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多核数字信号处理器并行矩阵转置算法优化

国防科技大学学报 2023年第1期45卷 57-66页

作者：裴向东王庆林廖林玉李荣春梅松竹刘杰庞征斌国防科技大学计算机学院湖南长沙410073 国防科技大学并行与分布处理国防科技重点实验室湖南长沙410073

矩阵转置是矩阵运算的基本操作,广泛应用于信号处理、科学计算以及深度学习等各种领域。随着国防科技大学自主研制的飞腾异构多核数字信号处理器(digital signal processor, DSP)在各种领域中的推广应用,对高性能矩阵转置实现提出了强... 详细信息

矩阵转置是矩阵运算的基本操作,广泛应用于信号处理、科学计算以及深度学习等各种领域。随着国防科技大学自主研制的飞腾异构多核数字信号处理器(digital signal processor, DSP)在各种领域中的推广应用,对高性能矩阵转置实现提出了强烈需求。针对飞腾异构多核DSP的体系结构特征与矩阵转置操作的特点,提出了一种适配不同数据位宽(8 B、4 B以及2 B)矩阵的并行矩阵转置算法ftmMT。该算法基于DSP中向量处理单元的Load/Store部件实现了向量化,同时基于矩阵分块实现了多个DSP核的并行处理,通过隐式乒乓设计实现了片上向量化转置与片外访存的重叠以及访存性能的大幅提升。实验结果表明,ftmMT能够显著加快矩阵转置操作,与CPU上的开源转置库HPTT相比,可获得高达8.99倍的性能加速。

关键词：多核DSP 矩阵转置并行算法算法优化

一种二维访问效率均衡的SAR数据矩阵转置方法

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电子学报 2016年第1期44卷 33-38页

作者：刘小宁谢宜壮赵博雅陈禾杨晨北京理工大学信息与电子学院北京100081

针对SAR成像矩阵转置效率偏低的问题,提出了矩阵分块三维映射法.该方法基于带有bank划分的存储介质并利用其数据访问特性,通过矩阵分块和跨bank优先数据访问方式将二维数据矩阵映射至存储介质的三维存储空间,能够充分发挥存储介质的数... 详细信息

针对SAR成像矩阵转置效率偏低的问题,提出了矩阵分块三维映射法.该方法基于带有bank划分的存储介质并利用其数据访问特性,通过矩阵分块和跨bank优先数据访问方式将二维数据矩阵映射至存储介质的三维存储空间,能够充分发挥存储介质的数据访问效率.实测结果表明,该方法使二维数据的访问效率都接近于顺序访问的效率,极大提高了SAR成像的矩阵转置效率.

关键词： SAR成像矩阵转置跨行访问三维映射

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实时SAR成像系统矩阵转置方法研究与实现

计算机工程与应用 2011年第22期47卷 117-119,144页

作者：边明明毕福昆汪精华北京理工大学信息与电子学院北京100081

合成孔径雷达(SAR)是一种高分辨率成像雷达,而矩阵转置是实时SAR成像信号处理中一个很重要的操作,矩阵转置的效率高低将直接决定整个SAR成像信号处理系统的性能。对于矩阵转置,可采用行进列出或列进行出、两页式或三页式转置等方法进行... 详细信息

合成孔径雷达(SAR)是一种高分辨率成像雷达,而矩阵转置是实时SAR成像信号处理中一个很重要的操作,矩阵转置的效率高低将直接决定整个SAR成像信号处理系统的性能。对于矩阵转置,可采用行进列出或列进行出、两页式或三页式转置等方法进行处理,但这些方法处理时间较长,转置效率较低。在现有矩阵转置方法的基础上,提出了一种新的矩阵转置方法。在实际硬件平台上利用提出的矩阵转置方法进行了实时SAR成像处理,所得结果的矩阵转置效率为78%,整个SAR成像处理时间为10秒。测试结果表明,该方法对解决矩阵转置问题是行之有效的。

关键词：合成孔径雷达矩阵转置合成孔径雷达(SAR)成像算法

基于矩阵转置优化的Intel KNL特性分析

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计算机工程与设计 2018年第5期39卷 1358-1364,1371页

作者：王琦韩林高雨辰李颖颖王曦信息工程大学数学工程与先进计算国家重点实验室河南郑州450001 成都市双流区规划建设局建设工程质量监督站四川成都610200

矩阵转置访存密集,便于并行优化,因此优化矩阵转置程序,旨在分析Knights Landing平台新特性。分析矩阵转置程序特性,按照矩阵一行元素个数,将矩阵分为3类;利用KNL平台提供的AVX-512扩展指令集对其进行向量化优化以及数据预取,利用OpenM... 详细信息

矩阵转置访存密集,便于并行优化,因此优化矩阵转置程序,旨在分析Knights Landing平台新特性。分析矩阵转置程序特性,按照矩阵一行元素个数,将矩阵分为3类;利用KNL平台提供的AVX-512扩展指令集对其进行向量化优化以及数据预取,利用OpenMP实现两种不同粒度的并行优化;利用矩阵转置程序,通过实验数据对比,分析KNL平台优化程序的特点及其不同模式的不同特性。

关键词：矩阵转置英特尔第二代至强融合处理器并行优化高带宽内存集群模式

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CPU+GPU异构并行的矩阵转置算法研究

东北师大学报（自然科学版） 2019年第4期51卷 70-77页

作者：肖汉李彩林李琦周清雷郑州师范学院信息科学与技术学院河南郑州450044 郑州大学信息工程学院河南郑州450001 山东理工大学建筑工程学院山东淄博255000

