Master's Thesis

Simulation of Heat Diffusion in the Brain Using High-Level GPGPU Techniques

Final Thesis 1.36 MB

Author of thesis: Ing. Martin Krbila

Acad. year: 2021/2022

Supervisor: prof. Ing. Jiří Jaroš, Ph.D.

Reviewer: Ing. Kristián Kadlubiak

Abstract:

This master's thesis deals with acceleration of heat diffusion simulation using graphics cards. It describes an approach to acceleration of an existing implementation in Matlab, which is a part of k-Wave package. Various high-level as well as low-level libraries for GPU programming are introduced here and their strengths and weaknesses compared. A complete implementation of the simulation on GPU was created as a part of this work. This implementation achieves around hundredfold speedup over the existing CPU solution in Matlab. A module for computation of discrete trigonometric transformations on graphics card was created to accelerate simulation with various boundary conditions. This module achieves around ten times speedup over the best CPU implementation. Another output of this thesis is a performance comparison of several implementations of basic diffusion simulation each using a different GPGPU technique.

Keywords:

GPGPU, Heat diffusion simulation, GPU, OpenMP, OpenACC, CUDA, CuPy, OpenCL, Matlab, DTT

Date of defence

22.06.2022

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Student nejprve prezentoval výsledky, kterých dosáhl v rámci své práce. Komise se poté seznámila s hodnocením vedoucího a posudkem oponenta práce. Student následně odpověděl na otázky oponenta a na další otázky přítomných. Komise se na základě posudku oponenta, hodnocení vedoucího, přednesené prezentace a odpovědí studenta na položené otázky rozhodla práci hodnotit stupněm A.

Otázky u obhajoby:

  • Popíšte náročnosť prechodu od CuPy na Numba v Python implementácií.
  • Popíšte, ako by ste efektívne implemntovali diskrétne trigonometrické transformácie pomocou CUDA v C++ implementácií.
  • Zabýval jste se šířením tepla v mozku?
  • Jaké verze implementace byla nejvýkonnější?
  • Jaká jsou omezení GPU verzí oproti CPU verzí?
  • Je možné výpočet provádět na více GPU?

Language of thesis

Czech

Faculty

Fakulta informačních technologií

Department

Department of Computer Systems

Study programme

Information Technology and Artificial Intelligence (MITAI)

Specialization

Computer Graphics and Interaction (NGRI)

Composition of Committee

prof. Dr. Ing. Pavel Zemčík, dr. h. c. (předseda)
doc. Ing. Peter Chudý, Ph.D., MBA (místopředseda)
Ing. David Bařina, Ph.D. (člen)
doc. RNDr. Milan Češka, Ph.D. (člen)
Ing. František Grézl, Ph.D. (člen)
Ing. Tomáš Milet, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
prof. Ing. Jiří Jaroš, Ph.D.

Grade proposed by supervisor: A

File inserted by supervisor Size
Hodnocení vedoucího [.pdf] 86,90 kB

Reviewer’s report
Ing. Kristián Kadlubiak

Grade proposed by reviewer: A

File inserted by the reviewer Size
Posudek oponenta [.pdf] 89,24 kB

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová