영상처리를 위한 범용성과 지능성을 갖는 병렬 처리기 구조

백순흠,박종원,최성혁 공주영상정보대학 2000 논문집 Vol.7 No.-

운용 측면에서 병렬 처리 방법을 SIMD 구조와 Semi-MIMD 구조를 적용할 수 있도록 하여 병렬 처리 프로그램 작성의 용이성과 적용 대상 범위를 증대시켜 사용자로 하여금 병렬 처리 알고리즘을 제안한 병렬 처리기를 이용하여 구현 시에 편의성을 제고하였다. 성능 개선 측면에서 영상 데이터를 처리하는 과정에서 많이 적용되는 Matrix 연산을 적용 예로 하며 일반적인 직렬 처리 계산 과정과 제안한 병렬 처리기 계산 과정을 비교한 결과, 계산 결과가 일치하였고 성능면에서는 2배의 성능 개선 효과를 얻을 수 있었다. 2배의 성능 개선 효과는 병렬 처리기의 처리기가 4개인 경우이므로, 처리기의 개수가 증가하면 증가된 개수에 따라 그 성능 개선 폭은 더욱 증대될 것이다.

비정렬 격자에 대한 광선 투사를 위한 셀 사이 연결정보 추출 병렬처리 알고리즘

이지훈(Jihun Lee),김덕수(Duksu Kim) 한국컴퓨터그래픽스학회 2020 컴퓨터그래픽스학회논문지 Vol.26 No.1

본 논문은 비정렬 격자에 대한 광선투사 수행의 전처리 과정 중 하나인 셀 사이 연결정보 추출에 대한 멀티코어 CPU 기반 병렬처리 알고리즘을 제안한다. 본 연구는 기존의 직렬처리 알고리즘을 단순히 병렬화하였을 때 발생하는 동기화 문제를 확인하고, 이를 해결할 수 있는 3-단계 병렬처리 알고리즘을 제안한다. 제안하는 알고리즘은 각 단계 내에서의 스레드 간 동기화를 제거함으로서 병렬처리 효율을 높인다. 또한, 연결정보 추출 알고리즘의 핵심 연산인, 삼각형 중복 검사 과정의 메모리 접근에 대한 공간적 지역성을 높이고 캐시 활용 효율을 향상시킨다. 본 연구는 나아가, 스레드 마다 자체 메모리 풀을 사용하게 함으로서 병렬처리 효율을 더욱 높인다. 본 연구의 효용성을 확인하기 위해, 제안하는 알고리즘을 두 개의 옥타코어 CPU를 가지는 시스템에 구현하고 세 개의 비정렬 격자 데이터에 적용하였다. 그 결과, 제안하는 병렬처리 알고리즘은 스레드 수 증가에 따라 지속적으로 성능 향상을 보여주었다. 또한, 32개 스레드(물리코어 16개)를 사용하여 기존 직렬처리 알고리즘 대비 최대 82.9배 높은 성능을 보여주었다. 이는 제안하는 알고리즘의 높은 병렬처리 확장성 및 캐시 활용 효율 개선 효과를 증명하며, 대용량 비정렬 격자 처리에 대한 적합성을 보여주는 결과다. We present a novel multi-core CPU based parallel algorithm for the cell-connectivity information extraction algorithm, which is one of the preprocessing steps for volume rendering of unstructured grid data. We first check the synchronization issues when parallelizing the prior serial algorithm naively. Then, we propose a 3-step parallel algorithm that achieves high parallelization efficiency by removing synchronization in each step. Also, our 3-step algorithm improves the cache utilization efficiency by increasing the spatial locality for the duplicated triangle test process, which is the core operation of building cell-connectivity information. We further improve the efficiency of our parallel algorithm by employing a memory pool for each thread. To check the benefit of our approach, we implemented our method on a system consisting of two octa-core CPUs and measured the performance. As a result, our method shows continuous performance improvement as we add threads. Also, it achieves up to 82.9 times higher performance compared with the prior serial algorithm when we use thirty-two threads (sixteen physical cores). These results demonstrate the high parallelization efficiency and high cache utilization efficiency of our method. Also, it validates the suitability of our algorithm for large-scale unstructured data.

