基于異構(gòu)平臺(tái)的lhs算法在心電仿真中的應(yīng)用

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1、中圖分類號(hào)：單位代號(hào)：密級(jí)：學(xué)號(hào)：12721037碩士學(xué)位論文SHANGHAIUNIVERSITYMASTER’SDISSERTATION題基于異構(gòu)平臺(tái)的LHS算法目在心電仿真中的應(yīng)用作者孫連強(qiáng)學(xué)科專業(yè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)導(dǎo)師沈文楓完成日期2015年1月上海大學(xué)碩士學(xué)位論文上海大學(xué)本論文經(jīng)答辯委員會(huì)全體委員審查,確認(rèn)符合上海大學(xué)碩士學(xué)位論文質(zhì)量要求。答辯委員會(huì)簽名：主任：委員：導(dǎo)師：答辯日期：I上海大學(xué)碩士學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作。除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已發(fā)表或撰寫過的研究成

2、果。參與同一工作的其他同志對本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。簽名：日期：本論文使用授權(quán)說明本人完全了解上海大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：學(xué)校有權(quán)保留論文及送交論文復(fù)印件，允許論文被查閱和借閱；學(xué)?？梢怨颊撐牡娜炕虿糠謨?nèi)容。（保密的論文在解密后應(yīng)遵守此規(guī)定）簽名：導(dǎo)師簽名：日期：II上海大學(xué)碩士學(xué)位論文上海大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文基于異構(gòu)平臺(tái)的LHS算法在心電仿真研究中的應(yīng)用姓名：孫連強(qiáng)導(dǎo)師：沈文楓學(xué)科專業(yè)：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上海大學(xué)計(jì)算機(jī)工程與科學(xué)學(xué)院2015年1月III上海大學(xué)碩士學(xué)位論文ADissertation

3、SubmittedtoShanghaiUniversityfortheDegreeofMasterinEngineeringTheResearchofHeterogeneousPlatformBasedLHSAlgorithmforSimulationofElectrocardiogramMACandidate：SunLianqiangSupervisor：ShenWenfengMajor：ComputerSystemArchitectureSchoolofComputerEngineeringandScience,ShanghaiUniversi

4、tyJanuary,2015IV上海大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要心電仿真計(jì)算是心臟生物電現(xiàn)象研究的一個(gè)重要課題，具有很高的科研價(jià)值和實(shí)用價(jià)值。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，用計(jì)算機(jī)進(jìn)行心電仿真計(jì)算成為了心電領(lǐng)域研究的一個(gè)重要手段。心電仿真由于計(jì)算量大，仿真模型復(fù)雜，通常使用超級(jí)計(jì)算機(jī)來進(jìn)行，但是這些超級(jí)計(jì)算機(jī)價(jià)格昂貴，體積龐大又不易使用和維護(hù)，如果能對心電仿真計(jì)算進(jìn)行大幅度的加速，甚至使用普通個(gè)人計(jì)算機(jī)完成心電仿真的計(jì)算，無疑將會(huì)對心臟病的研究和治療產(chǎn)生巨大的推動(dòng)作用。本文針對心電仿真目前遇到的計(jì)算能力不足的問題，將心電仿真計(jì)算的并行作為研究的重點(diǎn)。通過對心電仿真

5、模型和心電仿真串行算法進(jìn)行分析和研究，本文嘗試運(yùn)用基于多核CPU和GPU的異構(gòu)計(jì)算平臺(tái)來進(jìn)行心電仿真計(jì)算的加速，為了充分發(fā)揮異構(gòu)平臺(tái)的計(jì)算能力，本文還提出了一種調(diào)度算法來合理的分配計(jì)算任務(wù)。本文的主要工作如下：基于GPU的心電仿真算法。本文通過對心電仿真串行算法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，將心電仿真計(jì)算分為心電興奮傳播的仿真，心電仿真電勢的計(jì)算，處理計(jì)算結(jié)果三個(gè)步驟，其中心電仿真電勢計(jì)算部分是并行計(jì)算的重點(diǎn)。結(jié)合Amdahl定律進(jìn)行了加速比的分析后，本文選擇使用NVIDIA的CUDA軟件編程框架和GPU分別作為軟硬件環(huán)境實(shí)現(xiàn)了基于GPU的心電仿真算法，并進(jìn)行了性

6、能優(yōu)化。基于負(fù)載預(yù)測的混合調(diào)度算法（Load-predictionbasedHybridSchedulingAlgorithm,簡稱LHS算法）。為了能夠充分利用系統(tǒng)的計(jì)算資源，本文使用OpenMP實(shí)現(xiàn)了多核CPU的并行。此時(shí)，多核CPU和GPU組成的異構(gòu)環(huán)境下不同計(jì)算部件間的任務(wù)分配成了新的問題，為了能在異構(gòu)環(huán)境下將心電仿真的任務(wù)合理分配給具有不同性能的計(jì)算部件，本文提出了LHS算法，LHS算法運(yùn)用負(fù)載預(yù)測的方法，消除分支結(jié)構(gòu)，充分發(fā)揮GPU的性能并根據(jù)CPU和GPU的特點(diǎn)將計(jì)算任務(wù)進(jìn)行合理的任務(wù)分配，提高了CPU和GPU的綜合利用率，從而進(jìn)一步

7、提高了系統(tǒng)的整體性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文提出的基于GPU的心電仿真算法相比心電仿真的串行算法達(dá)到了16.83的加速比，達(dá)到了預(yù)期的加速效果。使用LHS算法之后系統(tǒng)的計(jì)算能力進(jìn)一步提升，獲得了相比一般動(dòng)態(tài)調(diào)度算法更好的加速效果。關(guān)鍵詞：心電仿真；并行計(jì)算；異構(gòu)環(huán)境；負(fù)載預(yù)測；任務(wù)調(diào)度V上海大學(xué)碩士學(xué)位論文ABSTRACTECGsimulationisanimportanttopicofcardiacbioelectricphenomenastudied,withahighscientificandpracticalvalue.Withthedevel

8、opmentofcomputertechnology,ECGsimulationwithcomputerhasbecome