KIV/PPR - Paralelní programování

Analýza akcelerometrických dat pomocí paralelního a vektorizovaného zpracování (CPU i GPU)

Popis projektu

Tato semestrální práce se zaměřuje na výpočet dvou statistických ukazatelů – koeficientu variace a mediánu absolutní odchylky (MAD) – z akcelerometrických dat získaných ze souborů ve formátu ACC_*.csv. Výpočty jsou realizovány pomocí různých technik paralelního programování a vektorizace s cílem analyzovat výkonnost jednotlivých přístupů.

Implementované varianty výpočtů:

• Sekvenční (sériový) výpočet
• Vektorizovaný výpočet (AVX2)
• Paralelní výpočet (více vláken)
• Paralelní a zároveň vektorizovaný výpočet
• Výpočet na GPU (OpenCL)

Každá varianta je testována na různých velikostech vstupních dat a spouštěna 10× za účelem zjištění mediánu výpočetního času.

Požadavky

• CMake ≥ 3.21
• MSVC 2022 (64bit)
• C++17 nebo novější
• Volitelně: OpenCL SDK (pro GPU variantu)

Kompilace

Použij CMake a Visual Studio nebo příkazovou řádku:

cmake -S . -B build -DCMAKE_BUILD_TYPE=Release
cmake --build build --config Release

Pro zapnutí single precision varianty:

1. Uprav soubor CMakeLists.txt:

set(CMAKE_CXX_FLAGS "${CMAKE_CXX_FLAGS} /W4 /arch:AVX2 /D_FLOAT")

Nebo přidej při volání CMake:

cmake -S . -B build -DCMAKE_CXX_FLAGS="-D_FLOAT"

Spuštění programu

Povinný argument

• --input <cesta> – cesta k souboru nebo adresáři se soubory ACC*.csv

Volitelné argumenty

• --output <cesta> – výstupní adresář (výchozí results)
• --repetitions <n> – počet opakování každého výpočtu (výchozí 1)
• --num_partitions <n> – počet vláken/paralelních bloků (výchozí 1)
• --gpu – aktivuje GPU variantu (OpenCL)
• --parallel – spustí paralelní variantu na CPU
• --vectorized – zapne AVX2 vektorizaci
• --all_variants – spustí všechny varianty výpočtu najednou

Příklady spuštění

Spuštění všech variant:

program.exe --input data/ --output results --repetitions 10 --all_variants

Spuštění paralelní a vektorizované varianty:

program.exe --input data/ACC_001.csv --parallel --vectorized

Výstup

Program vygeneruje:

• Statistické hodnoty pro každý rozsah dat

• Mediány výpočetních časů

• 3 grafy ve formátu SVG:

  1. Výpočetní časy jednotlivých variant
  2. Koeficient variace
  3. Medián absolutní odchylky

Poznámky

• Pro správné fungování je nutné použít 64bitový překladač.
• Při běhu na GPU se doporučuje systém s podporou OpenCL a dostatečnou VRAM.