Využití jazyka OpenCL k akceleraci vědecko-technických výpočtů

Mgr. Richard Sirný

Bakalářská práce

Utilization of OpenCL language for acceleration of scientific calculations

Anotace:

Úlohy řešené ve výpočetní chemii mohou mít značnou výpočetní složitost. Jedním ze způsobů, jak zrychlit výpočet těchto úloh, je řešit některé jejich části paralelně. Cílem této práce je zhodnotit možnosti jazyka OpenCL pro paralelizaci vědecko-technických výpočtů. Použitelnost jazyka je demonstrována na úloze výpočtu elektrostatických interakcí v molekulárních systémech. Teoretická část práce obsahuje základní úvod do problematiky paralelních výpočtů a popis jazyka OpenCL, nového standardu pro paralelní programování na různých počítačových architekturách. Je zahrnut i popis alternativních technologií jako je CUDA, ATI Stream a OpenMP. Dále jsou diskutovány existující metody pro výpočet elektrostatických interakcí v molekulárních systémech. Výkon a některé důležité vlastnosti jazyka OpenCL jsou demonstrovány na implementaci základního algoritmu pro výpočet elektrostatické potenciální energie. Testování výkonosti algoritmu je provedeno na grafické kartě NVIDIA GeForce 9600 GT. Výsledky testů naznačují velmi dobrou použitelnost jazyka OpenCL pro výpočet elektrostatické potenciální energie. Na závěr jsou zhodnoceny možnosti jazyka OpenCL a diskutovány postřehy získané během implementace úlohy.

Abstract:

Computational chemistry problems can be computationally exhaustive. Introduction of parallelism into these problems can lead to performance boost. The aim of this thesis is to assess the potential of OpenCL programing language for parallelization of scientific calculations. The applicability of OpenCL is demonstrated on calculation of electrostatic interactions in molecular systems. The theoretical part of the thesis provides introduction to parallel computing and description of the OpenCL, which was recently released as a standard for parallel programming across different parallel architectures. It also discusses other parallel technologies such as CUDA, ATI Stream and OpenMP. Subsequently, existing methods of electrostatic interaction calculation in molecular systems are reviewed. To demonstrate the performance and various features of OpenCL programming language, a basic algorithm for the calculation of electrostatic energy was implemented in OpenCL and tested on NVIDIA GeForce 9600 GT graphic card. The obtained results suggest that OpenCL is likely to be well applicable for electrostatic energy calculation. In the end, the prospects of OpenCL and observations made during the problem implementation are discussed.

Keywords

electrostatic energy calculation, electrostatic interactions, GPGPU, OpenCL, parallel computing, elektrostatické interakce, paralelní výpočty, výpočet elektrostatického potenciálu

Jazyk práce: angličtina

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 24. 5. 2010

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 24. 6. 2010
• Vedoucí: Mgr. Jan Kmuníček, Ph.D.
• Oponent: RNDr. Jiří Filipovič, Ph.D.

Masarykova univerzita

Fakulta informatiky

Bakalářský studijní program / obor:
Aplikovaná informatika / Aplikovaná informatika