Grafiikkaprosessorin hyödyntäminen piirisimuloinnissa

 |  Login

Show simple item record

dc.contributor Aalto-yliopisto fi
dc.contributor Aalto University en
dc.contributor.advisor Virtanen, Jarmo
dc.contributor.author Hulkkonen, Mikko
dc.date.accessioned 2012-07-02T08:35:49Z
dc.date.available 2012-07-02T08:35:49Z
dc.date.issued 2011
dc.identifier.uri https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/3755
dc.description.abstract Nykypäivän grafiikkaprosessorit (GPU) koostuvat sadoista monisäikeisistä, moniytimisistä prosessoreista ja monimutkaisesta korkean kaistanleveyden muistiarkkitehtuurista. Tämän vuoksi niistä on tullut hyvä vaihtoehto nopeuttamaan rinnakkaistettua yleislaskentaa, jossa suuria datamääriä käsitellään samoilla funktioilla. Myös piirisimuloinnin alalla on esitelty menestyksellisiä GPU-laskennan sovellutuksia. Tämän opinnäytteen tavoitteena on tutkia GPU-laskennan mahdollisuuksia APLAC-piirisimulointiohjelmassa. Työssä esitellään myös diodimallin laskennan toteutus GPU:lla. Epälineaarinen diodimalli toteutettiin NVIDIAn CUDA-arkkitehtuurilla, joka on niin sanottu SIMT-arkkitehtuuri (single-instruction, multiple-thread) eli yksi käsky suoritetaan kerrallaan usealle säikeelle. CUDA-laite ohjelmoitiin CUDA C -ohjelmointirajapinnalla, joka on standardin C-kielen laajennus. Testitulokset paljastivat että diodin yksinkertaisesta epälineaarisuudesta johtuen sen laskenta on liian kevyt, jotta GPU:n tehokkuudesta olisi mitään nopeusetua. Vaadittavat muutokset piirianalyysin rakenteeseen sekä datan hallintaan johtivat marginaalisesti alkuperäistä pidempään kokonaissimulointiaikaan. Kun diodimallia monimutkaistetaan moninkertaistamalla sen laskenta, CUDA-toteutus on nopeampi kuin alkuperäinen malli. Tämä antaa karkean arvion siitä kuinka monimutkainen malli hyötyy GPU-laskennasta. Vaikka diodimalli ei ollutkaan nopeampi GPU:lla, tämä toteutus on hyvä perusta tuleville CUDA-sovelluksille APLACissa. Näistä seuraavana on huomattavasti monimutkaisempi BSIM3-transistorimallin laskenta, joka mitä todennäköisimmin hyötyy GPU:n laskentatehosta. fi
dc.description.abstract Graphics processing units (GPU) of today include hundreds of multi-threaded, multicore processors and a complex, high-bandwidth memory architecture, making them a good alternative to speed up general-purpose parallel computation where large data quantities are processed with same functions. Some successful applications of GPU computation have also been introduced in the field of circuit simulation. The objective of this thesis is to examine the GPU's computing potential in the APLAC circuit simulation software. The realization of a diode model on a GPU device is also presented. The nonlinear diode model was implemented on NVIDIA's Compute Unified Device Architecture (CUDA), that is a single-instruction, multiple-thread (SIMT) architecture. A CUDA device was programmed using the CUDA C application programming interface, which is an extension of the standard C language. The test results revealed that due to the diode's simple nonlinearity, its evaluation is computationally too light to gain any speed benefit from the GPU's computation power. The required modifications to the circuit analysis structure and data handling resulted in a marginally longer total simulation time than initially. However, when the diode model is made more complex by multiplying its evaluation, the CUDA implementation is faster than the original model. This gives a rough estimate of how complex a model benefits from the GPU computation. Although, the diode model evaluation was not faster on the GPU, this implementation is a good foundation for future CUDA applications in APLAC. The next of these applications will be the computationally more complex BSIM3 transistor model, which will most likely benefit from the computing power of GPU devices. en
dc.format.extent [8] + 45
dc.format.mimetype application/pdf
dc.language.iso en en
dc.publisher Aalto University en
dc.publisher Aalto-yliopisto fi
dc.title Grafiikkaprosessorin hyödyntäminen piirisimuloinnissa fi
dc.title Graphics processing unit utilization in circuit simulation en
dc.type G2 Pro gradu, diplomityö fi
dc.contributor.department Radiotieteen ja -tekniikan laitos fi
dc.subject.keyword CUDA en
dc.subject.keyword circuit simulation en
dc.subject.keyword diode model en
dc.subject.keyword parallel computing en
dc.subject.keyword CUDA fi
dc.subject.keyword diodimalli fi
dc.subject.keyword piirisimulointi fi
dc.subject.keyword rinnakkaislaskenta fi
dc.identifier.urn URN:NBN:fi:aalto-201207022721
dc.type.dcmitype text en
dc.programme.major Teoreettinen sähkötekniikka fi
dc.programme.mcode S-55
dc.type.ontasot Diplomityö fi
dc.type.ontasot Master's thesis en
dc.contributor.supervisor Valtonen, Martti
dc.location P1 fi


Files in this item

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record

Search archive


Advanced Search

article-iconSubmit a publication

Browse

My Account