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임베디드 GPU를 위한 OpenCL 기반 디모자이킹 애플리케이션 최적화
강수연,정재훈,정우근,이재진 한국정보과학회 2022 정보과학회 컴퓨팅의 실제 논문지 Vol.28 No.12
Currently, most mobile devices are equipped with high-performance cameras, and the importance of image processing acceleration technology is increasing daily. A separate dedicated image processor is in charge of basic image processing in mobile devices, but this processor has a limitation in that it processes only a specific algorithm. Accordingly, it is necessary to secure technology that can accelerate general image processing algorithms by utilizing the GPU, which is a programmable general-purpose processor. In this paper, we introduce various techniques for optimizing OpenCL-based demosaicing applications in mobile devices equipped with a Mali GPU. Through optimizations, we achieve a high level of image processing performance, suggesting the possibility of using embedded GPUs in mobile devices. 최근 대부분의 스마트폰에는 고성능의 카메라가 탑재되어 있으며, 이미지 처리 가속 기술의 중요성이 나날이 증대되고 있다. 스마트폰에는 기본적인 이미지 처리를 담당하는 별도의 전용 이미지 프로세서가 존재하는데, 이 프로세서는 특정한 알고리즘만 처리한다는 한계점을 가지고 있다. 이에 따라 프로그래밍이 가능한 범용 프로세서인 GPU를 활용하여 일반적인 이미지 처리 알고리즘을 가속할 수 있는 기술을 확보하여야 한다. 본 논문에서는 대표적인 임베디드 GPU인 Mali GPU를 탑재한 모바일 디바이스에서OpenCL 기반의 디모자이킹 애플리케이션을 최적화하는 다양한 기술들을 소개한다. 다양한 최적화 기술을통해 리얼-타임 내에 대용량 이미지를 처리하는 것을 목표로 한다. 높은 수준의 이미지 처리 성능을 달성함으로써, 모바일 디바이스에서의 임베디드 GPU의 활용 가능성을 제시한다.
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암호화된 빅데이터 상에서 효율적인 질의 처리를 지원하는 Prefix 트리를 사용한 GPU 기반 병렬 질의처리 기법
신영성,이현조,장재우 한국차세대컴퓨팅학회 2014 한국차세대컴퓨팅학회 논문지 Vol.10 No.2
최근 페이스북, 트위터 등의 SNS(Social Networking Service)가 발전함에 따라, 사용자가 생성하는 데이터가 급격히 증가하고 있다. 사용자 데이터는 민감한 개인정보를 포함하기 때문에, 원본 데이터를 공격자로부터 보호하기 위해서는 데이터를 암호화하는 것이 필요하다. 따라서 암호화된 데이터의 복호화 없이 질의를 처리하는 암호화 질의 처리 기법이 제안되었다. 그러나 기존의 질의처리 기법은 암호화 데이터에 대한 색인 구조를 구축하고 이를 순차적 으로 탐색하기 때문에, 데이터의 크기가 증가함에 따라 질의탐색 비용이 증가하는 문제점이 존재한다. 이를 위해, P.B.Volk, et al.은 prefix 트리 기반 병렬 질의처리 알고리즘을 제안하였다. 제안하는 알고리즘은 암호화된 데이 터를 위해 prefix 트리 구조를 구축하고, 트리를 부분 트리로 분할하여 생성된 모든 부분 트리를 병렬적으로 탐색한 다. 그러나 이 알고리즘은 모든 부분 트리를 탐색하기 때문에, 트리 깊이에 따라 연산 비용이 급격히 증가하는 문제 점이 존재한다. 아울러, 이 알고리즘은 범위 질의나 부분 매칭 등의 다양한 질의를 지원하지 못하는 문제점이 존재 한다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 본 논문에서는 prefix 트리 및 해시 테이블을 사용하는 GPU 기반 병렬 질의처 리 알고리즘을 제안한다. 제안하는 알고리즘은 prefix 트리 loop-up 테이블을 사용하여 범위 질의 및 부분매칭 질 의를 지원한다. 아울러 제안하는 알고리즘이 기존 P.B.Volk, et al. 의 알고리즘보다 검색 시간 측면에서 약 30% 우수한 성능을 나타냄을 보인다.
