Seminário GPU

Seminário de introdução a arquitetura de GPUs para a disciplina de arquitetura de computadores do Mestrado em Ciência da Computação

Transcript

1. GPUs Matheus Muriel Arquitetura de Computadores Mestrado | UEL - 2024
2. Introdução
3. Introdução Boas-vindas e Apresentação
4. Introdução > Objetivos do Seminário Falar sobre a historia e fundamentos das GPUs Trazer uma visão geral sobre o asunto
5. Introdução > Contextualização do Tema O que é uma GPU? As GPUs, ou Unidades de Processamento Gráfico, são chips especializados em aceleração de tarefas gráficas e computacionais intensivas. Elas complementam o processador central (CPU) para fornecer desempenho avançado em aplicações como jogos, visualização 3D, simulações científicas e inteligência artificial.
6. Introdução > Contextualização do Tema O que é uma GPU? Oque vem na nossa cabeça quando pensamos em GPU? Placas de video, games, pc master race? Criptomoedas? ...Primeiro vamos ver um pouco da historia até aqui...
7. Introdução > Contextualização do Tema >> Breve Histórico
8. Maquina analítica de Babbage (1837) Introdução > Contextualização do Tema >> Breve Histórico
9. John Atanasoff e Clifford Berry (1942) Introdução > Contextualização do Tema >> Breve Histórico John Atanasoff Clifford Berry
10. Z3 (1941) Introdução > Contextualização do Tema >> Breve Histórico Konrad Zuse
11. Colossus (1944) Introdução > Contextualização do Tema >> Breve Histórico Alan Turing et.al
12. Introdução > Contextualização >> Breve Histórico >>> Colossus (1944)
13. Introdução > Contextualização >> Breve Histórico >>> Colossus (1944)
14. Introdução > Contextualização do Tema >> Breve Histórico
15. Mark I (1944) Introdução > Contextualização do Tema >> Breve Histórico Howard Aiken et. al
16. Mark I (1944) Introdução > Contextualização do Tema >> Breve Histórico
17. ENIAC (1946) Introdução > Contextualização do Tema >> Breve Histórico
18. Arquitetura de Von Neumann (Control Unit + Arithmetic and Logic Unit) Introdução > Contextualização do Tema >> Breve Histórico
19. ENIAC contained 18,000 vacuum tubes, 7,200 crystal diodes, 1,500 relays, 70,000 resistors, 10,000 capacitors, and approximately 5,000,000 hand-soldered joints. Introdução > Contextualização do Tema >> Breve Histórico It weighed more than 30 short tons (27 t), was roughly 8 ft (2 m) tall, 3 ft (1 m) deep, and 100 ft (30 m) long, occupied 300 sq ft (28 m2) and consumed 150 kW of electricity Weik, Martin H. (December 1955). Ballistic Research Laboratories Report No. 971: A Survey of Domestic Electronic Digital Computing Systems. Aberdeen Proving Ground, MD: United States Department of Commerce Office of Technical Services. p. 41. Retrieved March 29, 2015.
20. Introdução > Contextualização do Tema >> Breve Histórico >> ENIAC GPU NVIDIA RTX 6000 Geração Ada | 5nm Visão traseira, Painel ENIAC
21. Introdução > Contextualização do Tema >> Breve Histórico >> ENIAC GPU NVIDIA RTX 6000 Geração Ada | 5nm
22. Introdução > Contextualização do Tema >> Breve Histórico >> ENIAC GPU NVIDIA RTX 6000 Geração Ada | 5nm
23. Computadores Pessoais Introdução > Contextualização do Tema >> Breve Histórico
24. Computadores “Pessoais” Introdução > Contextualização do Tema >> Breve Histórico
25. IBM System/360 (1964) Model 30 Introdução > Contextualização do Tema >> Breve Histórico >> Computadores Pessoais
26. IBM System/360 (1964) Model 20 / 50 / 65 Introdução > Contextualização do Tema >> Breve Histórico >> Computadores Pessoais
27. Introdução > Contextualização do Tema >> Breve Histórico >> Computadores Pessoais IBM System/360 (1964) Solid Logic Technology (SLT)
28. Introdução > Contextualização do Tema >> Breve Histórico >> Computadores Pessoais Apollo Guidance Computer 1966 Apollo Guidance Computer and DSKY The display and keyboard (DSKY) interface of the Apollo Guidance Computer mounted on the control panel of the command module
29. Introdução > Contextualização do Tema >> Breve Histórico >> Computadores Pessoais Apollo Guidance Computer (1966)
30. Introdução > Contextualização do Tema >> Breve Histórico >> Computadores Pessoais Apollo Guidance Computer (1966)
31. Introdução > Contextualização do Tema >> Breve Histórico >>> Computadores Pessoais Microprocessadores
32. Intel 4004 (1971) Introdução > Contextualização do Tema >> Breve Histórico >>> Computadores Pessoais >>>> Microprocessadores
33. Intel 4004 (1971) Introdução > Contextualização do Tema >> Breve Histórico >>> Computadores Pessoais >>>> Microprocessadores
35. Intel 8080 (1974) Introdução > Contextualização do Tema >> Breve Histórico >>> Computadores Pessoais >>>> Microprocessadores
36. IBM PC (1981) Intel 8088 Introdução > Contextualização do Tema >> Breve Histórico >>> Computadores Pessoais >>>> Microprocessadores
