W-PROJECTION并行算法优化研究

W-PROJECTION并行算法优化研究

论文摘要

随着平方公里阵(square kilometer array,SKA)等大型综合孔径射电望远镜的建设,基线长度和观测视场不断增加。为了提高成像质量需考虑大视场和非共面基线效应的影响。w-projection作为处理大视场成像与非共面基线效应的重要算法具有优越的计算速度和误差控制,但算法投影过程复杂、内存消耗较大,同时面临海量的天文观测数据,因此需要提高算法的并行效率。本文在成像质量和算法并行效率两个方面对算法进行优化,针对并行优化方法在CUDA下编程实现并优化性能,具体研究工作如下:(1)w-projection和w-stacking算法中w-plane的取值决定了卷积核的数量,对算法的成像质量具有重要影响。原有的w-plane经验取值不能很好的完成大视场成像,因此通过对w-plane的取值进行实验统计分析得到w-plane最优经验值以提高算法的成像质量。(2)w-projection算法计算复杂并且需要处理海量的观测数据,因此将算法移植到GPU下以提高算法并行效率。针对目前算法在GPU上实现存在的问题,分别在内存分配、线程数量和线程块中寄存器的使用量等方面进行优化,然后根据新的设计方法在CUDA平台进行编程实现,有效的提高了算法的并行效率。(3)w-projection算法在CUDA平台下的实现需要对算法性能进行优化。通过应用w-plane最优经验值对CUDA平台下算法的数据分块tile大小和分块比例进行实验分析,得到适合处理SKA1-low望远镜观测数据的分块大小,提高了并行算法的性能。本文的研究成果:(1)在分析w-plane对w-projection算法处理速度和成像质量影响的过程中得到w-plane的最优经验值,提高了算法的成图质量;(2)针对现有的GPU算法在实现方面存在的问题,对GPU设备内存、线程数量和线程块中寄存器的使用量等方面做了改进并编程实现;(3)对算法的CUDA代码实现中的运行性能进行优化,通过实验分析得到针对SKA1-low望远镜的最优tile分块大小,有效提高SKA1-low望远镜的数据并行处理速度与质量。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第一章 绪论
  •   1.1 研究背景及意义
  •   1.2 国内外发展现状
  •   1.3 数据来源
  •   1.4 论文主要工作
  •   1.5 论文结构安排
  • 第二章 大视场成像与并行技术研究
  •   2.1 大视场成像
  •     2.1.1 射电干涉方法
  •     2.1.2 大视场与非共面基线效应
  •   2.2 并行技术研究
  •     2.2.1 MPI并行计算
  •     2.2.2 CUDA并行计算
  •   2.3 本章小结
  • 第三章 W-PLANE最优经验值研究
  •   3.1 算法分析
  •   3.2 数据处理流程
  •   3.3 W-PLANE
  •     3.3.1 W-PROJECTION算法中的W-PLANE
  •     3.3.2 W-STACKING算法中W-PLANE
  •   3.4观测模拟仿真实验
  •     3.4.1 实验环境
  •     3.4.2 模拟观测与成像处理
  •   3.5 实验结果分析
  •   3.6 本章小结
  • 第四章 W-PROJECTION算法的CUDA并行实现
  •   4.1 CUDA并行算法分析
  •   4.2 CUDA代码实现
  •     4.2.1 内存空间分配
  •     4.2.2 子模块功能及实现
  •   4.3 实验分析
  •     4.3.1 实验环境
  •     4.3.2 模拟观测与实验分析
  •   4.4 本章小结
  • 第五章 W-PROJECTION算法运行性能优化研究
  •   5.1 调度优化
  •   5.2 实验环境
  •   5.3 性能优化实验
  •   5.4 实验结果分析
  •   5.5 本章小结
  • 第六章 总结与展望
  •   6.1 工作总结
  •   6.2 工作展望
  • 致谢
  • 参考文献
  • 附录A 攻读学位期间发表论文目录
  • 附录B 攻读学位期间参与的科研项目
  • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 于晓雨

    导师: 邓辉

    关键词: 并行计算

    来源: 昆明理工大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学,信息科技

    专业: 天文学,计算机软件及计算机应用

    单位: 昆明理工大学

    分类号: TP391.41;P111.44

    DOI: 10.27200/d.cnki.gkmlu.2019.000978

    总页数: 68

    文件大小: 7444K

    下载量: 15

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