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GPU 가속화된 옷감-액체 상호작용을 이용한 기공 흐름, 흡수, 방출 및 확산의 효율적 표현
김종현(Jong-Hyun Kim) 한국컴퓨터정보학회 2024 韓國컴퓨터情報學會論文誌 Vol.29 No.6
본 논문에서는 옷감과 입자 기반 유체 해법인 SPH(Smoothed particle hydrodynamics)를 이용한 액체 간의 상호작용으로 표현되는 다공성 흐름(Pore flow), 흡수, 방출 그리고 확산 효과를 GPU 기반으로 빠르게 표현할 수 있는 방법을 제안한다: 1) 옷감-액체의 상호작용에 의해 표현되는 다양한 물리적 효과를 GPU 기반으로 표현할 수 있는 통합형 프레임워크, 2) SPH 기반으로 노드의 포화도를 효율적으로 계산하고 이를 주변 Porous 입자들로 전달하는 방법, 3) 유체 흡수 및 방출방향을 안정적으로 계산하기 위해 다르시 법칙(Darcy’s law)을 기반으로 안정성을 개선시키는 방법, 4) Porous 입자들로 흡수되는 과정에서 유체의 흐름 방향에 따라 흡수되는 양을 조절하는 방법, 마지막으로 5) SPH 입자의 최대 질량이 넘지 않도록 방출할 수 있는 방법을 제시한다. 제안하는 방식의 가장 큰 장점은 모든 연산이 GPU에서 계산되고 동작하기 때문에 빠르게 옷감과 유체의 상호작용으로 표현되는 다공성 재질, 다공성 흐름, 흡수, 반사, 확산 등을 모델링할 수 있다. In this paper, we propose a fast GPU-based method for representing pore flow, absorption, emission, and diffusion effects represented by cloth-liquid interactions using smoothed particle hydrodynamics (SPH), a particle-based fluid solver: 1) a unified framework for GPU-based representation of various physical effects represented by cloth-liquid interactions; 2) a method for efficiently calculating the saturation of a node based on SPH and transferring it to the surrounding porous particles; 3) a method for improving the stability based on Darcys law to reliably calculate the direction of fluid absorption and release; 4) a method for controlling the amount of fluid absorbed by the porous particles according to the direction of flow; and finally, 5) a method for releasing the SPH particles without exceeding their maximum mass. The main advantage of the proposed method is that all computations are computed and run on the GPU, allowing us to quickly model porous materials, porous flows, absorption, reflection, diffusion, etc. represented by the interaction of cloth and fluid.
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안드로이드 폰에서의 모바일 GPU 성능 분석 및 최적화
조창우(Chang-Woo Cho),김신덕(Shin-Dug Kim) 한국컴퓨터정보학회 2013 한국컴퓨터정보학회 학술발표논문집 Vol.21 No.2
본 논문에서는 최신 안드로이드 기반 상용 스마트폰의 모바일 GPU 성능 향상을 위한 방법론을 제안한다. 동일 하드웨어를 가지고 스마트폰을 개발하더라도 제조사의 역량에 따라 소프트웨어 최적화의 정도가 달라서 그래픽 성능 차이가 날 수 있다. 그러므로 우리는 시스템 소프트웨어 레벨에서 그래픽 품질에 아무런 영향을 주지 않고 성능 향상을 이끌어낼 수 있는 기법에 대해 소개한다. 이를 위해 A사, B사 안드로이드 스마트폰을 대상으로 안드로이드 커널에 따른 분석을 수행하였고, GPU 디바이스 드라이버에 따른 분석을 수행하였으며, 마지막으로 타사 휴대폰과의 성능 비교를 통해 이 결과를 비교 분석하였다. 결과적으로 GPU 디바이스 드라이버 변경과 안드로이드 커널 변경을 시도함으로써 B사 대비 68%의 성능을 보인 A사 스마트폰의 성능을 96%까지 향상시킬 수 있었다.
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GCN 아키텍쳐 상에서의 OpenCL을 이용한 GPGPU 성능향상 기법 연구
우동희,김윤호 한국전자거래학회 2018 한국전자거래학회지 Vol.23 No.1
The current system upon which a variety of programs are in operation has continuouslyexpanded its domain from conventional single-core and multi-core system to many-coreand heterogeneous system. However, existing researches have focused mostly on parallelizingprograms based CUDA framework and rarely on AMD based GCN-GPU optimization. Inlight of the aforementioned problems, our study focuses on the optimization techniques ofthe GCN architecture in a GPGPU environment and achieves a performance improvement. Specifically, by using performance techniques we propose, we have reduced more then 30%of the computation time of matrix multiplication and convolution algorithm in GPGPU. Also,we increase the kernel throughput by more then 40%. 현재 프로그램이 운용되는 시스템은 기존의 싱글코어 및 멀티코어 환경을 넘어서 매니코어,부가 프로세스 및 이기종 환경까지 그 영역이 확장되고 있는 중이다. 하지만, 기존 연구의경우 NVIDIA 벤더에서 나온 아키텍쳐 및 CUDA로의 병렬화가 주로 이루어졌고 AMD에서나온 범용 GPU 아키텍쳐인 GCN 아키텍쳐에 대한 성능향상에 관한 연구는 제한적으로이루어졌다. 이런 점을 고려해 본 논문에서는 GCN 아키텍쳐의 GPGPU 환경인 OpenCL내에서의 성능향상 기법에 대해 연구하고 실질적인 성능향상을 보였다. 구체적으로, 행렬곱셈과 컨볼루션을 적용한 GPGPU 프로그램을 본 논문에서 제시한 성능향상 기법을 통해최대 30% 이상의 실행시간을 감소시켰으며, 커널 이용률 또한 40% 이상 높였다.
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