라즈베리파이 4 기반 병렬처리 시스템의 성능 평가

한현승 ( Hyeonseung Han ),김경하 ( Kyungha Kim ),정승우 ( Seungwoo Jung ),장윤석 ( Yunseok Chang ) 한국정보처리학회 2022 한국정보처리학회 학술대회논문집 Vol.29 No.2

병렬처리시스템이 설계와 구축에서 가장 중요한 관점 중의 하나는 비용 대비 성능이다. 본 연구에서는 라즈베리파이 4를 클러스터 방식으로 연결하여 병렬처리 시스템을 구축하였을 때, 클러스터의 병렬처리 성능이 다른 병렬처리 시스템과 유사한 확장성과 병렬처리 성능을 보여주는지를 HPL 벤치 마크를 통하여 검증하였다. 실험 결과 라즈베리파이 기반의 병렬처리 시스템이 클러스터의 크기에 따른 병렬 확장성이 있고, 다른 병렬처리 시스템들과 유사한 처리 성능을 가질 수 있음을 확인하였으며, 이를 통하여 라즈베리파이와 같은 저가의 처리장치로도 충분한 크기의 클러스터를 구성할 경우 높은 성능을 기대할 수 있음을 알 수 있다.

병렬 처리를 이용한 부분 시스템 기반 유연다물체 동역학의 효율적인 해석 연구

한종부(Jong-Boo Han),송하준(Hajun Song),김성수(Sung-Soo Kim) 대한기계학회 2017 大韓機械學會論文集A Vol.41 No.6

많은 절점 자유도로 표현이 되는 유연다물체 시스템의 효율적인 해석을 위해서는 병렬처리 기법이 적용될 수 있다. 이 분야에서의 병렬처리기법은 주로 선형대수방정식의 효율적인 해법에 초점이 맞추어 연구가 진행되었다. 본 논문에서는 기존의 방법과는 달리 병렬처리에 적합한 유연다물체 동역학 공식을 부분 시스템 합성방법을 이용하여 개발하고, OpenMP를 사용한 효율적인 병렬처리 방식을 제안하였다. 서로 다른 두 가지 병렬처리 방식을 3개의 동일한 유연체 회전 날개 시스템 시뮬레이션 통하여 비교하였다. 또한 실제의 CPU시간을 비교하여 제안한 병렬처리 방법의 효율성을 고찰하였다. Flexible multibody simulations are widely used in the industry to design mechanical systems. In flexible multibody dynamics, deformation coordinates are described either relatively in the body reference frame that is floating in the space or in the inertial reference frame. Moreover, these deformation coordinates are generated based on the discretization of the body according to the finite element approach. Therefore, the formulation of the flexible multibody system always deals with a huge number of degrees of freedom and the numerical solution methods require a substantial amount of computational time. Parallel computational methods are a solution for efficient computation. However, most of the parallel computational methods are focused on the efficient solution of large-sized linear equations. For multibody analysis, we need to develop an efficient formulation that could be suitable for parallel computation. In this paper, we developed a subsystem synthesis method for a flexible multibody system and proposed efficient parallel computational schemes based on the OpenMP API in order to achieve efficient computation. Simulations of a rotating blade system, which consists of three identical blades, were carried out with two different parallel computational schemes. Actual CPU times were measured to investigate the efficiency of the proposed parallel schemes.

