基于GPU异构大规模超高精度浮点运算研究及其应用

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1、分类号密级重庆邮电大学硕士学位论文论文题目基于GPU异构大规模超高精度浮点运算研究及其应用英文题IffTheresearchandapplicationoflarge—scaleultraprecisionfloating-pointoperationbasedonGPU硕士研究生胡明指导教师李清都教授学科专业集成电路工程论文提交日期—9-o—13·oS·幻论文评阅人论文答辩日期垄!圣：眵：78答辩委员会主席：201弓年5月却日独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别

2、加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得重庆蜜＆电太堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：捅9月签字日期：匆哆年5月四日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解重庞由＆电太堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权重庆由＆电太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手

3、段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后适用本授权书)学位论文作者签名：告目昏日导师签名：签字日期：1bl弓年5月q日签字日期：年月日重庆邮电大学硕士论文摘要数值计算是当今科学研究的主要途径，近年来对数值精度和计算规模的要求越来越高。传统基于CPU的串行计算，因受工艺和架构的制约而发展缓慢。而GPU拥有超过CPU百倍的核心数，在并行处理上有巨大潜力。异构计算可发挥两者各自优势，实现整体计算能力的最大化利用，成为未来发展趋势。本文提出一种基于异构平台大规模超高精度浮点运算方法，并进行实现和应用。首先，通过分析GPU架构与CUDA

4、编程模型，根据浮点运算理论，研究超高精度浮点运算的核心运算一一乘法运算和加法运算方法，进而设计得出基于GPU超高精度浮点运算方法。其中，通过多项式的并行运算来解决多精度乘法运算问题，采用补码运算的原理来设计并行加法运算。接着，本文研究异构平台下运算的优化问题，提出了并行倒序、并行进位算法，以及纹理存储器和常数存储器的使用方案。最后，研究算法在异构平台上的实现，并应用于一个系统拓扑马蹄存在性的验证问题。仿真表明本研究能同时获得速度和精度上提升，为今后大规模超高精度科学计算奠定了基础。关键词：异构平台，超高精度浮点运算，拓扑马蹄重庆邮电

5、大学硕士论文AbstractNumericalcalculation1Soneofthemostimportantwaystoconductscientificresearchnowadays，andtherequirementofthenumericalprecisionandcalculationscaleofitisgettinghigherandhigherrecently．ThetraditionalserialcomputationbasedonCPUdevelopsslowlybecauseoftherestricti

6、onontheprocessandarchitecture．WhileGPUhasthenumbersofmorethanahundredkernelscomparingtothatofCPUdoes，SOithaslargepotentialonparallelprocessing．Heterogeneouscomputingcanbringbothoftheirownadvantagesintoplay，SOthatitcanmakemaximumuseofthecomputingcapabilityofthewhole，and

7、becomesthefuturetrend．Thispaperpresentsalarge--scaleultraprecisionfloating·-pointoperationmethodbasedonheterogeneousplatformandbringsitintoimplementationandapplication．First，byanalyzingthearchitectureofGPUandprogrammingmodelofCUDA，thepaperstudiesthekeypartoftheultrapre

8、cisionfloating—pointoperation：multiplicationandaddoperationmethodbasedonthefloating—pointoperationtheory，andthendesig