统一设备计算架构下的栅格河网提取并行算法

针对大规模高分辨率数字地形数据提取栅格河网效率低下的问题,提出了基于统一设备计算架构(CUDA)利用淹没模型提取栅格河网的并行算法。使用图形处理器(GPU)将汇流累积量计算分解为独立的多任务并行处理,通过数据异步传输减少数据交换时间,进而加速河网提取的运算。实验结果表明,该算法运行效率明显优于串行河网提取算法,在NVIDIA Geforce GTX660上对数据量为600 MB(网格大小为9784×8507)数字高程模型(DEM)数据提取河网加速比达到62。     

CUDA下受体评分网格生成并行算法

针对分子对接中生成评分网格需要花费很多的计算时间这一问题, 提出了一种基于统一计算设备架构（CUDA）的评分网格生成并行算法。该算法把传统计算方法中三维计算空间中的一维通过在图形处理单元（GPU）上进行并行处理, 使得总生成时间得到了降低, 提高了评分网格的生成效率。实验结果表明, 借助于GPU的浮点计算能力, 提出的并行算法对比传统的计算方法可以显著缩短评分网格的生成时间, 为评分网格的生成提供一种新的方式。     

CUDA平台下信息熵多种群遗传算法设计

为了进一步提高信息熵多种群遗传算法的计算效率,缩短计算时间,提出了一种基于CUDA平台的信息熵多种群遗传算法。通过分析原算法的并行因素,结合CUDA开发平台,对原算法进行适合GPU加速的并行化处理,实现了遗传算子、惩罚函数和空间收缩因子等的并行计算,有效地提高了算法效率。例题数值测试表明,在保持了快速收敛特性和计算精度的前提下,CUDA并行算法相对于原算法具有很高的加速效率。     

基于CUDA架构的FFT并行计算研究

FFT（快速傅里叶变换）是基于提高DFT（离散傅里叶变换）计算的高效算法,它在众多科学和工程领域都得到了广泛的应用。自FFT算法出现以后,从早期的以降低复杂度到近年以来的大规模并行FFT计算,各种优化算法得到广泛的研究。在并行运算领域中,随着可编程的、并行化GPU的不断推广,特别是通用并行统一计算架构CUDA的出现,极大增强了GPU的计算能力,在编程和优化等方面都有显著地提升。鉴于此,本文在分析FFT算法实现的基础上,研究了一种适合GPU运算的FFT并行计算方法,并通过CUDA架构实现了FFT算法在GPU上的运算。该方法的引入在理论不计算数据传输的情况下,使一维FFT运算时间的复杂度由O（N logN2）可以降到O（N/rlogN2）。通过验证,本文提出的CUDA的并行FFT方法得到较好的加速效果,在精度计算上也符合实际的要求,从而证明了该方法的正确性和有效性。     

基于CUDA的快速中值滤波算法

在众多的快速中值滤波算法中选取一种适合在CUDA平台上实现的算法,并针对GPU的运算特点,对算法进行很大的改进。改进后的算法采用纹理存储器存储数据源,共享存储器和寄存器存储中间运算结果,并通过同一block内的线程共享排序结果减少了排序过程中所需的比较次数,降低了算法的复杂度。实验结果表明改进后的快速中值滤波算法充分发挥了GPU强大的并行处理能力,对于分辨率为4096×4096的图像其运算速度是基于CPU实现的6597倍,可有效地应用在实时图像处理中。     

基于CUDA的快速中值滤波算法

在众多的快速中值滤波算法中选取一种适合在CUDA平台上实现的算法。并针对GPU的运算特点．对算法进行很大的改进。改进后的算法采用纹理存储器存储数据源,共享存储器和寄存器存储中间运算结果．并通过同一block内的线程共享排序结果减少了排序过程中所需的比较次数．降低了算法的复杂度。实验结果表明改进后的快速中值滤波算法充分发挥了GPU强大的并行处理能力．对于分辨率为4096×4096的图像其运算速度是基于CPU实现的6597倍．可有效地应用在实时图像处理中。     

GPU加速分子动力学模拟的热力学量提取*

近年来,统一计算设备架构(CUDA)的提出和图形处理器（GPU）快速提升的并行处理能力和数据传输能力,使得基于CUDA的GPU通用计算迅速成为一个研究热点。针对含有大规模分子动力学模拟的热力学量提取效率低下的问题,提出了分子动力学模拟的热力学量提取的新方法,利用CUDA设计了并行算法,实现了利用GPU加速分子动力学模拟的热力学量提取。实验结果表明,与基于CPU的算法相比, GPU可以提高速度500倍左右。     