평활량 선택문제 측면에서 본 중첩병렬화 상황에서 병렬처리 포인트선택

조가영,노호석 한국통계학회 2018 응용통계연구 Vol.31 No.3

Various parallel processing R packages are used for fast processing and the analysis of big data. Parallel processing is used when the work can be decomposed into tasks that are non-interdependent. In some cases, each task decomposed for parallel processing can also be decomposed into non-interdependent subtasks. We have to choose whether to parallelize the decomposed tasks in the first step or to parallelize the subtasks in the second step when facing nested parallelism situations. This choice has a significant impact on the speed of computation; consequently, it is important to understand the nature of the work and decide where to do the parallel processing. In this paper, we provide an idea of how to apply parallel computing effectively to problems by illustrating how to select a parallelism point for the bandwidth selection of nonparametric regression. 빅데이터의 시대가 열림에 따라 데이터의 빠른 처리와 분석을 위한 방법의 하나로 R 프로그램 기반의 다양한 병렬처리 패키지가 사용되고 있다. 병렬처리는 수행하려는 작업이 상호의존적이지 않은 작업들로 분해될 수 있을 때 사용하게 되는데, 경우에 따라서는 병렬처리를 위해 분해된 각각의 작업들이 또 다시 상호의존적이지 않은 세부작업으로 분해되기도 한다. 이러한 중첩병렬화 상황에서는 일반적으로 처음 단계에서 분해된 작업들에 대해 병렬처리를 할지, 두 번째 단계에서 세분화되는 작업들에 대해 병렬처리를 할지 선택하게 된다. 그러한 선택이 계산 속도에 상당한 영향을 주는 경우가 많기 때문에 수행하고자 하는 작업의 상황에 따라 병렬처리를 실시할 곳을 잘 결정하는 것이 중요하다. 본 논문에서는 이러한 병렬화 포인트 선택이라는 문제에 대한 이해를 돕고 자신의 문제에 효과적으로 병렬컴퓨팅을 적용하려는 사람들에게 필요한 아이디어를 제공하려는 시도의 하나로 비모수적 함수 추정의 평활량 선택이라는 구체적인 통계문제에 대해 효율적인 계산을 위한 병렬화 포인트 선택 과정을 제시하였다.

클라우드 컴퓨팅에서 프라이버시 보호를 지원하는 데이터 필터링 기반 병렬 영역 질의 처리 알고리즘

김형진 ( Hyeong Jin Kim ),장재우 ( Jae-woo Chang ) 한국정보처리학회 2021 정보처리학회논문지. 컴퓨터 및 통신시스템 Vol.10 No.9

최근 클라우드 컴퓨팅이 발전함에 따라 데이터베이스 아웃소싱에 대한 관심이 증가하고 있다. 그러나 데이터베이스를 아웃소싱하는 경우, 데이터 소유자의 정보가 내부 및 외부 공격자에게 노출되는 문제점을 지닌다. 따라서 본 논문에서는 프라이버시 보호를 지원하는 병렬 영역 질의처리 알고리즘을 제안한다. 제안하는 알고리즘은 Paillier 암호화 시스템을 사용하여 데이터 보호, 질의 보호, 접근 패턴 보호를 지원한다. 또한 기존 알고리즘에서 영역 겹침을 확인하는 프로토콜(SRO)의 연산 비용을 줄이기 위해 garbled 서킷(circuit) 을 통해 SRO 프로토콜의 효율성을 향상시킨다. 제안하는 병렬 영역 질의 처리 알고리즘은 크게 2단계로 구성된다. 이는 kd-트리를 병렬적으로 탐색하고 질의를 포함하는 단말 노드의 데이터를 안전하게 추출하는 병렬 kd-트리 탐색 단계와 다수의 thread를 통해 질의 영역에 포함된 데이터를 병렬 탐색하는 병렬 데이터 탐색 단계로 구성된다. 한편, 제안하는 알고리즘은 암호화 연산 프로토콜과 인덱스 탐색의 병렬화를 통해 우수한 질의 처리 성능을 제공한다. 제안하는 병렬 영역 질의 처리 알고리즘은 thread 수에 비례하여 성능이 향상됨을 알 수 있고 10 thread 상에서 기존 기법은 38초, 제안하는 기법은 11초로 약 3.4배의 성능 향상이 있음을 보인다. Recently, with the development of cloud computing, interest in database outsourcing is increasing. However, when the database is outsourced, there is a problem in that the information of the data owner is exposed to internal and external attackers. Therefore, in this paper, we propose a parallel range query processing algorithm that supports privacy protection. The proposed algorithm uses the Paillier encryption system to support data protection, query protection, and access pattern protection. To reduce the operation cost of a checking protocol (SRO) for overlapping regions in the existing algorithm, the efficiency of the SRO protocol is improved through a garbled circuit. The proposed parallel range query processing algorithm is largely composed of two steps. It consists of a parallel kd-tree search step that searches the kd-tree in parallel and safely extracts the data of the leaf node including the query, and a parallel data search step through multiple threads for retrieving the data included in the query area. On the other hand, the proposed algorithm provides high query processing performance through parallelization of secure protocols and index search. We show that the performance of the proposed parallel range query processing algorithm increases in proportion to the number of threads and the proposed algorithm shows performance improvement by about 5 times compared with the existing algorithm.

