Optimisation multi-niveau d’une application de traitement d’images sur machines parallèles

Multi-level optimisation of an image processing application on parallel machines

• Auteur / Autrice : Tarik Saidani
• Direction : Alain Mérigot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 06/11/2012
• Etablissement(s) : Paris 11
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences et Technologies de l'Information, des Télécommunications et des Systèmes (Orsay, Essonne ; 2000-2015)
• Partenaire(s) de recherche : Institut : Institut d'électronique fondamentale (Orsay, Essonne ; 19..-2016)
• Jury : Président / Présidente : Patrick Garda
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Alain Mérigot, Patrick Garda, Jocelyn Sérot, François Irigoin, Lionel Lacassagne, François Verdier
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jocelyn Sérot, François Irigoin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Calcul intensif (informatique)

Processeurs à hautes performances

Traitement d'images

Programmation parallèle (informatique)

Mots clés libres

Programmation parallèle

Processeur CELL

Traitement d’images

Squelettes algorithmiques

Calcul hautes performances

Méta-programmation

Processeur embarqué

Parallel programming

CELL processor

Image processing

Algorithmic skeletons

High performance computing

Meta-programming

Embedded processors

Résumé

Cette thèse vise à définir une méthodologie de mise en œuvre d’applications performantes sur les processeurs embarqués du futur. Ces architectures nécessitent notamment d’exploiter au mieux les différents niveaux de parallélisme (grain fin, gros grain) et de gérer les communications et les accès à la mémoire. Pour étudier cette méthodologie, nous avons utilisé un processeur cible représentatif de ces architectures émergentes, le processeur CELL. Le détecteurde points d’intérêt de Harris est un exemple de traitement régulier nécessitant des unités de calcul intensif. En étudiant plusieurs schémas de mise en oeuvre sur le processeur CELL, nous avons ainsi pu mettre en évidence des méthodes d’optimisation des calculs en adaptant les programmes aux unités spécifiques de traitement SIMD du processeur CELL. L’utilisation efficace de la mémoire nécessite par ailleurs, à la fois une bonne exploitation des transferts et un arrangement optimal des données en mémoire. Nous avons développé un outil d’abstraction permettant de simplifier et d’automatiser les transferts et la synchronisation, CELL MPI. Cette expertise nous a permis de développer une méthodologie permettant de simplifier la mise en oeuvre parallèle optimisée de ces algorithmes. Nous avons ainsi conçu un outil de programmation parallèle à base de squelettes algorithmiques : SKELL BE. Ce modèle de programmation propose une solution originale de génération d’applications à base de métaprogrammation. Il permet, de manière automatisée, d’obtenir de très bonnes performances et de permettre une utilisation efficace de l’architecture, comme le montre la comparaison pour un ensemble de programmes test avec plusieurs autres outils dédiés à ce processeur.

This thesis aims to define a design methodology for high performance applications on future embedded processors. These architectures require an efficient usage of their different level of parallelism (fine-grain, coarse-grain), and a good handling of the inter-processor communications and memory accesses. In order to study this methodology, we have used a target processor which represents this type of emerging architectures, the Cell BE processor.We have also chosen a low level image processing application, the Harris points of interest detector, which is representative of a typical low level image processing application that is highly parallel. We have studied several parallelisation schemes of this application and we could establish different optimisation techniques by adapting the software to the specific SIMD units of the Cell processor. We have also developped a library named CELL MPI that allows efficient communication and synchronisation over the processing elements, using a simplified and implicit programming interface. This work allowed us to develop a methodology that simplifies the design of a parallel algorithm on the Cell processor.We have designed a parallel programming tool named SKELL BE which is based on algorithmic skeletons. This programming model providesan original solution of a meta-programming based code generator. Using SKELL BE, we can obtain very high performances applications that uses the Cell architecture efficiently when compared to other tools that exist on the market.