基于CUDA的SKINNY加密算法并行实现与分析

针对SKINNY加密算法在中央处理器（CPU）下实现效率偏低的问题,提出一种基于图形处理器（GPU）的快速实现方法。首先,结合SKINNY算法的结构特征提出优化方案,将5个分步操作优化整合为1个整体运算;然后,分析该算法的电子密码本（ECB）模式和计数器（CTR）模式的特性,并给出并行粒度、内存分配等并行设计方案。实验结果表明,与传统的CPU实现方法下的SKINNY算法相比,基于计算统一设备架构（CUDA）实现的SKINNY算法的效率和吞吐量得到很大提升。具体来说,当处理的数据达到16 MB及以上时,在所提实现方法下,SKINNY算法的ECB模式的加速效率提升峰值为99.85%,加速比峰值为671,CTR模式的加速效率提升峰值为99.87%,加速比峰值为765;而与已有AES-256（ECB）和SKINNY_ECB并行算法比较,新提出的SKINNY-256（ECB）并行算法的吞吐量分别是它们的吞吐量的1.29倍和2.55倍。     

特征点检测DoG并行算法

特征点检测被广泛应用于目标识别、跟踪及三维重建等领域。针对三维重建算法中特征点检测算法运算量大、耗时多的特点,对高斯差分（Difference-of-Gaussian,DoG）算法进行改进,提出特征点检测DoG并行算法。基于OpenMP的多核CPU、CUDA及OpenCL架构的GPU并行环境,设计实现DoG特征点检测并行算法。对hallFeng图像集在不同实验平台进行对比实验,实验结果表明,基于OpenMP的多核CPU的并行算法表现出良好的多核可扩展性,基于CUDA及OpenCL架构的GPU并行算法可获得较高加速比,最高加速比可达96.79,具有显著的加速效果,且具有良好的数据和平台可扩展性。     

统一计算设备架构下的F-X域预测滤波并行算法

针对传统F-X域预测滤波去除地震资料随机噪声耗时巨大的问题,提出了基于统一计算设备架构（CUDA）的并行算法。首先,对算法进行模块化分析以找到算法的计算瓶颈;然后从每个窗口数据计算相关矩阵、求滤波因子、滤波等步骤入手,使用图形处理器（GPU）将滤波过程分解为多个任务并行处理;最后,对算法进行并行实现,并对相邻滤波窗口的数据冗余读取进行优化以提升算法效率。基于NVIDIA Tesla K20c显卡的实验结果表明,在250×250大小工区的地震数据中,所提并行算法较原串行算法在效率上实现了10.9倍的提升,同时能保证工程中要求的计算精度。     

基于CUDA的直升机旋翼桨叶挥舞角快速测量方法

针对基于立体视觉的直升机旋翼桨叶挥舞角测量CPU串行算法耗时多、效率不高的问题,利用图像处理单元(GPU)并行计算的优势,提出一种基于CUDA统一计算设备构架的并行处理快速算法.首先,对算法中最耗时的图像去噪、阈值分割、连通域标记三部分进行并行化设计;然后,采用多层次并行策略将大量密集运算分配到不同的图像处理单元上并行执行,利用共享内存和共享寄存器加速数据访问;最后,进行多次测量实验,结果表明该方法执行效率明显高于CPU串行方法,可满足旋翼桨叶挥舞角快速测量的要求.     

基于CUDA的位并行近似串匹配算法

为满足文本检索、计算生物学等领域海量数据匹配对高性能计算的要求,提出一种基于计算统一设备架构(CUDA)的位并行近似串匹配算法。结合图形处理器(GPU)的高并行计算结构及存储带宽特性,通过优化数据存储方式,实现并行化动态规划矩阵算法(BPM)的加速,并对加速性能进行对比测试。实验结果表明,BPM算法通过GPU加速能获得20倍左右的加速比。     

基于CUDA的并行K-近邻连接算法实现

针对大规模空间数据的K-近邻连接查询问题,设计了一种CUDA编程模型下K-近邻连接算法的并行优化方法。将K-近邻连接算法的并行过程分两个阶段:1)对参与查询的数据集P和Q分别建立R-Tree索引;2)基于R-Tree索引进行KNNJ查询。首先根据结点所在位置划分最小外包框,在CUDA下基于递归网格排序算法创建R-Tree索引。然后在CUDA下基于R-Tree索引进行KNNJ查询,其中涉及并行求距离和并行距离排序两个阶段:求距离阶段利用每一个线程计算任意两点之间的距离,点与点之间距离的求取无依赖并行;排序阶段将快速排序基于CUDA以实现并行化。实验结果表明,随着样本量的不断增大,基于R-Tree索引的并行K-近邻连接算法的优势更加明显,具有高效性和可扩展性。     

