Iterative memory-bound solvers commonly occur in HPC codes. Typical GPU implementations have a loop on the host side that invokes the GPU kernel as much as time/algorithm steps there are. The termination of each kernel implicitly acts the barrier required after advancing the solution every time step. We propose an execution model for running memory-bound iterative GPU kernels: PERsistent KernelS (PERKS). In this model, the time loop is moved inside persistent kernel, and device-wide barriers are used for synchronization. We then reduce the traffic to device memory by caching subset of the output in each time step in the unused registers and shared memory. PERKS can be generalized to any iterative solver: they largely independent of the solver's implementation. We explain the design principle of PERKS and demonstrate effectiveness of PERKS for a wide range of iterative 2D/3D stencil benchmarks (geomean speedup of $2.12$x for 2D stencils and $1.24$x for 3D stencils over state-of-art libraries), and a Krylov subspace conjugate gradient solver (geomean speedup of $4.86$x in smaller SpMV datasets from SuiteSparse and $1.43$x in larger SpMV datasets over a state-of-art library). All PERKS-based implementations available at: https://github.com/neozhang307/PERKS.


翻译:迭代内存受限求解器常见于高性能计算(HPC)代码中。典型的GPU实现采用主机端循环,根据时间/算法步骤数量反复调用GPU内核。每次内核终止隐式充当每时间步求解推进后所需的同步屏障。我们提出一种用于运行内存受限迭代GPU内核的执行模型:持久内核(PERsistent KernelS,PERKS)。该模型将时间循环移至持久化内核内部,并通过设备级全局同步实现同步。随后,我们通过将每时间步的部分输出缓存至未使用的寄存器和共享内存,减少对设备内存的访存流量。PERKS可推广至任意迭代求解器:其设计高度独立于求解器具体实现。我们阐释了PERKS的设计原理,并通过多种迭代2D/3D模板基准测试(2D模板相较最先进库实现几何平均加速比$2.12\times$,3D模板几何平均加速比$1.24\times$)以及Krylov子空间共轭梯度求解器(SuiteSparse中较小SpMV数据集相较最先进库实现几何平均加速比$4.86\times$,较大SpMV数据集几何平均加速比$1.43\times$)验证了PERKS的有效性。所有基于PERKS的实现代码均公开于:https://github.com/neozhang307/PERKS。

0
下载
关闭预览

相关内容

【2022新书】高效深度学习,Efficient Deep Learning Book
专知会员服务
128+阅读 · 2022年4月21日
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
RL解决'LunarLander-v2' (SOTA)
CreateAMind
62+阅读 · 2019年9月27日
RL解决'BipedalWalkerHardcore-v2' (SOTA)
CreateAMind
31+阅读 · 2019年7月17日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
基于PyTorch/TorchText的自然语言处理库
专知
28+阅读 · 2019年4月22日
R工程化—Rest API 之plumber包
R语言中文社区
11+阅读 · 2018年12月25日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2023年6月13日
Memory-Gated Recurrent Networks
Arxiv
12+阅读 · 2020年12月24日
VIP会员
最新内容
《通过小型无人机系统将情报能力“作战化”》
消耗优势:美军的“精确规模化”概念
专知会员服务
8+阅读 · 6月15日
《离线语言支持系统:面向空战战术决策》
专知会员服务
10+阅读 · 6月15日
相关VIP内容
【2022新书】高效深度学习,Efficient Deep Learning Book
专知会员服务
128+阅读 · 2022年4月21日
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
相关资讯
RL解决'LunarLander-v2' (SOTA)
CreateAMind
62+阅读 · 2019年9月27日
RL解决'BipedalWalkerHardcore-v2' (SOTA)
CreateAMind
31+阅读 · 2019年7月17日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
基于PyTorch/TorchText的自然语言处理库
专知
28+阅读 · 2019年4月22日
R工程化—Rest API 之plumber包
R语言中文社区
11+阅读 · 2018年12月25日
相关基金
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员