图形处理器用于通用计算的技术、现状及其挑战

多年来计算机图形处理器(GP以大大超过摩尔定律的速度高速发展.图形处理器的发展极大地提高了计算机图形处理的速度和图形质量,并促进了与计算机图形相关应用领域的快速发展与此同时,图形处理器绘制流水线的高速度和并行性以及近年来发展起来的可编程功能为图形处理以外的通用计算提供了良好的运行平台,这使得基于GPU的通用计算成为近两三年来人们关注的一个研究热点.从介绍GPU的发展历史及其现代GPU的基本结构开始,阐述GPU用于通用计算的技术原理,以及其用于通用计算的主要领域和最新发展情况,并详细地介绍了GPU在流体模拟和代数计算、数据库应用、频谱分析等领域的应用和技术,包括在流体模拟方面的研究工作.还对GPU应用的软件工具及其最新发展作了较详细的介绍.最后,展望了GPU应用于通用计算的发展前景,并从硬件和软件两方面分析了这一领域未来所面临的挑战.     

流式缩减技术在GPU上的研究与应用

随着GPU通用计算技术应用的不断深入,如何把某些并行计算任务从传统的CPU平台向GPU平台转移,把串行编程模型向并行的流式编程模型转变等,已经成为了研究的热点.讨论了基于GPU的流式编程模型,探讨了基于流式编程模型的GPU与CPU编程之间的差别与联系,最后描述了一种在GPU上的流式缩减操作算法的设计与实现.为把图形处理器应用在通用计算领域提供参考和帮助.     

GPU通用计算研究

随着图形硬件的快速发展,GPU的通用计算已经成为了一个新的研究领域。本文分析GPU编程模型,介绍使用图形硬件进行通用计算的方法,并把一些常用的算法映射到了GPU上。通过这些算法与CPU上对应的算法进行比较,分析使用GPU进行通用计算的优势和劣势。     

图形处理器通用计算关键技术研究综述

当前图形处理器的通用计算取得长足发展,为适应通用计算图形处理器在硬件体系结构和软件支持方面完成相应调整和改变,面对各种应用领域中数据规模增大的趋势,多GPU系统和GPU集群的研究应用日趋增多.以流处理器及图形处理器硬件体系为依据,介绍学术和工业领域中流处理器及图形处理器体系变化趋势.从软件编程环境、硬件计算与通信等方面展开讨论,阐述通用计算中图形处理器的关键问题,包括编程模型及语言的发展和方向,存储模型的量化研究、访存模式和行为的优化以及分布式存储管理的热点问题,典型通信原型系统的对比及通信难点的分析,GPU片内和片间的负载均衡,可靠性和容错计算,GPU功耗评测及低功耗优化的研究进展.综述在海量数据处理、智能计算、复杂网络、集群应用领域中图形处理器的研究进展及成果.总结在通用计算发展中存在的技术问题和未来挑战.     

基于CUDA的细粒度并行计算模型研究

作为应用软件模型和计算机硬件之间的桥梁,编程模型在计算机领域的重要性不言而喻.但随着具备细粒度并行计算能力的图形处理器(GPU)进入主流市场,与之相适应的编程模型发展却相对滞后.Nvidia在GeForce 8系列显卡上推出的统一计算设备架构(CUDA)技术,使得通用计算图形处理单元(GPGPU)从图形硬件流水线和高级绘制语言中解放出来,开发人员无须掌握图形学编程方法即可在单任务多数据模式(SIMD)下完成高性能并行计算.论文从特性、组成和并行架构等几个方面对CUDA并行计算模型进行了研究,充分表明基于GPU进行高性能并行计算,是适应目前大规模计算需求的一个重要发展途径.     

基于GPU加速的光线与三角面片求交

近年来，随着图形处理器（GPU）能力以及可编程技术的发展，基于图形处理器的通用计算成为一个研究的热点。文章介绍了图形处理器的发展和结构，以及在使用通用计算时所面临的一些问题；具体介绍了利用GPU进行光线和空间三角形面片的求交测试。     

基于GPU加速的光线跟踪技术研究

随着图形处理器性能的提高及其可编程特性的发展，图形处理流水线的某些处理阶段和图形算法逐渐从CPU向GPU转移。文章介绍了可编程图形硬件基础，分析了基于GPU的光线跟踪技术的实现原理。设计的6个实验场景所包含的三角形面片数，从2016个到60960个成复杂度递增，在3种不同分辨率下，分别实现GPU和CPU的光线跟踪绘制。对实验结果比较、分析后，得到了GPU加速的光线跟踪技术的特点。     

基于GPU的大规模海浪实时绘制

海浪建模与绘制是近二十年来计算机图形学领域的一个经典问题,同时,随着硬件的发展,尤其是图形处理器(GPU)以大大超过摩尔定律的速度高速发展和其高速计算能力、并行性、其可编程功能,使得基于GPU的通用计算成为一个新研究热点.利用GPU的高速计算能力和可编程功能,解决海浪模拟中的复杂计算问题,提出一种基于图形硬件的大规模海浪实时绘制方法.首先,对图形处理器进行了概述.然后,基于Gerstner-Rankine模型生成海洋高度场,采用屏幕细分自适应算法对数字地球上的可视海洋表面进行采样,利用图形处理单元的可编程特性进行顶点和颜色计算,模拟实时球面海浪效果.实验结果表明,基于GPU的方法可以在普通PC图形硬件上实现大规模海浪的交互漫游.     

图形处理器对ADI-FDTD算法的加速作用研究

随着图形处理器(GPU)性能的大幅度提高以及可编程特性的发展,将通用数值算法的某些处理阶段从 CPU 迁移到 GPU 上已成为可能,从而达到加速计算的目的。首先简要介绍了一种常见的数值计算方法：交变方向隐式时域有限差分法（ADI-FDTD);然后详细论述了利用GPU加速ADI-FDTD计算的基本原理与关键技术,并给出了在GPU上求解ADI-FDTD线性方程组的共轭梯度法实现框架;最后,通过具体的计算实例和相关的性能比较验证了这种加速算法的精确性与效率特点。     

图形处理器低功耗设计技术研究

图形处理器(GPU)以其强大的图形加速性能以及在通用计算领域的出色表现正在被越来越广泛地应用。但随着芯片规模和集成度的不断提升,单个GPU芯片的功耗已经高达376W,是高端通用处理器的2～3倍。高功耗带来的可靠性、稳定性以及芯片成本问题使“功耗墙”已经成为未来GPU设计过程中需要突破的关键问题之一。立足于体系结构层次,结合图形处理器的渲染流水线的结构特点,从深度测试和消隐、染色器数据通路、纹理映射和压缩、渲染策略、寄存器文件和片上Cache等角度描述了图形处理器的低功耗设计技术,并指出了GPU低功耗设计技术的进一步研究方向。     

一个适合图形算法硬化的通用硬件设计

提高图形处理速度是计算机图形学硬件的发展方向。图形处理过程的硬化研究是至关重要的一环。本文介绍一个采用高速位片系列芯片和微程序控制技术的硬件系统，这一系统是一个方便的图形算法硬化的硬件仿真器。     

中国图形工程：2008

本文是中国图形工程的年度文献综述系列之十四。对2008年国内主要中文信息技术类期刊发表的图形工程的主要论文,根据内容进行了分类和整理,这些学术研究和工程技术应用研究论文共计879篇,是从国内发表图形工程中文论文比较集中的11种中文学术期刊共计8 131篇(其中电子技术及信息科学论文7 332篇)论文中筛选出来的。统计、分析和研究表明,国内14年来从事图形工程及相关领域的研究开发人员总体趋势仍然保持稳定,研究水平不断提高,国内外的学术交流也较活跃而且广泛。同时,计算机图形学本身也在发展,并与其他学科结合,派生出一些新的研究方向甚至交叉学科。     

中国图形工程:2007

该文是中国图形工程的年度文献综述系列之十三。对2007年发表的图形工程的主要论文,根据内容进行了分类和整理,这些学术研究和工程技术应用研究论文共计659篇,是从国内发表图形工程中文论文比较集中的11种中文学术期刊共计7 407篇(其中电子技术及信息科学论文7 290篇)论文中筛选出来的。统计、分析和研究表明,国内13年来从事图形工程及相关领域的研究开发人员总体趋势是保持稳定的,研究水平不断提高。国内外的学术交流也很活跃而且广泛。同时,计算机图形学本身也在发展,并与其他学科结合,派生出一些新的研究方向甚至交叉学科。     

