un environnement parallèle de développement haut

Université de Reims Champagne-Ardenne
École Doctorale Sciences Technologies et Santé
THÈSE
présentée par
GABRIEL NOAJE
pour l’obtention du grade de
Docteur de l’Université de Reims Champagne-Ardenne
Spécialité : Informatique
UN ENVIRONNEMENT PARALLÈLE DE
DÉVELOPPEMENT HAUT NIVEAU
POUR LES ACCÉLÉRATEURS GRAPHIQUES :
MISE EN ŒUVRE À L’AIDE D’OPENMP
soutenue publiquement le 7 mars 2013 devant le jury constitué de :
Directeur :
Michaël Krajecki Professeur, Université de Reims Champagne Ardenne
Co-directeur :
Christophe Jaillet Maître de Conférences, Université de Reims Champagne Ardenne
Rapporteurs :
Hervé GUYENNET Professeur, Université de Franche-Comté
Zineb HABBAS Professeur, Université de Lorraine
Examinateurs :
Guillaume COLIN-DE-VERDIERE Chargé mission HPC, CEA
Olivier FLAUZAC Professeur, Université de Reims Champagne Ardenne
Florin POP Maître de Conférences, Université Politehnica Bucarest
Adrian TATE Ingénieur principal, Cray Inc.
Centre de Recherche en STIC

Remerciements
Jetiens à exprimer mes remerciements et toute ma gratitude à Michaël KRAJECKI, Professeur à l’Université de Reims Champagne Ardenne et à Christophe JAILLET,
Maître de Conférences à l’Université de Reims Champagne Ardenne, pour avoir accepté
d’encadrer cette thèse, pour leur disponibilité et leurs compétences scientifiques que j’ai
pu apprécier tout au long de ces années. Ce travail n’aurait jamais pu aboutir sans eux
qui ont toujours su me consacrer des moments de leurs temp et de me donner des
nombreux conseils.
Je remercie aussi mes rapporteurs Hervé GUYENNET, Professeur à l’Université de
Franche-Comté et Zineb HABBAS, Professeur à l’Université de Lorraine, pour avoir
rapporté mes travaux, ainsi que les autres membres du jury : Guillaume COLIN-DE-
VERDIERE, Chargé mission HPC au Commissariat à l’Energie Atomique, Olivier
FLAUZAC, Professeur à l’Université de Reims Champagne Ardenne, Florin POP,
Maître de conférences à l’Université Politehnica Bucarest et Adrian TATE, Ingénieur
principal chez Cray.
Je remercie mon collègue de bureau Hervé DELEAU pour les discussions techniques
qu’on a pu avoir pendant les différents moments de mon travail.
Je tiens également à remercier les ingénieurs du Centre de Calcul Champagne-Ardenne
ROMEO, Arnaud RENARD et Hervé DELEAU, pour leur soutien technique et lo-
gistique.
Je tiens à remercier tous les membres du département Mathématiques, Mécanique et
Informatique, enseignants, ensemble du personnel et doctorants, avec qui j’ai passé des
bons moments.
Mes derniers remerciements vont à ma famille, mes parents et spécialement à Cornelia,
car sans leur constant soutien et leurs encouragements, je n’aurais pas pu mener à bien
cette thèse.

Table des Matières
Introduction xv
I Vers des machines exaflopiques 1
I.1 Modèlesd’exécution ............................ 2
I.1.1 Taxonomie de Flynn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
I.1.2 Modèles d’architecture relevant de MIMD - classifications de
DuncanetYoung.......................... 6
I.2 Évolution des machines parallèles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
I.2.1 Évolution des processeurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
I.2.2 TOP500............................... 12
I.2.3 Perspective / prospective . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
I.3 Accélérateurs ................................ 18
I.3.1 GPU (NVIDIA, ATI) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
I.3.2 Accélérateurs spécialisés (ClearSpeed, CellBE, FPGA) . . . . . 28
I.3.3 L’avenir des architectures manycore ? (Intel - Xeon Phi) . . . . . 35
I.4 Conclusion.................................. 37
II Approches de programmation des accélérateurs 39
II.1 Modèles de programmation parallèle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
II.1.1 Les types de parallélisme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
II.1.2 Langages de programmation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
II.2 Langages de programmation spécifiques pour accélérateurs graphiques . 45
II.2.1 CUDA -NVIDIA.......................... 45
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