CN108109104A - 一种面向统一染色架构gpu的三级任务调度电路 - Google Patents

一种面向统一染色架构gpu的三级任务调度电路 Download PDF

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Abstract

本发明属于计算机图形领域，涉及一种基于统一染色架构GPU的三级任务调度电路，包括：第一级调度(1)、第二级调度(2)、第三级调度(3)。本发明实现多类型染色任务从CPU端下发到GPU执行过程中的分级调度，有效提升统一染色架构调度策略的高效性、灵活性、通用性和实时性。

Description

一种面向统一染色架构GPU的三级任务调度电路
技术领域
本发明属于计算机图形领域，涉及一种基于统一染色架构GPU的三级任务调度电路。
背景技术
统一染色架构GPU在GPU发展历程中具有重要的意义，连接了GPU从图形化领域向通用计算等非图形化领域应用扩展的桥梁。统一染色架构的特性在于其各个统一染色器均能够分时复用，实现顶点、像素的染色功能以及通用计算功能，大大提升计算资源的利用率和通用性。
对于染色任务(顶点、像素、通用计算等)从CPU端任务下发到各个统一染色器的分配和调度作为统一染色架构的核心关键技术，决定统一染色架构的计算效率和吞吐率。目前对于统一染色架构的调度策略，尤其是硬件调度策略的研究资料很少。
发明内容
本发明的目的：提供一种面向统一染色架构GPU的三级任务调度电路，实现多类型染色任务从CPU端下发到GPU执行过程中的分级调度，有效提升统一染色架构调度策略的高效性、灵活性、通用性和实时性。
本发明的技术解决方案：
一种面向统一染色架构GPU的三级任务调度电路，包括：
第一级调度(1)、第二级调度(2)、第三级调度(3)；
第一级调度(1)由主机配置模块(4)和多任务优先级计算(5)模块组成；
根据所述主机配置模块(4)接收CPU经图形应用接口(API)下发的主机配置信息，包括：执行资源预先分配方案、负载均衡方案和第三级调度(3)的轮询配置信息，并将所述主机配置信息发送至第二级调度(2)和多任务优先级计算模块(5)；记录多任务优先级计算模块(5)反馈的优先级信息；
多任务优先级计算模块(5)接收图形任务信息处理模块下发的多类型warp任务，依据主机配置模块(4)的主机配置信息和第三级调度(3)中反馈的实时状态和记录的各项信息，计算每个warp任务的执行周期以及各类型warp执行周期的加权均值统计结果，对多类型warp分别依据LLQ(低延迟队列)算法分类计算优先级，按照优先级划分、排序构成多个不同类型的待调度warp队列，其中多类型warp可支持向通用计算等类型的扩展，将所述待调度warp队列作为调度结果发送给第二级调度(2)中的执行管理模块(7)；同时，向主机配置模块(4)反馈优先级信息；
第二级调度(2)由状态监控模块(6)、执行管理模块(7)和执行单元(即流多处理器)计数器组(8)组成；
根据所述状态监控模块(6)接收第一级调度(1)中主机配置模块(4)的主机配置信息，设置状态监控信号，依据初始的执行管理模块(7)和执行单元计数器组(8)的状态，或者执行管理模块(7)和执行单元计数器组(8)通过状态监控信号反馈的状态，选择资源预先分配方案、负载均衡方案和第三级调度(3)的轮询配置信息向执行管理模块(7)传输；
根据所述执行管理模块(7)接收第一级调度(1)中多任务优先级计算模块(5)的调度结果，即多个不同类型的待调度warp队列，每次调度操作获取每个类型任务warp各一个，各类型任务在该模块中并行调度执行资源，执行资源的分配依据状态监控模块(6)传输的资源预先分配方案，并向第三级调度(3)传输此时的资源预先分配方案，通过状态监控信号向状态监控模块(6)反馈执行管理模块(7)的状态；当负载出现不均衡状态时，通过状态监控信号向状态监控模块(6)反馈执行管理模块(7)的状态，负载均衡操作依据状态监控模块(6)传输的负载均衡方案执行，重新分配各类型的执行资源，并向第三级调度(3)传输此时重新分配的执行资源结果；将状态监控模块(6)传输的第三级调度(3)轮询配置信息发送给第三级调度(3)；
根据所述执行单元计数器组(8)接收第三级调度(3)执行的实时状态并记录各项信息，包含对每个执行单元、执行单元内每个warp的计数以及每个warp任务的轮询紧急度配置信息，向第一级调度(1)的多任务优先级计算模块(5)反馈接收到的第三级调度(3)执行的实时状态和记录的各项信息，通过状态监控信号向状态监控模块(6)反馈当前任务的轮询紧急度配置状态；当前warp执行完毕后执行管理模块(7)可对该计数器组进行复位操作，清除执行单元内每个warp的计数以及每个warp任务的轮询紧急度配置信息；
第三级调度(3)由被调度的执行单元簇(9)及多warp切换调度模块(10)组成；
根据所述执行单元簇(9)，实现warp的计算功能，支持多warp任务并行、流水操作，多warp任务间执行的切换机制采用URR(紧急轮询)算法，算法的紧急度由多warp切换调度模块(10)传输的轮询配置信息决定，同时向第二级调度(2)的执行单元计数器组(8)反馈当前每个执行单元、执行单元内每个warp的计数以及每个warp任务的轮询紧急度配置信息；