针对当前算法优化研究一般局限于单一硬件平台、很难实现在不同平台上高效运行的问题,利用图形处理器(GPU)提出了基于开放式计算语言(OpenCL)的矩阵转置并行算法.通过矩阵子块粗粒度并行、矩阵元素细粒度并行、工作项与数据的空间映射... 详细信息

针对当前算法优化研究一般局限于单一硬件平台、很难实现在不同平台上高效运行的问题,利用图形处理器(GPU)提出了基于开放式计算语言(OpenCL)的矩阵转置并行算法.通过矩阵子块粗粒度并行、矩阵元素细粒度并行、工作项与数据的空间映射和本地存储器优化方法的应用,使矩阵转置算法在GPU计算平台上的性能提高了12倍.实验结果表明,与基于CPU的串行算法、基于开放多处理(OpenMP)并行算法和基于统一计算设备架构(CUDA)并行算法性能相比,矩阵转置并行算法在OpenCL架构下NVIDIA GPU计算平台上分别获得了12.26,2.23和1.50的加速比.该算法不仅性能高,而且实现了在不同计算平台间的性能移植.

关键词：矩阵转置图形处理器开放式计算语言并行算法

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基于FPGA和DDR的高效率矩阵转置方法

现代雷达 2017年第4期39卷 34-40,44页

作者：吴沁文南京电子技术研究所南京210039

用可编程门阵列(FPGA)作为主处理芯片实现雷达信号处理时,大阶数矩阵转置经常由于双倍速率同步动态随机存储器(DDR)的跳行访问速率而成为系统处理速率的瓶颈。文中分析了DDR的读写机制,对DDR读写时间的组成进行了定量分析,提出了一种提... 详细信息

用可编程门阵列(FPGA)作为主处理芯片实现雷达信号处理时,大阶数矩阵转置经常由于双倍速率同步动态随机存储器(DDR)的跳行访问速率而成为系统处理速率的瓶颈。文中分析了DDR的读写机制,对DDR读写时间的组成进行了定量分析,提出了一种提高矩阵转置效率的分块式矩阵转置方法。该方法采用矩阵分块技术,使矩阵转置时DDR的读写速率得以均衡,从而提高DDR读写的平均效率。文中提供了矩阵转置效率的实验室实测数据,验证了该方法的有效性。该方法已在工程实践中得到了成功的应用。

关键词：可编程门阵列双倍速率同步动态随机存储器矩阵转置

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SAR成像系统快速矩阵转置算法的设计

科学技术与工程 2016年第21期16卷 266-271页

作者：张兰秦斯奇唐瑞武汉大学电子信息学院武汉430072

矩阵转置在实时SAR成像系统中起着重要作用,其效率高低直接决定整个SAR成像系统的处理性能。提出了一种新的矩阵转置方法——矩阵分割拼接法,该方法在传统转置算法的基础上利用EDMA3灵活的搬移方式,有效地提高了转置处理的速度。在此基... 详细信息

矩阵转置在实时SAR成像系统中起着重要作用,其效率高低直接决定整个SAR成像系统的处理性能。提出了一种新的矩阵转置方法——矩阵分割拼接法,该方法在传统转置算法的基础上利用EDMA3灵活的搬移方式,有效地提高了转置处理的速度。在此基础上,基于TMS320C6678平台,对该方法的性能进行了测试。测试结果表明,该方法在处理速率上具有较大提升,相较于传统矩阵方法在数据量为512 MB的情况下处理速度提升了255倍,更好地满足了SAR成像的实时性要求。

关键词：矩阵转置 SAR成像 EDMA3

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SAR实时成像高效矩阵转置研究和实现

现代雷达 2013年第3期35卷 24-27页

作者：鲍胜荣周海斌南京电子技术研究所南京210039

矩阵转置是SAR成像处理中的重要运算,SAR成像的实时巨量数据处理对基于片外存储的矩阵转置算法效率提出了很高的要求,而目前的实时转置算法实现的效率都偏低。文中通过分析片外存储特性,研究和提出适用于SAR实时成像的矩阵转置算法,占... 详细信息

矩阵转置是SAR成像处理中的重要运算,SAR成像的实时巨量数据处理对基于片外存储的矩阵转置算法效率提出了很高的要求,而目前的实时转置算法实现的效率都偏低。文中通过分析片外存储特性,研究和提出适用于SAR实时成像的矩阵转置算法,占有片内资源少,读写平衡且效率高,配置灵活可组合成较复杂的矩阵转置形式,目前已成功应用于多种模式的SAR成像处理。

关键词：合成孔径雷达矩阵转置流水平衡转置效率

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基于SMP的矩阵转置算法研究与实现

计算机工程与设计 2016年第10期37卷 2690-2694页

作者：远远陈亮华北计算技术研究所北京100083 北京理工大学信息与电子学院北京100081

为有效解决雷达信号处理系统中矩阵转置问题,对对称多处理器(symmetric multiprocessor,SMP)并行处理系统中矩阵转置处理方法进行研究,通过分析DDR访问过程中影响访问效率的两大因素,提出适合SMP系统的两维均衡细粒度交织矩阵转置算法... 详细信息

为有效解决雷达信号处理系统中矩阵转置问题,对对称多处理器(symmetric multiprocessor,SMP)并行处理系统中矩阵转置处理方法进行研究,通过分析DDR访问过程中影响访问效率的两大因素,提出适合SMP系统的两维均衡细粒度交织矩阵转置算法。通过优化矩阵划分减少行列访问中激活页的总次数,节省大量时间开销;在页内采取行列交织存储的方式降低页内跳转次数,使得访问更加符合DDR突发特性,提高页内数据的访问效率。测试结果表明,行列访问带宽几乎一致,两维平均带宽可达到理论带宽的86.7%。

关键词：对称多处理器矩阵转置合成孔径雷达突发长度并行处理