Zrychlení syntézy parametrů pro stochastické modely

Bc. Petr Pilař

Master's thesis

Accelerating parameter synthesis for stochastic models

Abstract:

Výsledkem práce je efektivní implementace existujících technik syntézy parametrů pro stochastické systémy a o konkrétně pro continuous-time Markov Chains (CTMCs). Tyto techniky iterativně rozkládají parametrický prostor na jeho podprostory a aproximují funkci, která pro libovolné hodnoty parametrů z parametrického prostoru vrací pravděpodobnost, že je daná formule splněna v CTMC daným těmito hodnotami parametrů. Na základě formátů pro řídké matice jsme vyvinuly efektivní algoritmy a to zvlášť pro CPU a pro GPU. Verze pro GPU paralelizuje výpočet na úrovni stavů stochastického modelu. Dále navrhli a implementovali techniku pro paralelizaci na úrovni podprostorů parametrického prostoru, která umožňuje lepší využití hardware a znamená tedy další zrychlení.

Abstract:

We provide an efficient implementation of existing parameter synthesis techniques for stochastic systems modelled as continuous-time Markov chains (CTMCs). These techniques iteratively decompose the parameter space into its subspaces and approximate the satisfaction function that for any parameter values from the parameter space returns the probability of the formula being satisfied in the CTMC given by those parameter values. Based on a sparse matrix representation we developed an efficient CPU oriented algorithm and GPU oriented algorithm; the latter takes advantage of the GPU architecture and parallelizes the task at the state level of the stochastic model. We also devised a technique for further parallelization on the parameter subspace level to better utilize the hardware and thus further speed up the computation. The overall speed up is more than 20 on multiple systems compared to the optimized sequential implementation which itself is several times faster than the original one.

Keywords

Continuous-time Markov Chain, Model Checking, Parameter Synthesis, OpenCL, Parallelization

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 25. 5. 2015

Thesis defence

• Date of defence: 22. 6. 2015
• Supervisor: RNDr. Milan Češka, Ph.D.
• Reader: Mgr. Petr Bauch, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Informatics

Master programme / field:
Informatics / Theoretical Informatics