根据所述多warp切换调度模块(10)，接收上级调度中执行管理模块(7)的配置信息，包括资源预先分配方案、负载均衡操作后重新分配的执行资源结果、轮询配置信息，管理执行单元簇(9)中每个执行单元内多warp的轮询调度，向执行单元簇(9)传输轮询配置信息。
本发明的技术效果是：
本发明提供一种面向统一染色架构GPU的三级任务调度电路，基于LLQ算法、可配置负载均衡策略以及紧急轮询算法实现调度电路，对基于软、硬件实现任务调度提供设计思路。本发明的三级调度电路，支持多种类型任务同时调度，支持基于图形类任务和通用计算任务的优先级设置，支持可配置的负载均衡调度策略，支持在多warp轮询切换时依据紧急程度配置实现优先计算。
本发明的三级调度电路，能够在第一级调度1中实现多类型任务的并行排序，增强任务调度的任务类型可扩展性；在第二级调度2中实现主机可配置的动态、实时负载均衡和预先资源分配的静态负载均衡，增强适应不同应用场景、多种渲染需求的灵活性；在第三级调度3中依据不同的紧急程度配置优化轮询调度策略，通过分级调度的方法提升统一染色架构GPU调度策略的高效性、灵活性、通用性和可扩展性。
附图说明
图1为本发明的方法模块图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案做进一步详细描述。
如图1所示，本发明提供一种面向统一染色架构GPU的三级任务调度电路，包括：
第一级调度1、第二级调度2、第三级调度3；
第一级调度1由主机配置模块4和多任务优先级计算5模块组成；
根据所述主机配置模块4接收CPU经图形应用接口API下发的主机配置信息，包括：执行资源预先分配方案、负载均衡方案和第三级调度3的轮询配置信息，并将所述主机配置信息发送至第二级调度2和多任务优先级计算模块5；记录多任务优先级计算模块5反馈的优先级信息；
多任务优先级计算模块5接收图形任务信息处理模块下发的多类型warp任务，依据主机配置模块4的主机配置信息和第三级调度3中反馈的实时状态和记录的各项信息，计算每个warp任务的执行周期以及各类型warp执行周期的加权均值统计结果，对多类型warp分别依据LLQ低延迟队列算法分类计算优先级，按照优先级划分、排序构成多个不同类型的待调度warp队列，其中多类型warp可支持向通用计算等类型的扩展，将所述待调度warp队列作为调度结果发送给第二级调度2中的执行管理模块7；同时，向主机配置模块4反馈优先级信息；
第二级调度2由状态监控模块6、执行管理模块7和执行单元即流多处理器计数器组8组成；
根据所述状态监控模块6接收第一级调度1中主机配置模块4的主机配置信息，设置状态监控信号，依据初始的执行管理模块7和执行单元计数器组8的状态(初始状态由主机方设定)，或者执行管理模块7和执行单元计数器组8通过状态监控信号反馈的状态，选择资源预先分配方案、负载均衡方案和第三级调度3的轮询配置信息向执行管理模块7传输；(选择策略由主机方确定)
根据所述执行管理模块7接收第一级调度1中多任务优先级计算模块5的调度结果，即多个不同类型的待调度warp队列，每次调度操作获取每个类型任务warp各一个，各类型任务在该模块中并行调度执行资源，执行资源的分配依据状态监控模块6传输的资源预先分配方案，并向第三级调度3传输此时的资源预先分配方案，通过状态监控信号向状态监控模块6反馈执行管理模块7的状态；当负载出现不均衡状态时，通过状态监控信号向状态监控模块6反馈执行管理模块7的状态，负载均衡操作依据状态监控模块6传输的负载均衡方案执行，重新分配各类型的执行资源，并向第三级调度3传输此时重新分配的执行资源结果；将状态监控模块6传输的第三级调度3轮询配置信息发送给第三级调度3；
根据所述执行单元计数器组8接收第三级调度3执行的实时状态并记录各项信息，包含对每个执行单元、执行单元内每个warp的计数以及每个warp任务的轮询紧急度配置信息，向第一级调度1的多任务优先级计算模块5反馈接收到的第三级调度3执行的实时状态和记录的各项信息，通过状态监控信号向状态监控模块6反馈当前任务的轮询紧急度配置状态；当前warp执行完毕后执行管理模块7可对该计数器组进行复位操作，清除执行单元内每个warp的计数以及每个warp任务的轮询紧急度配置信息；
第三级调度3由被调度的执行单元簇9及多warp切换调度模块10组成；
根据所述执行单元簇9，实现warp的计算功能，支持多warp任务并行、流水操作，多warp任务间执行的切换机制采用URR(紧急轮询)算法，算法的紧急度由多warp切换调度模块10传输的轮询配置信息决定，同时向第二级调度2的执行单元计数器组8反馈当前每个执行单元、执行单元内每个warp的计数以及每个warp任务的轮询紧急度配置信息；
根据所述多warp切换调度模块10，接收上级调度中执行管理模块7的配置信息，包括资源预先分配方案、负载均衡操作后重新分配的执行资源结果、轮询配置信息，管理执行单元簇9中每个执行单元内多warp的轮询调度，向执行单元簇9传输轮询配置信息。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (1)

