课题基金 / 基金详情

面向多任务环境的MCM-GPU关键技术研究

批准号:
62102438
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
赵夏
学科分类:
计算机系统结构与硬件技术
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
赵夏

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
多芯片模块GPU即MCM-GPU和高效支持多任务成为GPU发展的必然趋势。在支持多任务的MCM-GPU中,运行的多个任务具有不同的特征,使MCM-GPU面临着共享资源优化管理和冲突处理等诸多挑战。为了缓解这些挑战,需要在分析程序多样性的基础上优化设计MCM-GPU架构。本课题主要研究高效支持多任务环境的MCM-GPU关键技术,包括(1)计算资源流处理器分配管理,在多任务运行时根据每个任务的特征动态地为其分配合适数量的流处理器;(2)通信资源片上网络共享优化,针对MCM-GPU新型的片上网络进行任务调度和片上网络资源管理;(3)存储资源末级高速缓存高效设计,满足同时运行的多个任务对MCM-GPU中末级高速缓存的不同需求;(4)共享资源访问冲突处理,针对MCM-GPU的特点构建低开销的混合减速预测模型准确的预测单个任务由于共享资源访问冲突导致的性能损失。
英文摘要
Multi-chip-module GPU, i.e., MCM-GPU, and multitasking GPU are becoming more and more important. In MCM-GPU with multitasking support, the co-executing applications have various characteristics that poses challenges to the shared resource management and contention handling schemes in multitasking GPUs. To solve these challenges, we need to optimize the multitasking GPU architecture based on analyzing the application characteristics. This research proposal is about the key techniques to effectively support multitasking on GPUs, including (1) the online SM allocation scheme which finds the effective SM partition between different applications during the execution, (2) NoC-aware task scheduling and resource management which targets the new scalable MCM-GPU NoC, (3) effective LLC design of MCM-GPUs to meet the different LLC demands of co-executing applications and (4) a low-cost hybrid slowdown prediction model which accurately predicts the performance of a single application under the resource contention based on the MCM-GPU feature.
MCM-GPU及其对多任务的高效支持已成为GPU发展的必然趋势,但在多任务环境下,由于不同任务的特征差异,MCM-GPU面临着共享资源优化管理和访问冲突处理等挑战。为此,本课题围绕高效支持多任务的MCM-GPU关键技术展开研究,包括基于任务特征动态分配流处理器的计算资源管理、针对新型片上网络的任务调度与通信资源优化、满足多任务需求的末级高速缓存高效设计,以及构建低开销的混合减速预测模型以精准处理共享资源访问冲突。通过这些研究,旨在为MCM-GPU在多任务环境下的性能优化提供理论支撑与实践指导。本项目取得了动态流处理器分配管理机制和片上网络感知的任务调度、资源管理;自适应末级高速缓存架构;自适应末级高速缓存和互连网络协同设计;基于程序特征分析的减速模型和多任务管理等一系列研究成果。实验结果表明,采用了本项目提出的优化技术后,针对访存密集型应用,MCM-GPU的性能可以提升50%以上。本项目共计发表(含录用)学术论文11篇,申请专利3项,其中包括3篇一作的CCF A类论文,获两项欧盟HiPEAC论文奖。本项目的研究成果,对于推动GPU算力的提升,进而推动大语言模型的发展具有重要的意义。
面向带宽的大规模众芯粒GPU体系架构研究
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