병렬처리로 구현한 자기조직화 신경망을 이용한 정규혼합분포의 추정

안성만,이철희 한국지능정보시스템학회 2011 한국지능정보시스템학회 학술대회논문집 Vol.2011 No.12

본 연구에서는 자기조직화 신경망이 필요한 노드만을 가지고 최적화하여 정규혼합분포를 추정하는 모형(안성만, 2011)을 Java언어에서 제공하는 스레드(Thread)를 기반으로, 멀티코어컴퓨팅환경에서 병렬처리방식으로 구현하여 순차처리방식에 비해 짧은 연산시간으로 정규혼합모형의 추정이 가능함을 보이려고 한다. 안성만(2011)이 제안한 모형은 개념적으로는 병렬처리가 가능한 것으로 보이지만 실제 병렬처리로 구현하려면 혼합비율의 조건부 기대값을 매번 수정해야 하는 문제로 인하여 각 병렬처리 노드가 독립적으로 실행되지 못하는 문제가 있다. 이 문제를 고려하여 본 연구에서는 병렬처리 방법론을 제안하고 그 성능을 평가하였다. 병렬처리 방법론은 Java의 멀티스레드를 이용하여 구현되었으며, 모의실험을 통하여 제안한 모형이 기대한 결과를 얻음을 확인하였다.

실시간 3차원 레이저 레이더 영상 생성을 위한 CUDA 기반 병렬처리 소프트웨어 설계

조용일(Yong Il Cho),하중림(Choong Lim Ha),양지현(Ji Hyeon Yang),김재협(Jae Hyup Kim) 한국컴퓨터정보학회 2013 韓國컴퓨터情報學會論文誌 Vol.18 No.1

본 논문은3차원레이저레이더(LADAR, Laser Ladar) 영상 생성 시스템 개발을 수행함에 있어, 요구되는 실시간 처리를 구현하기 위해 CPU(Central Processing Unit) 및 GPU(Graphic Processing Unit)의 병렬처리 구조를 설계하는 CUDA(Common Unified Device Architecture) 기반 소프트웨어(SW, Software) 구현 기법에 대하여 설명한다. LADAR 시스템은 레이저 거리정보를 기반으로 3차원 영상을 생성하는 복잡도 높은 시스템으로써, 각 단계별로 많은 량의 처리 자원이 필요하다. 따라서, 한정된 시스템 자원 내에서 이를 실시간으로 처리하기 위해서는 반드시 병렬처리 구조를 설계 및 적용해야 한다. 본 논문에서는, 처리 알고리즘의 단계적 분석을 통해 분할 가능한 작업에 대하여 CUDA GPU로 할당 및 처리를 수행함으로써, 시스템에서 요구하는 실시간 처리를 달성하였으며, 처리 속도 분석을 통해 최대 46%의 처리 속도 향상을 확인할 수 있었다. In this paper, we propose a CUDA(Common Unified Device Architecture) based SW(software) design method for CPU(Central Processing Unit) and GPU(Graphic Processing Unit) parallel structure to implement real-time process in 3D Laser ladar(LADAR) imaging system. LADAR is a complex system to generate 3-dimensional image based on the laser ranging information, and requires massive process resources in each phase. Therefore, designing and implementing parallel structure are crucial to realize a real-time process within limited system resource. As a conclusion, we can meet the speed of required real-time process allocating separable work load to CUDA GPU by analyzing process algorithm in each phase and confirm the process speed increase by 46%.

이산사건 워게임 시뮬레이션을 위한 실시간 병렬 엔진의 설계 및 구현

김진수,김대석,김정국,류근호,Kim, Jin-Soo,Kim, Dae-Seog,Kim, Jung-Guk,Ryu, Keun-Ho 한국정보처리학회 2003 정보처리학회논문지 A Vol.10 No.2

