Exécution efficace de systèmes Multi-Agents sur GPU

Efficient execution of multi-agent systems on GPU

• Auteur / Autrice : Guillaume Laville
• Direction : Laurent Philippe
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 27/06/2014
• Etablissement(s) : Besançon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur et microtechniques (Besançon ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Franche-Comté Électronique Mécanique, Thermique et Optique - Sciences et Technologies
• Jury : Président / Présidente : Fabrice Bouquet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Laurent Philippe, Fabrice Bouquet, Stéphane Genaud, Kamel Mazouzi
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Michaël Krajecki, Christophe Cambier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Parallélisme (informatique)

Mots clés libres

Framework de simulation

Système multi-agents

Many-core

GPU

Calcul haute performance

Simulation framework

Multi-agents system

Many-core

GPU

High-performance computing

Résumé

Ces dernières années ont consacré l’émergence du parallélisme dans la plupart des branches de l’informatique.Au niveau matériel, tout d’abord, du fait de la stagnation des fréquences de fonctionnement des unités decalcul. Au niveau logiciel, ensuite, avec la popularisation de nombreuses plates-formes d’exécution parallèle.Une forme de parallélisme est également présente dans les systèmes multi-agents, qui facilitent la description desystèmes complexes comme ensemble d’entités en interaction. Si l’adéquation entre ce parallélisme d’exécutionlogiciel et conceptuel semble naturelle, la parallélisation reste une démarche difficile, du fait des nombreusesadaptations devant être effectuées et des dépendances présentes explicitement dans de très nombreux systèmesmulti-agents.Dans cette thèse, nous proposons une solution pour faciliter l’implémentation de ces modèles sur une plateformed’exécution parallèle telle que le GPU. Notre bibliothèque MCMAS vient répondre à cette problématiqueau moyen de deux interfaces de programmation, une couche de bas niveau MCM permettant l’accès direct àOpenCL et un ensemble de plugins utilisables sans connaissances GPU. Nous étudions ensuite l’utilisation decette bibliothèque sur trois systèmes multi-agents existants : le modèle proie-prédateur, le modèle MIOR etle modèle Collemboles. Pour montrer l’intérêt de cette approche, nous présentons une étude de performancede chacun de ces modèles et une analyse des facteurs contribuant à une exécution efficace sur GPU. Nousdressons enfin un bilan du travail et des réflexions présentées dans notre mémoire, avant d’évoquer quelquespistes d’amélioration possibles de notre solution.

These last years have seen the emergence of parallelism in many fields of computer science. This is explainedby the stagnation of the frequency of execution units at the hardware level and by the increasing usage ofparallel platforms at the software level. A form of parallelism is present in multi-agent systems, that facilitatethe description of complex systems as a collection of interacting entities. If the similarity between this softwareand this logical parallelism seems obvious, the parallelization process remains difficult in this case because ofthe numerous dependencies encountered in many multi-agent systems.In this thesis, we propose a common solution to facilitate the adaptation of these models on a parallel platformsuch as GPUs. Our library, MCMAS, provides access to two programming interface to facilitate this adaptation:a low-level layer providing direct access to OpenCL, MCM, and a high-level set of plugins not requiring anyGPU-related knowledge.We study the usage of this library on three existing multi-agent models : predator-prey,MIOR and Collembola. To prove the interest of the approach we present a performance study for each modeland an analysis of the various factors contributing to an efficient execution on GPUs. We finally conclude on aoverview of the work and results presented in the report and suggest future directions to enhance our solution.