图形处理器并行计算应用研究

【摘要】：现代图形处理器将数据流并行处理的概念引入硬件结构中,具有高性能的数据并行处理能力。本论文从图形处理器通用计算角度研究其在流体数值计算和媒体实时计算中的应用。本文的主要工作如下: 1) 将二阶投影法求解粘性不可压流体引入图形处理器的并行计算。定义二维情况下的边界表示,数据结构和组织,设计其整个并行计算过程。提出3层的编程模型来实现基于OpenGL下的通用计算,提供了实现该计算的计算核函数。 2) 在解决压力泊松方程收敛问题中,将体积分数多重网格法引入该计算。将原有算法并行化,结合图形处理器提供硬件功能优化其实现,其中通过深度精选实现边界区域数据的硬件剔除;通过纹理线性缩放避免了纹理偏移的计算。并通过数值实验分析该方法的有效性,在图形处理器上实现的高效性。 3) 通过对以上数值计算的性能分析,比较了采用图形处理器并行计算相对于CPU计算的优劣、特点,分析了图形处理通用计算目前的瓶颈,指出需要改进的地方。 4) 在媒体计算领域,通过实验比较了离散余弦变换及其快速算法在图形处理器上和CPU上的性能,证明传统的快速算法和计算复杂度不适用于图形处理器并行的计算。 5) 提出一种快速的景深效果实现方法,比较他和传统实现方法的效率,展示现代图形处理器在媒体处理上强大的灵活性和高效性。