37. 1978 (16-bits) Introdução > Contextualização do Tema >> Breve Histórico >>> Computadores Pessoais >>>> x86 Intel 80xxx 286 / 386 / 486 1985 (32-bit)
38. 1978 (16-bits) 1985 (32-bit) 2003 (64-bit) Introdução > Contextualização do Tema >> Breve Histórico >>> Computadores Pessoais >>>> x86 Intel 80xxx 286 / 386 / 486
39. Introdução > Contextualização do Tema >> Breve Histórico >>> Computadores Pessoais >>>> Concorrentes
40. Introdução > Contextualização do Tema >> Breve Histórico >>> Computadores Pessoais >>>> Concorrentes
41. Introdução > Contextualização do Tema >> Breve Histórico >>> Computadores Pessoais >>>> Concorrentes
42. Introdução > Contextualização do Tema >> Breve Histórico >> Computadores Pessoais >>> Outros
43. Introdução > Contextualização do Tema >> Breve Histórico >> Computadores Pessoais >>> Outros
44. Introdução > Contextualização do Tema >> Breve Histórico >> Computadores Pessoais >>> Outros
45. Introdução > Contextualização do Tema >> Breve Histórico Coprocessadores
46. Introdução > Contextualização do Tema >> Breve Histórico >> Coprocessamento
47. Introdução > Contextualização do Tema >> Breve Histórico >> Coprocessamento Intel 8231 Am9511
48. Introdução > Contextualização do Tema >> Breve Histórico >> Coprocessamento Video Display Controllers
49. Introdução > Contextualização do Tema >> Breve Histórico >>> Coprocessamento >>>>> Video Display Controllers
50. Introdução > Contextualização do Tema >> Breve Histórico >>> Coprocessamento >>>>> Video Display Controllers Computer Space (1971) Galaxy Game (1971) Pong (1972)
52. Introdução > Contextualização do Tema >> Breve Histórico >>> Coprocessamento >>>>> Video Display Controllers
53. Introdução > Contextualização do Tema >> Breve Histórico >>> Coprocessamento >>>>> Video Display Controllers
54. Introdução > Contextualização do Tema >> Breve Histórico >>> Coprocessamento >>>>> Video Display Controllers
55. Introdução > Contextualização do Tema >> Breve Histórico >>> Coprocessamento >>>>> Video Display Controllers
56. Introdução > Contextualização do Tema >> Breve Histórico >>> Coprocessamento >>>>> Video Display Controllers
57. Introdução > Contextualização do Tema >> Breve Histórico >>> Coprocessamento >>>>> Video Display Controllers
58. Introdução > Contextualização do Tema >> Breve Histórico >>> Coprocessamento >>>>> Video Display Controllers
59. Introdução > Contextualização do Tema >> Breve Histórico >>> Coprocessamento >>>>> Video Display Controllers
60. Introdução > Contextualização do Tema >> Breve Histórico >>> Coprocessamento >>>>> Video Display Controllers
61. Introdução > Contextualização do Tema >> Breve Histórico >>> Coprocessamento >>>>> Video Display Controllers
62. Introdução > Contextualização do Tema >> Breve Histórico >>> Coprocessamento >>>>> Video Display Controllers "Is it Time to Rename the GPU? | IEEE Computer Society". 17 July 2018. • Adjustable framebuffer (1024×512) • Emulation of simultaneous backgrounds (simulate parallax scroll) • Mask bit • Texture window • Dithering • Clipping • Alpha blending (4 per-texel alpha blending modes) • Fog • Framebuffer effects • Transparency effects • Render to texture • Offscreen rendering • Multipass rendering • Flat or Gouraud shading and texture mapping • No line restriction • Colored light sourcing
63. Introdução > Contextualização do Tema >> Breve Histórico >>> Coprocessamento >>>>> Video Display Controllers
64. Introdução > Contextualização do Tema >> Breve Histórico >> Importância das GPUs na computação moderna
65. Introdução > Contextualização do Tema >> Breve Histórico >> Importância das GPUs na computação moderna
66. Arquitetura de GPUs
67. Arquitetura de GPUs > Estrutura de uma GPU
68. Arquitetura de GPUs > Estrutura de uma GPU Comparação CPU x GPU
69. Arquitetura de GPUs > Estrutura de uma GPU >> Comparação CPU x GPU
70. Arquitetura de GPUs > Estrutura de uma GPU >> Principais componentes
71. Arquitetura de GPUs > Estrutura de uma GPU >> Principais componentes
72. Arquitetura de GPUs > Estrutura de uma GPU >> Principais componentes
73. Arquitetura de GPUs > Estrutura de uma GPU >> Principais componentes
74. Arquitetura de GPUs > Estrutura de uma GPU >> Principais componentes • Streaming Multiprocessors (SMs) • Memória Compartilhada • Registradores
75. Arquitetura de GPUs > Estrutura de uma GPU >> Principais componentes • Memória Global (VRAM) • Memória Constante (Texturas)
76. Arquitetura de GPUs > Estrutura de uma GPU >> Controladores
77. Arquitetura de GPUs > Estrutura de uma GPU >> Controladores • Scheduler • Warp Scheduler
78. Arquitetura de GPUs > Estrutura de uma GPU >> Unidades de Função Fixa • Rasterizadores • Unidades de Texturização (TMUs) • ROPs (Raster Operations Pipelines)