1.一种面向统一染色架构GPU的三级任务调度电路，其特征在于，包括：
第一级调度(1)、第二级调度(2)、第三级调度(3)；
第一级调度(1)由主机配置模块(4)和多任务优先级计算(5)模块组成；
根据所述主机配置模块(4)接收CPU经图形应用接口(API)下发的主机配置信息，包括：执行资源预先分配方案、负载均衡方案和第三级调度(3)的轮询配置信息，并将所述主机配置信息发送至第二级调度(2)和多任务优先级计算模块(5)；记录多任务优先级计算模块(5)反馈的优先级信息；
多任务优先级计算模块(5)接收图形任务信息处理模块下发的多类型warp任务，依据主机配置模块(4)的主机配置信息和第三级调度(3)中反馈的实时状态和记录的各项信息，计算每个warp任务的执行周期以及各类型warp执行周期的加权均值统计结果，对多类型warp分别依据LLQ(低延迟队列)算法分类计算优先级，按照优先级划分、排序构成多个不同类型的待调度warp队列，其中多类型warp可支持向通用计算等类型的扩展，将所述待调度warp队列作为调度结果发送给第二级调度(2)中的执行管理模块(7)；同时，向主机配置模块(4)反馈优先级信息；
第二级调度(2)由状态监控模块(6)、执行管理模块(7)和执行单元计数器组(8)组成；
根据所述状态监控模块(6)接收第一级调度(1)中主机配置模块(4)的主机配置信息，设置状态监控信号，依据初始的执行管理模块(7)和执行单元计数器组(8)的状态，或者执行管理模块(7)和执行单元计数器组(8)通过状态监控信号反馈的状态，选择资源预先分配方案、负载均衡方案和第三级调度(3)的轮询配置信息向执行管理模块(7)传输；
根据所述执行管理模块(7)接收第一级调度(1)中多任务优先级计算模块(5)的调度结果，即多个不同类型的待调度warp队列，每次调度操作获取每个类型任务warp各一个，各类型任务在该模块中并行调度执行资源，执行资源的分配依据状态监控模块(6)传输的资源预先分配方案，并向第三级调度(3)传输此时的资源预先分配方案，通过状态监控信号向状态监控模块(6)反馈执行管理模块(7)的状态；当负载出现不均衡状态时，通过状态监控信号向状态监控模块(6)反馈执行管理模块(7)的状态，负载均衡操作依据状态监控模块(6)传输的负载均衡方案执行，重新分配各类型的执行资源，并向第三级调度(3)传输此时重新分配的执行资源结果；将状态监控模块(6)传输的第三级调度(3)轮询配置信息发送给第三级调度(3)；
根据所述执行单元计数器组(8)接收第三级调度(3)执行的实时状态并记录各项信息，包含对每个执行单元、执行单元内每个warp的计数以及每个warp任务的轮询紧急度配置信息，向第一级调度(1)的多任务优先级计算模块(5)反馈接收到的第三级调度(3)执行的实时状态和记录的各项信息，通过状态监控信号向状态监控模块(6)反馈当前任务的轮询紧急度配置状态；当前warp执行完毕后执行管理模块(7)可对该计数器组进行复位操作，清除执行单元内每个warp的计数以及每个warp任务的轮询紧急度配置信息；
第三级调度(3)由被调度的执行单元簇(9)及多warp切换调度模块(10)组成；
根据所述执行单元簇(9)，实现warp的计算功能，支持多warp任务并行、流水操作，多warp任务间执行的切换机制采用URR(紧急轮询)算法，算法的紧急度由多warp切换调度模块(10)传输的轮询配置信息决定，同时向第二级调度(2)的执行单元计数器组(8)反馈当前每个执行单元、执行单元内每个warp的计数以及每个warp任务的轮询紧急度配置信息；
根据所述多warp切换调度模块(10)，接收上级调度中执行管理模块(7)的配置信息，包括资源预先分配方案、负载均衡操作后重新分配的执行资源结果、轮询配置信息，管理执行单元簇(9)中每个执行单元内多warp的轮询调度，向执行单元簇(9)传输轮询配置信息。
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