|
|
Akcelerace ultrazvukové neurostimulace pomocí multi-GPU systémů
Bayer, David ; Kadlubiak, Kristián (oponent) ; Jaroš, Jiří (vedoucí práce)
Tato diplomová práce se věnuje rozšíření akcelerované implementace simulace šíření akustických vln v médiu balíku k-Wave o možnost využití více GPU pro výpočet. Nejprve popisuje multi-GPU systémy a nástroje, pomocí kterých je s nimi možné pracovat. Pokračuje popisem balíku k-Wave a analýzou existujících akcelerovaných implementací. Dále testuje vybrané technologie na simulaci šíření tepla v médiu a na základě zjištěných výsledků vybírá nástroje pro návrh výsledné implementace. Nakonec shrnuje dosažené výsledky.
|
|
|
Simulace šíření tepla v mozku s využitím vysokoúrovňových GPGPU technik
Krbila, Martin ; Kadlubiak, Kristián (oponent) ; Jaroš, Jiří (vedoucí práce)
Tato diplomová práce se zabývá akcelerací simulace šíření tepla na grafické kartě. Je zde popsán postup akcelerace existující implementace v Matlabu, která je součástí balíku k-Wave. V práci jsou popsány různé vysokoúrovňové i nízkoúrovňové knihovny pro programovaní na grafických kartách a shrnuty jejich silné a slabé stránky. Byla vytvořena implementace simulace na GPU kompletně pokrývající funkcionalitu původní verze, která dosahuje přibližně stonásobného zrychlení oproti procesorové implementaci v Matlabu. Jako součást této práce byl také vytvořen modul umožňující výpočet diskrétních trigonometrických transformací na grafické kartě, který dosahuje přibližně desetinásobného zrychlení oproti nejlepší procesorové variantě a umožňuje akceleraci simulace s různými okrajovými podmínkami. Výstupem práce je také srovnání výkonu několika verzí základní simulace při využití různých GPGPU technik.
|
|
|
Rychlá rekonstrukce obrazu tkání s využítím grafické karty
Kadlubiak, Kristián ; Kula, Michal (oponent) ; Jaroš, Jiří (vedoucí práce)
Fotoakustická spektroskopie je jedna z nejmodernějších zobrazovacích metod a nachází uplatnění ve vědních oborech jako je medicína, biochemie, materiálová technologie a mnoho dalších. Díky svým vlastnostem je fotoakustická spektroskopie velmi vhodná specificky pro medicínské účely. Tato metoda je neinvazivní a zároveň zaručuje vysokou přesnost zobrazení. Za vysokou přesnost metoda vděčí pokročilým, časově náročným výpočtům, mezi které patří operace jako FFT a trilineární interpolace. Tato bakalářská práce se zabývá akcelerací daných metod na grafické kartě. Naše implementace naplno využívá různé vlastnosti moderních grafických karet jako například sdílená paměť nebo texturový hardware. Implementaci jsme testovali na jedné z nejvýkonnějších grafických karet určených na high performance computing. Jednalo se o kartu NVIDIA K20m. V tomto prostředí se naší implementací podařilo zrychlit některé části rekonstrukce více než 400 - násobně. V jednorázovém módu rekonstrukce trvala o něco déle než samotná MATLAB verze. Je to způsobeno nutností převodu dat mezi prostředím MATLAB a CUDA kódem i přesto, že se podařilo snížit velikost přenášených dat o 37%. Zpracování větších dávek fotoakustických snímků by ukázalo skutečný potenciál implementace.
