Algorithmes de la morphologie mathématique pour - Pastel - HAL

Jaromír BRAMBOR1.3. PROCESSEURS GRAPHIQUES – LES GPUFabricantIntel IA-32Intel IA-64Intel PCA (PXA27x)AMDAMD64SunMOTOROLASuperHTransmeta Efficeon(VLIW)Fonctionnalités ouextensions multimédiaMMX, SSE, SSE2, SSE3inclusWireless MMX3DNow!, 3DNow!2inclusVISAltiVecSHmediaMMX, SSE, SSE2, SSE3TAB. 1.2 : Architectures multimédiaCe type de processeurs essaie de couvrir le plus grandnombre de clients potentiels et pour s’y adapter, leurs architecturesont bien évolué au cours des années. Elles nousproposent, dans leurs versions actuelles, les fonctionnalitésdites multimédia 1 pour le traitement de données, ce quiveut dire qu’une partie de l’architecture est dédiée au traitementde données régulières d’un grand volume 2 , tellesque le son, les images, la vidéo. Nous parlons ainsi desprocesseurs à usage général avec les extensions multimédia,GPPMM (une abréviation dérivée d’un terme anglaisGeneral Purpose Processor with MultiMedia extensions).Le tableau 1.2 présente une liste non exhaustive des appellationsdes architectures ou des extensions multimédia selon divers fabricants de processeurs.Ce sont les capacités multimédia qui vont nous intéresser dans cette thèse chez les GPPMM caren les utilisant, nous pouvons bénéficier très facilement et sur la plupart des architectures existantesgrand public d’une réduction prévisible du temps de calcul et par dualité d’une augmentation du débitde traitement de données. De plus, les instructions multimédia pour le traitement par la morphologiemathématique sont semblables et nous pouvons ainsi obtenir une portabilité plus ou moins aisément.Cela est valable même pour des processeurs très différents, comme c’est le cas pour les processeurspuissants LFB01 d’un côté et pour les processeurs à basse consommation Bra02 de l’autre.1.3 Processeurs graphiques – les GPUUne place très particulière parmi les architectures des processeurs est détenue par les processeursgraphiques, les GPU (dérivé d’un terme anglais Graphic Processing Unit). Il s’agit des processeurs quiétaient initialement utilisés à l’accélération de la visualisation des scènes 3D, très exigeante en ce quiconcerne le nombre d’opérations effectuées et la spécificité du calcul.Le calcul sur les GPU se distingue d’abord par l’utilisation d’un ensemble limité mais bien choisid’un certain nombre de fonctions mathématiques (sin, cos, puissance, la racine carrée, produit scalaire,etc.), ensuite par le procédé de calcul qui utilise naturellement les types vectoriels (de 3 ou 4 composantes)et finalement par l’utilisation courante des opérations en virgule flottante. Tout cela est encoremajoré par la contrainte du temps dans le cas de la visualisation 3D interactive et/ou en temps réel. Cecalcul spécifique, réuni avec la masse d’informations traitées lors de ce calcul, était (et est toujours) inadaptéaux architectures du calcul général, même si ces dernières auraient pu l’effectuer en dépit de larapidité.Puisque ni les GPP, ni leurs successeurs GPPMM, ne pouvaient satisfaire la demande importantepour la visualisation devenue de plus en plus exigeante, une nouvelle catégorie de processeurs dédiés avu le jour, la catégorie des processeurs graphiques destinés à l’accélération du calcul pour la visualisation3D. Ces processeurs étaient et sont toujours des accélérateurs, c’est-à-dire des processeurs secondairesdédiés, qui restent fortement liés aux processeurs principaux (GPP).En effet, la cohabitation GPP-GPU a donné ce que l’on en avait espéré. On a séparé la problématiquede la visualisation à deux parties : la partie de haut niveau est représentée par le GPP et on l’utilise pourl’exécution de l’application de la visualisation. La deuxième partie de niveau bas est représentée par cesaccélérateurs dédiés et spécialisés qui s’occupent du calcul intensif. Toutes les architectures actuelles desordinateurs personnels utilisent les accélérateurs graphiques ou, au moins, des sous-systèmes graphiquessi on ne peut pas les classer dans la catégorie des accélérateurs au vrai sens du mot.1La définition universelle et pertinente du mot multimédia est difficile à trouver, nous pouvons le définir comme réunissantplusieurs et différents types de médias, dans ce contexte des médias électroniques2Remarquons que la locution grand volume est vague et contextuelle, elle signifie ici les unités, dizaines ou au maximumles centaines de Mo21