군사용 워게임 시뮬레이션 모델들의 상호연동을 위해서는 국제표준연동(HLA : High Level Architecture)구조를 반드시 갖추어야하며 타 모델과 연동시 발생되는 시스템 오버헤드를 줄이기 위해서는 병렬 시뮬레이션 엔진 도입이 효과적이다. 그러나 기존 군사용 워게임 시뮬레이션 모델엔진의 이벤트 처리는 순차적 이벤트-드리븐 방식으로 처리하고 있다. 이는 병렬로 처리 시 글로벌 자료영역에 대한 동시참조등의 문제점들이 발생하기 때문이다. 아울러 기존 시뮬레이션 플랫폼으로 다중 CPU 시스템을 사용하여도 여러 개의 CPU를 다 활용하지 못하는 결과를 초래하고 있다. 따라서 이 논문에서는 군사용 워 게임 모델의 시스템 처리능력 향상과 글로벌 자료 영역에 대한 동시참조, 대외적인 시뮬레이션 시간처리, 장애 회복(Crash Recovery)시 병행 처리된 이벤트들의 순서를 보장 할 수 있는 객체모델에 기반한 병렬 시뮬레이션 엔진으로의 전환을 제안한다 이 전환된 병렬 시뮬레이션 엔진은 다중 CPU 시스템(SMP)상에서도 병렬 실행이 가능하도록 설계하고 구현하였다. Military wargame simulation models must support the HLA in order to facilitate interoperability with other simulations, and using parallel simulation engines offer efficiency in reducing system overhead generated by propelling interoperability. However, legacy military simulation model engines process events using sequential event-driven method. This is due to problems generated by parallel processing such as synchronous reference to global data domains. Additionally. using legacy simulation platforms result in insufficient utilization of multiple CPUs even if a multiple CPU system is under use. Therefore, in this paper, we propose conversing the simulation engine to an object model-based parallel simulation engine to ensure military wargame model's improved system processing capability, synchronous reference to global data domains, external simulation time processing, and the sequence of parallel-processed events during a crash recovery. The converted parallel simulation engine is designed and implemented to enable parallel execution on a multiple CPU system (SMP).

ROI와 병렬처리를 이용한 UAV 자세정보추정 처리속도 향상

하석운(Seok-Wun Ha),박명철(Myeong-Chul Park) 한국컴퓨터정보학회 2021 韓國컴퓨터情報學會論文誌 Vol.26 No.1

최근 UAV를 활용하는 정밀 추적이나 임무완수 등의 군사 목적의 연구가 활발하게 진행되고 있다. 특히 앞서가는 유도 UAV의 자세 정보를 추정하고 이 정보를 이용하여 임무 UAV가 스텔스로 따라가서 자신의 임무를 완수하는 기능이 필요한 경우에는 유도 UAV의 자세 정보 추정 속도를 실시간으로 처리해야만 한다. 최근까지 영상처리와 칼만 필터를 사용해서 앞서가는 유도 UAV의 자세정보를 정밀하게 추정하는 연구가 수행되어 왔으나 처리과정의 순차처리로 인해 처리속도에 있어 문제점이 있어왔다. 따라서 본 연구에서는 영상 처리에 있어 처리영역을 전체영역이 아닌 물체를 포함하는 ROI 영역으로 한정하고 또한 연속적인 처리 과정을 OpenMP 기반의 멀티스레드로 분배하고 스레드동기를 맞추어서 병렬 형태로 처리함으로써 자세정보 추정 속도를 향상시킬 수 있는 방법을 제안한다. 구현 결과를 통해서 기본의 처리에 비해 45%이상 처리 속도를 향상시킴으로써 실시간처리가 가능하게 되어 임무 UAV의 추적 기능 향상을 통한 임무 완수 가능성을 증가시킬 수 있음을 확인하였다. Recently, researches for military purposes such as precision tracking and mission completion using UAVs have been actively conducted. In particular, if the posture information of the leading UAV is estimated and the mission UAV uses this information to follow in stealth and complete its mission, the speed of the posture information estimation of the guide UAV must be processed in real time. Until recently, research has been conducted to accurately estimate the posture information of the leading UAV using image processing and Kalman filters, but there has been a problem in processing speed due to the sequential processing of the processing process. Therefore, in this study we propose a way to improve processing speed by applying methods that the image processing area is limited to the ROI area including the object, not the entire area, and the continuous processing is distributed to OpenMP-based multi-threads and processed in parallel with thread synchronization to estimate attitude information. Based on the experimental results, it was confirmed that real-time processing is possible by improving the processing speed by more than 45% compared to the basic processing, and thus the possibility of completing the mission can be increased by improving the tracking and estimating speed of the mission UAV.