79. Arquitetura de GPUs > Estrutura de uma GPU >> Interfaces e barramentos de comunicação
80. Arquitetura de GPUs > Estrutura de uma GPU Mas pra que tudo isso?
81. Arquitetura de GPUs Paralelismo
82. Arquitetura de GPUs > Paralelismo >> Como acontece esse paralelismo? • Núcleos de Processamento • Warps • Eficiência do Warp Scheduler • Outros pontos
83. Arquitetura de GPUs > Paralelismo >> Como acontece esse paralelismo? >>> Instruções
84. Arquitetura de GPUs > Paralelismo >> Como acontece esse paralelismo? >>> Instruções • SIMD ◦ (Single Instruction, Multiple Data) • SIMT ◦ (Single Instruction, Multiple Threads)
85. Arquitetura de GPUs > Paralelismo >> Como acontece esse paralelismo? >>> Outras Optimizações • Pipeline de renderização gráfica • Divisão de tiles para renderização
86. Arquitetura de GPUs > Paralelismo >> Como acontece esse paralelismo? >>> Tarefas que utilizam isso • Processamento de Imagens e Vídeos • Machine Learning e Inteligência Artificial • Simulações Científicas • Análise de Dados e Big Data • Processamento de Sinais • Computação Financeira • Desenvolvimento de Jogos • Renderização de Realidade Virtual e Aumentada
87. Arquitetura de GPUs Programação para GPUs
88. Arquitetura de GPUs > Programação para GPUs • CUDA • OpenCL • Numba
89. Aplicações das GPUs
90. Aplicações das GPUs > Computação Gráfica
91. Aplicações das GPUs > Computação Gráfica >> Filmes
92. Aplicações das GPUs > Computação Gráfica >> Filmes • Jurassic Park (1993) • Terminator 2: Judgment Day (1991) • Toy Story (1995) • Forrest Gump (1994) • Independence Day (1996) • A Bug's Life (1998) • Starship Troopers (1997) • Star Wars: Episode I – (1999) • The Matrix (1999) • Titanic (1997)
93. Aplicações das GPUs > Computação Gráfica >> Jogos
94. Aplicações das GPUs > Computação Gráfica >> Jogos
95. Aplicações das GPUs > Computação Gráfica >> Jogos Ray Traicing
96. Aplicações das GPUs > Computação Gráfica >> Jogos
97. Aplicações das GPUs > Computação Gráfica >> Jogos
98. Aplicações das GPUs > Computação Gráfica >> Jogos
99. Aplicações das GPUs > Computação Gráfica >> Jogos
100. Aplicações das GPUs > Inteligência Artificial Cooling fans of the Nvidia DGX-2 system on display at GTC 2018 Nvidia's DGX-2 supercomputer on display at GTC 2018
101. Aplicações das GPUs > Processamento de Grandes Dados
102. Aplicações das GPUs > Outras Aplicações
103. Aplicações das GPUs > Outras Aplicações
104. Aplicações das GPUs > Outras Aplicações
105. Desafios e Futuro das GPUs
106. Desafios e Futuro das GPUs > Limitações Atuais
107. Desafios e Futuro das GPUs > Limitações Atuais >> Consumo de energia
108. Desafios e Futuro das GPUs > Limitações Atuais >> Custo e complexidade de desenvolvimento
109. Desafios e Futuro das GPUs > Tendências Futuras • Aumento do Desempenho e Eficiência Energética • Integração de Inteligência Artificial • Ray Tracing em Tempo Real • Realidade Virtual e Aumentada • Memória Unificada e Heterogênea • Sustentabilidade e Impacto Ambiental • Integrações com outras tecnologias
110. Obrigado