Programación eficiente de Intel Xeon Phi: Caso de estudio con patrones stencil -

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Résumé :
Documento del a?o 2016 en eltema Ingenier?a - Ingenier?a inform?tica, Nota: Sobresaliente, Universidad de Murcia, Idioma: Espa?ol, Resumen: El auge de los campos de investigaci?n basados en la simulaci?n y el modelado, junto con el aumento de las necesidades del sector servicios (web y bases de datos), est?n poniendo a prueba las capacidades de c?mputo de las arquitecturas de alto rendimiento. La tendencia actual es que los supercomputadores basen su dise?o en arquitecturas heterog?neas, donde se unen los tradicionales procesadores de altas prestaciones con un n?mero importante de aceleradores/coprocesadores. Entre los patrones de c?mputo m?s utilizados por los grandes centros de datos se encuentran los m?todos de diferencias finitas, tambi?n conocidos como patrones Stencil, com?nmente utilizados para resolver ecuaciones en derivadas parciales. Este documento se centra en el dise?o, an?lisis y evaluaci?n de aplicaciones cient?ficas sobre plataformas de computaci?n de altas prestaciones basadas en arquitecturas heterog?neas. En concreto, abordamos el desarrollo de c?digos cient?ficos basados en patrones Stencil sobre una arquitectura heterog?nea x86, donde conviven procesadores orientados a latencia y procesadores orientados a rendimiento (throughput), es decir, procesadores Intel Xeon multin?cleo con tarjetas coprocesadoras Intel Xeon Phi. Hemos evaluado los dos modos de trabajo que tiene Xeon Phi, nativo y descarga (offload). Utilizamos tres kernels a modo de ejemplo (difusi?n ac?stica, s?smica y de calor), mostrando c?mo vectorizar y paralelizar el c?digo, adem?s de otras t?cnicas sencillas que mejoran el rendimiento. Para el modo offload mostramos c?mo ejecutar el c?digo usando dos tarjetas Xeon Phi, lo cual permite mejorar las prestaciones del c?digo as? como manejar tama?os de problema que superan la capacidad de memoria de una sola tarjeta. A lo largo de todo el documento hemos tenido como objetivo comparar, cuando ha sido posible, nuestros resultados con los obtenidos en otras dos arquitecturas de altas prestaciones: Xeon multin?cleo y GPUs de Nvidia (arquitectura CUDA). Dicha comparaci?n tiene en cuenta tanto el tiempo de ejecuci?n como la eficiencia energ?tica. El camino para dominar la arquitectura Xeon Phi comienza en Knights Corner y su uso como acelerador, lo cual sentar? las bases de conocimiento para futuras generaciones como Knights Landing (KNL) o Knights Hill (KNH).