Using co-processor technologies in MpdRoot project

Abstract

В данной работе рассмотрена возможность применения сопроцессорных технологий к алгоритмам, описанным в фреймворке MpdRoot. В настоящий момент данный фреймворк разрабатывается в Объединенном Институте Ядерных Исследований, где планируется проводить эксперименты в области ядерной физики на установках ускорительного комплекса NICA. Рассматриваемое программное обеспечение предполагается использовать для обработки данных, полученных с детектора частиц MPD, а также для моделирования физических процессов на ускорителе частиц. Для анализа возможностей использования графических ускорителей было произведено профилирование тестов MpdRoot. По его результатами были сделаны предположения о возможности переноса части вычислений на GPU. Был реализован прототип одного из отобранных алгоритмов и проведено тестирование на графическом процессоре NVIDIA. В результате проведенных экспериментов был сделан вывод о нецелесообразности использования GPU в рассматриваемом фрагменте кода MpdRoot. Описана оптимизация кода алгоритма реконструкции событий с применением OpenMP. Тестирование модифицированного участка кода показало стабильное возрастание производительности при увеличении количества задействованных ядер процессора Intel Xeon. Также проанализирована возможность использования процессоров и сопроцессоров Intel Xeon Phi.

In this paper, the possibility of applying coprocessor technologies to the algorithms described in the MpdRoot framework is considered. Now this framework is being developed at the Joint Institute for Nuclear Research, where it is planned to conduct experiments of nuclear physics at the facilities of the NICA accelerator complex. The software being considered will be used to process the data obtained from the MPD particle detector, and also to simulate the physical processes at the particle accelerator. To analyze the possibilities of using graphics accelerators, MpdRoot tests were profiled. According to its results, assumptions were made about the possibility of porting some of the calculations to the GPU. A prototype of one of the selected algorithms was implemented and testing was performed on the NVIDIA graphics processor. As a result, it was concluded that the using of the GPU in the MpdRoot code is inappropriate. Optimization of the event reconstruction algorithm using OpenMP is described. The testing of the modified section of the code showed a stable increase in performance with an increase in the number of enabled cores of the Intel Xeon processor. The possibility of using Intel Xeon Phi processors and coprocessors is also analyzed.