中国图形工程：2006

本文是中国图形工程的年度文献综述系列之十二。对2006年发表的图形工程的主要论文,根据内容进行了分类,这些学术研究和工程技术应用研究论文共计627篇,是从国内发表图形工程中文论文比较集中的11种中文学术期刊(共计4646篇)论文中筛选出来的。统计、分析和研究结果表明,国内这十余年来从事图形工程及相关领域的研究开发人员总体趋势是稳步增加,研究水平不断提高,国内的学术交流也很活跃而且广泛。同时,计算机图形学本身也在发展,并与其他学科结合,派生出一些新的研究方向甚至交叉学科。     

中国图形工程: 2009

本文是中国图形工程的年度文献综述系列之十五。对2009年我国发表的中文图形工程的主要论文,根据内容进行了分类和整理,这些学术研究和工程技术应用研究论文共计806篇,是从国内发表图形工程中文论文比较集中的11种中文学术期刊共计9554篇论文中筛选出来的。统计、分析和研究表明,国内15年来从事图形工程及相关领域的研究开发人员总体趋势仍然保持稳定,研究水平不断提高,国内的学术交流也很活跃而且广泛。同时,计算机图形学本身也在发展,并与其他学科结合,派生出一些新的研究方向。     

图学思维的研究与训练

介绍了我国30多年来在工程图学教学中关于图学思维研究的情况,指出研究图学思维对图学教育改革和发展有重要意义。经过归纳、总结和研究,给出了图学思维的定义,阐述了图学思维的方法,说明了图学思维的特点,提出了图学思维的过程模型,叙述了图学思维的训练方法。最后,对图学思维需要进一步研究的若干问题进行了说明。     

中国图形工程：2005

本文是中国图形工程的年度文献综述系列之十一.对2005年发表的计算机图形工程的主要论文,根据内容进行了分类,这些学术研究和工程技术应用研究论文共计893篇,是从国内发表计算机图形工程中文论文比较集中的11种中文学术期刊（共计4618篇）论文中筛选出来的.统计、分析和研究表明,国内这十余年来从事计算机图形工程及相关领域的研究开发人员不断增加,研究水平不断提高,国内的学术交流也非常活跃而广泛,且计算机图形学本身也在发展,并与其他学科结合,派生出一些新的研究方向甚至交叉学科.     

中国图形工程:2004

本文是中国图形工程的年度文献综述系列之十。对2004年发表的计算机图形工程的主要论文,根据内容进行了分类,这些学术研究和技术应用研究论文共计521篇,是从国内发表计算机图形工程中文论文比较集中的11种中文学术期刊(共计3703篇)中筛选出来的。统计、分析和研究表明,国内这十年来从事计算机图形工程及相关领域的研究开发人员不断增加;研究水平不断提高;国内的学术交流也非常活跃而广泛,且计算机图形学本身也在发展,并与其他学科结合,派生出一些新的研究方向甚至交叉学科。     

中国图形工程：2003

本文是关于中国图形工程的年度文献综述系列之九。对2003年发表的有关计算机图形的主要论文，根据内容进行了分类，这些学术研究和技术应用论文(共计608篇)是从发表比较集中的12种中文期刊(共计6267篇)上选取出来的。研究分析表明，国内这几年从事图形学及相关技术的研究开发人员不断增加，研究水平有很大提高国内的学术交流也非常广泛，而图形学本身也在发展，与其他学科结合．派生出一些新的研究方向。     

3D图形流水线像素处理后期的设计和实现

针对3D图形流水线像素处理后期的实时大批量数据处理和存储器读写要求,以及嵌入式系统资源和功耗的特殊性,给出一种像素处理后期的硬件设计方案。设计首先实现所有测试功能,确保各种效果,其次采用了基于屏幕分割渲染的设计思想,减少存储器需求,然后吸收了Early Z算法,尽早抛弃不可见的三角面信息,减少渲染的数据,最后实现了Flip Quad反走样算法,提高图像的质量。模块已经完成了RTL级建模,并在FPGA上通过验证。