Segmentación de Imágenes en Procesadores Many-Core

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1 Universidad de Santiago de Compostela Segmentación de Imágenes en Procesadores Many-Core Lilien Beatriz Company Garay Fernández

2 Indice 1. Introducción Single-chip Cloud Computer (SCC) Algoritmo Paralelo de Segmentación de Imágenes 2. Implementación utilizando RCCE Especificaciones iniciales Funciones de comunicación entre procesos 3. Análisis de rendimiento Mapeo de tareas a diferentes cores Influencia del número de semillas Comparativa de las distintas configuraciones Comparativa con MPI Imágenes Resultantes 4. Conclusiones

3 Indice 1. Introducción Single-chip Cloud Computer (SCC) Algoritmo Paralelo de Segmentación de Imágenes 2. Implementación utilizando RCCE Especificaciones iniciales Funciones de comunicación entre procesos 3. Análisis de rendimiento Mapeo de tareas a diferentes cores Influencia del número de semillas Comparativa de las distintas configuraciones Comparativa con MPI Imágenes Resultantes 4. Conclusiones

4 Single-chip Cloud Computer (SCC) Procesador many-core experimental de Intel. Posee 48 cores X86 organizados en 24 tiles. No posee mecanismo de coherencia de caché. 4

5 Single-chip Cloud Computer (SCC) Tile Dos cores P54C de Pentium Caché L1I y L1D: 16 KB, L2: 256 KB Buffer de paso de mensajes (MPB) de 16 KB, que soporta el modelo de programación de paso de mensajes 5

6 Single-chip Cloud Computer (SCC) Red de Comunicación Red bidimensional que conecta a los tiles El enrutamiento de los datos sigue un camino primeramente horizontal y luego vertical 6

7 Single-chip Cloud Computer (SCC) Memoria del SCC Memoria del SCC Compuesta por módulos DRAM DDR3 y SRAM (el MPB) DRAM accesible a través de 4 controladores de memoria (CMs). Memoria privada y compartida. Capacidad de 64 GB Seis tiles comparten un MC para acceder a su memoria privada o compartida. La latencia de acceso a la memoria depende de la distancia del core al controlador (salto) 7

8 Single-chip Cloud Computer (SCC) Frecuencia, Voltaje y Gestión de Energía Dominios de frecuencia y voltaje modificables Varias configuraciones del SCC Valores mínimos y máximos de frecuencia para cada componente. 8

9 Single-chip Cloud Computer (SCC) RCCE Es una librería de paso de mensajes adecuada al SCC Ejecución sobre el propio chip o sobre un emulador Suple al mecanismo de coherencia de caché que no posee el SCC Dos primitivas de comunicación basicas: punto a punto y colectivas. Tres tipos de interfaz: básica, gory y una API de administración de energía Dos librerías que la complementan: RCEE_comm e ircce. 9

10 Indice 1. Introducción Single-chip Cloud Computer (SCC) Algoritmo Paralelo de Segmentación de Imágenes 2. Implementación utilizando RCCE Especificaciones iniciales Funciones de comunicación entre procesos 3. Análisis de rendimiento Mapeo de tareas a diferentes cores Influencia del número de semillas Comparativa de las distintas configuraciones Comparativa con MPI Imágenes Resultantes 4. Conclusiones

11 Algoritmo Paralelo de Segmentación de Imágenes Distribución inicial de semillas Distribución de semillas a los procesadores Equitativa e independiente Algoritmo de Prim Inicialización de T1 y T2 11

12 Algoritmo Paralelo de Segmentación de Imágenes Crecimiento Paralelo de Regiones (CRP) Mientras existan pixeles sin asignar a regiones: Aplicar 1 iteración del algoritmo secuencial en cada proceso (Algoritmo de Mehnert y Jackway) Cada T1 iteraciones (colisión entre regiones) Cada T2 iteraciones (velocidad de crecimiento) 12

13 Algoritmo Paralelo de Segmentación de Imágenes Análisis y redistribución de semillas Obtención de los píxeles frontera Obtención de la mejor redistribución de las regiones Reasignación del número de procesadores e intercambio de regiones entre ellos. 13