|
|
|
Simulace šíření ultrazvuku v kostech
Kadlubiak, Kristián ; Vaverka, Filip (oponent) ; Jaroš, Jiří (vedoucí práce)
Odhaduje sa, že v roku 2012 sa objavilo celosvetovo neuveriteľných 14.1 milióna nových prípadov rakoviny. Toto číslo je alarmujúce. Napriek tomu, že zdravý životný štýl môže zredukovať riziko vzniku rakoviny, vždy existuje istá pravdepodobnosť, že sa rakovina objaví aj u úplne zdravého jedinca. Na úspech liečenia rakoviny majú vplyv najmä dva faktory. Po prvé - včasná diagnostika je absolútne nevyhnutná, po druhé - musí existovať vhodná operačná metóda na odstránenie poškodeného tkaniva. V obidvoch prípadoch má ultrazvuk veľký potenciál ako neinvazívna metóda. Fotoakustická spektroskopia je zobrazovacia metóda so skvelými vlastnosťami, založená na princípe ultrazvuku, schopná detegovať tumor. High-Intensity Focused Ultrasound (HIFU) je neinvazívny chirurgický postup. Tieto metódy by však neboli možné bez presnej simulácie šírenia ultrazvuku. Balíček k-Wave je open source toolbox pre MATLAB, ktorý implementuje tieto simulácie. Vyvstáva otázka, prečo nie sú tieto metódy bežne používané v praxi? Dôvodom je fakt, že simulácia šírenia ultrazvuku je veľmi časovo náročná operácia, čo robi tieto metódy neefektívnymi. Avšak existujú spôsoby akcelerácie takýchto simulácií. Implementácia simulácie na GPU je veľmi perspektívny prístup k akcelerácií. Hlavnou úlohou tejto diplomovej práce je akcelerácia simulácie šírenia ultrazvuku v kostiach a iných tvrdých tkanivách. Implementácia vyvinutá v rámci diplomovej práce bola testovná na rôznych superpočítačoch ako napríklad Anselm v Ostrave alebo Piz Daint v Lugane. Implementované riešenie dosahuje pozoruhodné zrýchlenie v porovnaní s originálnym prototypom v prostredí MATLAB. V najlepšom prípade bola implementácia schopná urýchliť simuláciu približne 160 násobne. To znamená, že simulácia, ktorá by za iných okolností trvala 6,5 dňa, je dnes dokončená za jednu hodinu. Toto zrýchlenie bolo dosiahnuté počas simulácie s rozmermi 416x416x416 bodov a za použitia karty NVIDIA Tesla P100. Diplomová práca obsahuje porovnanie výkonu na rôznych grafických kartách, aby čitateľovi umožnila komplexnejší náhľad na akceleračné schopnosti vyvinutej implementácie a tiež poskytuje bližší pohľad na pamäťovú náročnosť a numerickú presnosť aplikácie. Vďaka schopnosti aplikácie naplno využiť potenciál grafických kariet, majú lekári a vyskumníci z celého sveta v rukách mocný nástroj.
|
|
|
Moderní knihovny pro programování grafických karet
Šuba, Patrik ; Kadlubiak, Kristián (oponent) ; Jaroš, Jiří (vedoucí práce)
Cieľom tejto bakalárskej práce je uskutočniť výskum v oblasti knižníc pre programovanie grafických kariet a vytvoriť sadu testovacích problémov s využitím týchto knižníc. Testovacie problémy pozostávajú z matematických operácií s maticami a vektormi. Pre testovacie problémy boli vytvorené dve aplikácie. Prvá aplikácia bola implementované v jazyku C++ s použitím knižnice OpenMP. Druhá aplikácia bola implementovaná v jazyku C++ s použitím knižnice cuBLAS a CUDA. Implementácia tejto práce umožňuje nahliadnuť do problematiky programovania grafických kariet a ukázať ich praktické využitie. Výsledky práce overujú výkon a priepustnosť poskytnutých grafických kariet od skupiny IT4Innovations. Výsledky aplikácií sú porovnané s referenčnými hodnotami od výrobcu grafických kariet a medzi použitými knižnicami.
|
|
|
Akcelerace ultrazvukové neurostimulace pomocí vysokoúrovňových GPGPU knihoven
Mička, Richard ; Kadlubiak, Kristián (oponent) ; Jaroš, Jiří (vedoucí práce)
Táto práca sa zaoberá akceleráciou výpočtu simulácie šírenia akustických vĺn z balíku k-Wave pomocou GPGPU knižníc. Ako prvé, sú v práci preskúmané a ohodnotené dostupné vysokoúrovňové GPGPU knižnice. Následne je, po oboznámení sa so súčasným stavom riešenia akcelerácie simulácie v k-Wave, navrhnutý spôsob, ktorým je možné transformovať kód určený pre procesor, do podoby spustiteľnej aj na grafickej karte. Výsledkom tejto práce je aplikácia schopná akcelerovať výpočet simulácie na grafickej karte. V prípade neprítomnosti grafickej karty, je schopná bežať na procesore, s využitím vláknového a SIMD paralelizmu. Táto implementácia je následne ohodnotená z hľadiska výkonnosti, náročnosti a užitočnosti.
