Mayer F (2026)
Publication Language: German
Publication Type: Thesis
Publication year: 2026
URI: https://open.fau.de/handle/openfau/40986
Stencils sind oft in wissenschaftlichen OpenMP-Codes enthalten und verursachen dort den Großteil der Rechenzeit. Während Stencils bereits heute von Übersetzern für CPUs/GPUs gut optimiert werden, ist ein auf das FPGA ausgelagerter Stencil oft ca. 2 Größenordnungen langsamer als der entsprechende CPU-Stencil. Je nach Architektur kann der Ab- stand zu einer GPU noch größer sein. Leider erfordert die Auslagerung von Stencils auf FPGAs außerdem viel händische, fehleranfällige Arbeit vom Programmierer. Das Hauptziel dieser Dissertation ist daher die Ver- einfachung der Auslagerung von Stencil-Codes auf das FPGA und die Beschleunigung der ausgelagerten Stencils bis auf das Niveau einer CPU. Da die bisher verfügbaren OpenMP-zu-FPGA-Übersetzer aufgrund von diversen Schwächen nicht für das Hauptziel geeignet sind, präsen- tiert Teil 1 dieser Dissertation den auf der LCPC’21 publizierten ORKA- HPC-Übersetzer. Der wiss. Beitrag ist ein Satz von allgemeingültigen Design-Kriterien, mit denen ORKA-HPC die Schwächen bisheriger An- sätze vermeidet. Diese Kriterien basieren auf den Erkenntnissen einer auf der IWOMP’19 publizierten wiss. Übersichtsarbeit (vgl. Kap. 2). Teile 2 und 3 dieser Dissertation stellen anschließend zwei Verfahren vor, die Stencils mithilfe des Polyedermodells für FPGAs automatisch optimieren. Beide Verfahren sind FPGA-unabhängig und könnten von Herstellern in die eigenen FPGA-Übersetzer integriert werden. PolyStrip wurde auf der LCPC’22 publiziert und entfernt unnötige Datentrans- fers mithilfe von Streifenschneiden, Stencil-spezifischen Zeilenpuffern und Bursts und erreicht Beschleunigungen von bis zu 5.8×. PolyMo- ly, vorgestellt auf der IMPACT’24, verbessert und erweitert PolyStrip, um den restlichen Abstand zur CPU zu überwinden und das Hauptziel zu erreichen. PolyMoly nutzt mehrdimensionale Puffer, automatische Busverbreiterungen, breite Bursts und eine verbesserte Polyederanaly- se, die mehr unnötige Datentransfers erkennt und entfernt und erzielt Beschleunigungen von bis zu 156×. Der Quell-Code von PolyMoly ist online veröffentlicht.
APA:
Mayer, F. (2026). Beschleunigung von OpenMP-Stencils für FPGAs mithilfe des Polyedermodells (Dissertation).
MLA:
Mayer, Florian. Beschleunigung von OpenMP-Stencils für FPGAs mithilfe des Polyedermodells. Dissertation, 2026.
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