048 sec: 2
●
sokkal hoszabb jeleket képesek detektálni
●
Szegmensek mérete 128 sec
●
500 template ●
●
23
amelyek feldolgozásához
nagyságrendekkel többet kell számolni.
minta ●
További releváns több paraméterrel
rendelkező releváns asztrofizikai modell tesztelése, vizsgálata is lehetővé válik.
Régi CPU kód: 44 perc GPU kód: 17 másodperc !
●
Az optikai és részecskefizikai teleszkópok riasztásai után minimális
időkésedelemmel fel tudjuk dolgozni az adatokat.
Több mint 2 nagyságrend az elért gyorsulás ! e-Science cafe, 2011 november 14.
Debreczeni Gergely - GPU-k a gravitációs hullám kutatásban
11
Összehasonlítás ●
5 GPU val kb 500 CPU számítási
●
teljesítményét helyettesíthetjük: ●
●
3 Mft
problémafüggő. Más
●
2.5 KW
jellegű számítási vagy adatfeldolgozási
feladatok más optimális megoldásokat igényelnek.
500 CPU-s klaszter (125 4 magos gép)
●
összehasonlítás erősen
5 GPU + befogadó gépek ●
●
10-15 Mft
●
20-25 kW
●
107 Mft
●
37 kW
e-Science cafe, 2011 november 14.
A GPU kártyák (még) nem teljesen általános processzorok.
HPC (pl: SGI Altrix ICE) ●
Természetesen ez az
Célprogramozás, régi kódok futtatás nem olyan egyszerű
Debreczeni Gergely - GPU-k a gravitációs hullám kutatásban
12
Az RMKI Virgo csoport http://virgo.rmki.kfki.hu
e-Science cafe, 2011 november 14.
Debreczeni Gergely - GPU-k a gravitációs hullám kutatásban
13
