Towards resilient graphics processing units : designing fault tolerance techniques for radiation-induced faults
GPUs emergiram como poderosas ferramentas computacionais, possibilitando processamento paralelo de alto desempenho e impulsionando avanços significativos em diversos domínios. No entanto, sua integração em aplicações que requerem alto grau de confiabilidade suscita preocupações sobre a sua confiabil...
| Author: | |
|---|---|
| Format: | doctoral thesis |
| Status: | Published version |
| Publication Date: | 2024 |
| Country: | Brasil |
| Institution: | Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) |
| Repository: | Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFRGS |
| Language: | English |
| OAI Identifier: | oai:www.lume.ufrgs.br:10183/276918 |
| Online Access: | http://hdl.handle.net/10183/276918 |
| Access Level: | Open access |
| Keyword: | Unidades de processamento gráfico Tolerância a falhas Processamento paralelo Confiabilidade : Computadores Computação aproximativa FPGA Arquitetura de hardware GPU reliability Single event upsets Safety-critical applications |
| Summary: | GPUs emergiram como poderosas ferramentas computacionais, possibilitando processamento paralelo de alto desempenho e impulsionando avanços significativos em diversos domínios. No entanto, sua integração em aplicações que requerem alto grau de confiabilidade suscita preocupações sobre a sua confiabilidade, particularmente no contexto de SEUs causados por falhas induzidas por radiação. Esta tese visa avaliar a confiabilidade das GPUs sob tais condições e desenvolver técnicas de mitigação de SEUs. Empregamos técnicas de software de baixo nível e experimentos de hardware, incluindo abordagens híbridas que combinam a flexibilidade do software com a eficiência do hardware, focando na proteção seletiva de componentes críticos contra falhas induzidas por radiação. Nossa pesquisa começou com GPUs comerciais, aplicando proteção seletiva combinada com Computação Aproximada à arquitetura Kepler da Nvidia para aumentar a tolerância a falhas. Em seguida, mudamos para FlexGrip, uma GPU softcore desenvolvida para FPGAs, onde exploramos técnicas de tolerância a falhas baseadas em software para detecção de SEUs em arquiteturas configuráveis. Isso incluiu a implementação de otimizações de técnicas do estado-da-arte e extensões de ISA para melhorar a resiliência contra efeitos SDC e DUE. Nosso estudo também envolveu FGPU, outra GPU softcore, avaliando a confiabilidade por meio de comparações entre implementações de Ponto Flutuante emuladas por software e baseadas em hardware, e a eficácia da técnica TMR implementada de forma seletiva. Por fim, exploramos o potencial de ASICs derivados de GPUs softcore, utilizando GPUPlanner para facilitar a transição de designs RTL para layouts de ASIC. Esta pesquisa destaca o potencial das GPUs softcore como aceleradores ASIC para aplicações de alto paralelismo e marca um avanço significativo no desenvolvimento de arquiteturas de GPU tolerantes a falhas. Nossa avaliação abrangente, desde GPUs comerciais até softcore, e a transição para ASICs, estabelece as bases para uma integração mais robusta de GPUs em domínios críticos à segurança e contribui para o avanço de soluções de computação de alto desempenho e confiáveis para uma ampla gama de aplicações críticas. |
|---|