基于CUDA技术的卷积神经网络识别算法

针对具有高浮点运算能力的流处理器设备GPU对神经网络的适用性问题,提出卷积神经网络的并行化识别算法,采用计算统一设备架构(CUDA)技术,并定义其上的并行化数据结构,描述计算任务到CUDA的映射机制。实验结果证明,在GTX200硬件架构的GPU上实现的并行识别算法的平均浮点运算能力峰值较CPU上串行算法提高了近60倍,更适用于神经网络的相关应用。     

CUDA‐quicksort: an improved GPU‐based implementation of quicksort

Sorting is a very important task in computer science and becomes a critical operation for programs making heavy use of sorting algorithms. General‐purpose computing has been successfully used on Graphics Processing Units (GPUs) to parallelize some sorting algorithms. Two GPU‐based implementations of the quicksort were presented in literature: the GPU‐quicksort, a compute‐unified device architecture (CUDA) iterative implementation, and the CUDA dynamic parallel (CDP) quicksort, a recursive implementation provided by NVIDIA Corporation. We propose CUDA‐quicksort an iterative GPU‐based implementation of the sorting algorithm. CUDA‐quicksort has been designed starting from GPU‐quicksort. Unlike GPU‐quicksort, it uses atomic primitives to perform inter‐block communications while ensuring an optimized access to the GPU memory. Experiments performed on six sorting benchmark distributions show that CUDA‐quicksort is up to four times faster than GPU‐quicksort and up to three times faster than CDP‐quicksort. An in‐depth analysis of the performance between CUDA‐quicksort and GPU‐quicksort shows that the main improvement is related to the optimized GPU memory access rather than to the use of atomic primitives. Moreover, in order to assess the advantages of using the CUDA dynamic parallelism, we implemented a recursive version of the CUDA‐quicksort. Experimental results show that CUDA‐quicksort is faster than the CDP‐quicksort provided by NVIDIA, with better performance achieved using the iterative implementation. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

快速不变矩算法基于CUDA的并行实现研究

不变矩自提出以来被广泛应用于目标识别系统中进行特征描述,这需要能够实时计算不变矩值。虽然人们提出了许多不变矩的快速算法,仍无法在单台PC机上实现不变矩的实时计算。本文分析了基于差分矩因子的不变矩快速算法的并行性,提出了一种基于CUDA（Compute Unified Device Architecture）的快速不变矩并行实现方法,并在NVIDIA Tesla C1060 GPU（Graphic Processing Unit）上实现。对所提出算法的计算性能与普通串行算法进行了对比分析。实验结果表明,本文所提出的并行计算方法极大地提高了不变矩的计算速度,可有效地用来进行实时特征提取。     

面向异构架构的传递闭包并行算法

传统求图传递闭包的方法存在计算量大与计算时间长的问题。为加快处理大数据量的传递闭包算法的计算速度,结合算法密集计算和开放式计算语言（OpenCL）框架的特征,采用本地存储器优化的并行子矩阵乘和分块的矩阵乘并行计算,提出一种基于OpenCL的传递闭包并行算法。利用本地存储器优化的并行子矩阵乘算法来优化计算步骤,提高图形处理器（GPU）的存储器利用率,降低数据获取延迟。通过分块矩阵乘并行计算算法实现大数据量的矩阵乘,提高GPU计算核心的利用率。数据结果表明,与CPU串行算法、基于开放多处理的并行算法和基于统一设备计算架构的并行算法相比,传递闭包并行算法在OpenCL架构下NVIDIA GeForce GTX 1070计算平台上分别获得了593.14倍、208.62倍和1.05倍的加速比。     

基于自适应线程束的GPU并行粒子群优化算法

基于统一计算设备架构（CUDA）对图形处理器（GPU）下的并行粒子群优化（PSO）算法作改进研究。根据CUDA的硬件体系结构特点,可知Block是串行执行的,线程束（Warp）才是流多处理器（SM）调度和执行的基本单位。为了充分利用Block中线程的并行性,提出基于自适应线程束的GPU并行PSO算法：将粒子的维度和线程相对应;利用GPU的Warp级并行,根据维度的不同自适应地将每个粒子与一个或多个Warp相对应;自适应地将一个或多个粒子与每个Block相对应。与已有的粗粒度并行方法（将每个粒子和线程相对应）以及细粒度并行方法（将每个粒子和Block相对应）进行了对比分析,实验结果表明,所提出的并行方法相对前两种并行方法,CPU加速比最多提高了40。