14 Algoritmo Paralelo de Segmentación de Imágenes Crecimiento Paralelo de Regiones (CRP) 14

15 Algoritmo Paralelo de Segmentación de Imágenes Crecimiento de Regiones Secuencial (CRS) Asignación de todas las regiones a un procesador Algoritmo CRS sobre píxeles frontera 15

16 Indice 1. Introducción Single-chip Cloud Computer (SCC) Algoritmo Paralelo de Segmentación de Imágenes 2. Implementación utilizando RCCE Especificaciones iniciales Funciones de comunicación entre procesos 3. Análisis de rendimiento Mapeo de tareas a diferentes cores Influencia del número de semillas Comparativa de las distintas configuraciones Comparativa con MPI Imágenes Resultantes 4. Conclusiones

17 Implementación RCCE Especificaciones iniciales RCCE_init () y RCCE_finalize(), activa y desactiva el entorno RCCE_comm_size (RCCE_COMM comm, int* nprocs), guarda la cantidad de procesos. RCCE_ue(), retorna el identificador del proceso RCCE_wtime(), retorna valor numérico en segundos RCCE_barrier(), que establece una barrera 17

18 Implementación RCCE Funciones de comunicación entre procesos (I) Poseen como primer parámetro una variable del tipo char* Vectores unidimensionales (arrays) Envío y recepción de datos bloqueantes : 18

19 Implementación RCCE Funciones de comunicación entre procesos (II) Reducciones: RCCE_comm para crear nuestras propias operaciones de reducción 19

20 Indice 1. Introducción Single-chip Cloud Computer (SCC) Algoritmo Paralelo de Segmentación de Imágenes 2. Implementación utilizando RCCE Especificaciones iniciales Funciones de comunicación entre procesos Diferencia entre MPI y RCCE en la implementación 3. Análisis de rendimiento Mapeo de tareas a diferentes cores Influencia del número de semillas Comparativa de las distintas configuraciones Comparativa con MPI Imágenes Resultantes 4. Conclusiones

21 Análisis de Rendimiento Mapeo de tareas (UEs) a diferentes cores Configuración por defecto (0) 21

22 Análisis de Rendimiento Influencia del número de semillas Man y peppers con diferente número de cores y semillas Aumento de semillas no implica aumento del tiempo Solape de regiones y distribución de semillas. Gracias al paralelismo la dimensión no es un factor tan determinante Comunicaciones dominan sobre el cómputo 22

23 Análisis de Rendimiento Comparativa de las distintas configuraciones Imagen peppers en las distintas configuraciones usando 72 semillas Mismas semillas Mayores valores de frecuencia, mejores tiempos de ejecución Conf 1, 2 y 4 similares 23

24 Análisis de Rendimiento Comparativa con MPI Librería de paso de mensajes MPI MPI sobre un nodo del Finisterrae. Un nodo posee 16 cores Itanium2 (1.6 GHz y 128 GB de memoria principal) Mismas semillas. Primera figura con 72 semillas. Las demás con diferente número. Mejor rendimiento con 8 procesadores Con MPI el tiempo se mantiene constante. MPI tarda un 15 % de lo que tarda RCCE Con 24 y 192 semillas se mantiene la misma diferencia 24

25 Análisis de Rendimiento Imágenes Resultantes (I) 25

26 Análisis de Rendimiento Imágenes Resultantes (II) 26

27 Indice 1. Introducción Single-chip Cloud Computer (SCC) Algoritmo Paralelo de Segmentación de Imágenes 2. Implementación utilizando RCCE Especificaciones iniciales Funciones de comunicación entre procesos 3. Análisis de rendimiento Mapeo de tareas a diferentes cores Influencia del número de semillas Comparativa de las distintas configuraciones Comparativa con MPI 4. Conclusiones

28 Conclusiones Estudio y análisis del procesador SCC Algoritmo de segmentación de imágenes portado al SCC usando RCCE Análisis de rendimiento en términos del tiempo de ejecución. Distinto número de cores, semillas y mapeo. Número óptimo de procesadores: ocho. No escala correctamente. Mapeo de tareas que dan el mejor rendimiento. Configuraciones de cores con menos saltos al controlador de memoria y/o cores distribuidos con respecto al dominio de memoria. Distintas configuraciones, mejor rendimiento en máximos valores de frecuencia de reloj. Comparación entre RCCE en SCC y MPI en el Finisterrae. 28

29 Aguije peẽme!!! Muchas Gracias!!! 29

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