2. Abschattung Kosmischer Strahlung durch den Mond in IceCube

4.2. Funktion
Seit einigen Jahren werden Graphikkarten auch außerhalb ihres ursprünglichen Verwendungszwecks
eingesetzt. Aufgrund des schnellen Speichers und der hohen Parallelität, die sie bieten, sind
sie für Teile rechenaufwändiger Programme oder Berechnungen von großem Nutzen.
4.2. Funktion
In dieser Arbeit wird die von der Firma NVIDIA entwickelte Sprache CUDA benutzt, um die
Berechnungen zur Mondschattenanalyse auf einer GPU durchzuführen. CUDA ist eine Erweiterung
der Programmiersprache C. Die Strukturen und Begriffe sind teilweise CUDA-spezifisch, lassen sich
jedoch meist auch auf andere Sprachen übertragen.
Ein Programm, das auf der GPU ausgeführt wird, wird Kernel genannt. Ein Kernel erzeugt
ein Grid von Threads, die den Programmcode des Kernels parallel durchlaufen. Threads sind in
Blöcken organisiert. In einem Block ist es möglich, Daten zwischen Threads auszutauschen. Ein
Block kann bis zu drei Dimensionen haben, das heißt, dass die Threads in einem Block drei Indize
bekommen, durch die sie im Programmcode unterschieden werden können. Diese Dimensionen
können bei der Programmierung festgelegt werden und an das entsprechende Problem angepasst
werden.
Auch Blöcke haben zwei Indize, um im Programmcode unterschieden zu werden (siehe Abbildung
4.2 links). Diese Indize können über BlockIdx und ThreadIdx abgerufen werden.
Die Anzahl der Blöcke, die parallel ausgeführt werden, hängt von der Anzahl der Kerne der
verwendeten Graphikkarte ab. Jedoch muss dies nicht bei der Programmierung berücksichtigt
werden, da die GPU die Aufrufe selbst übernimmt. Hierbei gibt es keine festgelegte Reihenfolge.
Folglich kann es sein, dass Programme auf unterschiedlichen Graphikarten unterschiedlich schnell
laufen (siehe Abbildeung 4.2 rechts).
Abbildung 4.2.: Links: Organisation von Threads und Blocks auf einem Grid.[31] Rechts: Aufrufe
von Blöcken in unterschiedlichen Maschinen.[32]
Jeder Thread hat einen kleinen Speicher für lokale Variablen. Dieser Speicher ist in der Graphikkarte
dicht an den Prozessor gebaut, um einen schnellen Zugriff zu erlauben. Zudem gibt es
René Reimann 13