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集成众核上快速独立成分分析降维并行算法
  • ISSN号:1000-1239
  • 期刊名称:《计算机研究与发展》
  • 分类:TP391.4[自动化与计算机技术—计算机应用技术;自动化与计算机技术—计算机科学与技术]
  • 作者机构:国防科学技术大学计算机学院,长沙410073
  • 相关基金:国家自然科学基金项目(61272146,41375113);湖南省研究生创新资助项目(CX2015B030)
中文摘要:

高光谱遥感影像快速独立成分分析(fast independent component analysis ,FastICA )降维过程包含大规模矩阵计算及大量迭代计算.通过热点分析,面向集成众核(many integrated core ,MIC)架构设计了协方差矩阵计算、白化处理和 ICA 迭代等热点并行方案,提出和实现一种 M-FastICA 并行降维算法,并构建算法性能模型;基于集成众核研究并行程序优化策略,针对各热点并行方案提出一系列优化策略,特别是创新性地提出一种下三角阵负载均衡方法,并量化测试其优化效果.实验结果显示M-FastICA 算法最高可加速42倍,比24核 CPU 多线程并行快2.2倍;探讨了波段数与并行程序性能的关系;实验数据验证了算法性能模型的准确性.

英文摘要:

There are massive matrix and iterative calculations in fast independent component analysis (FastICA ) for hyperspectral image dimensionality reduction . By analyzing hotspots of FastICA algorithm ,we design the parallel schemes of covariance matrix calculating ,whitening processing and ICA iteration on many integrated core (MIC ) ,implement and validate an M-FastICA algorithm . Further ,we present a performance model for M-FastICA . We present a series of optimization methods for the parallel schemes of different hotspots : reforming the arithmetic operations , interchanging and unrolling loops ,transposing matrix ,using intrinsics and so on .In particular ,we propose a novel method to balance the loads when dealing with the lower triangular matrix .Then we measure the performance effects of such optimization methods .Our experiments show that the M-FastICA algorithm can reach a maximum speed-up of 42X times in our test ,and it runs 2 .2X times faster than the CPU parallel version on 24 cores .We also investigate how the speed-ups change with the bands .The experiment results validate our performance model with an acceptable accuracy and thus can provide a roofline for our optimization effort .

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期刊信息
  • 《计算机研究与发展》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国科学院计算技术研究所
  • 主编:徐志伟
  • 地址:北京市科学院南路6号中科院计算所
  • 邮编:100190
  • 邮箱:crad@ict.ac.cn
  • 电话:010-62620696 62600350
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-1239
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1777/TP
  • 邮发代号:2-654
  • 获奖情况:
  • 2001-2007百种中国杰出学术期刊,2008中国精品科...,中国期刊方阵“双效”期刊
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:40349