|
|
|
Simulace šíření tepla v mozku pomocí knihovny OpenACC
Oškera, Josef ; Kadlubiak, Kristián (oponent) ; Jaroš, Jiří (vedoucí práce)
Cílem této práce je přepsat implementaci šíření tepla v mozkové tkáni naspanou v jazyce Matlab (dostupnou v balíku k-Wave) do jazyka C/C++, akcelerovat ji na GPU za pomoci knihovny OpenACC a CUDA, a následně tyto knihovny porovnat ve výkonnosti a náročnosti implementace. V řešení je popsáno jak programovat grafickou kartu, a jak tyto znalosti aplikovat. Vytvořený program je schopen simulovat šíření tepla na CPU i GPU.
|
|
|
Akcelerace ultrazvukové neurostimulace pomocí multi-GPU systémů
Bayer, David ; Kadlubiak, Kristián (oponent) ; Jaroš, Jiří (vedoucí práce)
Tato diplomová práce se věnuje rozšíření akcelerované implementace simulace šíření akustických vln v médiu balíku k-Wave o možnost využití více GPU pro výpočet. Nejprve popisuje multi-GPU systémy a nástroje, pomocí kterých je s nimi možné pracovat. Pokračuje popisem balíku k-Wave a analýzou existujících akcelerovaných implementací. Dále testuje vybrané technologie na simulaci šíření tepla v médiu a na základě zjištěných výsledků vybírá nástroje pro návrh výsledné implementace. Nakonec shrnuje dosažené výsledky.
|
|
|
Simulace šíření tepla v mozku s využitím vysokoúrovňových GPGPU technik
Krbila, Martin ; Kadlubiak, Kristián (oponent) ; Jaroš, Jiří (vedoucí práce)
Tato diplomová práce se zabývá akcelerací simulace šíření tepla na grafické kartě. Je zde popsán postup akcelerace existující implementace v Matlabu, která je součástí balíku k-Wave. V práci jsou popsány různé vysokoúrovňové i nízkoúrovňové knihovny pro programovaní na grafických kartách a shrnuty jejich silné a slabé stránky. Byla vytvořena implementace simulace na GPU kompletně pokrývající funkcionalitu původní verze, která dosahuje přibližně stonásobného zrychlení oproti procesorové implementaci v Matlabu. Jako součást této práce byl také vytvořen modul umožňující výpočet diskrétních trigonometrických transformací na grafické kartě, který dosahuje přibližně desetinásobného zrychlení oproti nejlepší procesorové variantě a umožňuje akceleraci simulace s různými okrajovými podmínkami. Výstupem práce je také srovnání výkonu několika verzí základní simulace při využití různých GPGPU technik.
|
|
|
Moderní knihovny pro programování grafických karet
Šuba, Patrik ; Kadlubiak, Kristián (oponent) ; Jaroš, Jiří (vedoucí práce)
Cieľom tejto bakalárskej práce je uskutočniť výskum v oblasti knižníc pre programovanie grafických kariet a vytvoriť sadu testovacích problémov s využitím týchto knižníc. Testovacie problémy pozostávajú z matematických operácií s maticami a vektormi. Pre testovacie problémy boli vytvorené dve aplikácie. Prvá aplikácia bola implementované v jazyku C++ s použitím knižnice OpenMP. Druhá aplikácia bola implementovaná v jazyku C++ s použitím knižnice cuBLAS a CUDA. Implementácia tejto práce umožňuje nahliadnuť do problematiky programovania grafických kariet a ukázať ich praktické využitie. Výsledky práce overujú výkon a priepustnosť poskytnutých grafických kariet od skupiny IT4Innovations. Výsledky aplikácií sú porovnané s referenčnými hodnotami od výrobcu grafických kariet a medzi použitými knižnicami.
|
host ::
RSS.