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Design Space Exploration for Partitioning Dataflow Program on CPU-GPU Heterogeneous System

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Dataflow programming

In computer programming, dataflow programming is a programming paradigm that models a program as a directed graph of the data flowing between operations, thus implementing dataflow principles and architecture. Dataflow programming languages share some features of functional languages, and were generally developed in order to bring some functional concepts to a language more suitable for numeric processing. Some authors use the term datastream instead of dataflow to avoid confusion with dataflow computing or dataflow architecture, based on an indeterministic machine paradigm.

Stream processing

In computer science, stream processing (also known as event stream processing, data stream processing, or distributed stream processing) is a programming paradigm which views streams, or sequences of events in time, as the central input and output objects of computation. Stream processing encompasses dataflow programming, reactive programming, and distributed data processing. Stream processing systems aim to expose parallel processing for data streams and rely on streaming algorithms for efficient implementation.

Calcul hétérogène

Heterogeneous computing refers to systems that use more than one kind of processor or core. These systems gain performance or energy efficiency not just by adding the same type of processors, but by adding dissimilar coprocessors, usually incorporating specialized processing capabilities to handle particular tasks. Usually heterogeneity in the context of computing referred to different instruction-set architectures (ISA), where the main processor has one and other processors have another - usually a very different - architecture (maybe more than one), not just a different microarchitecture (floating point number processing is a special case of this - not usually referred to as heterogeneous).

Heterogeneous System Architecture

Heterogeneous System Architecture (HSA) is a cross-vendor set of specifications that allow for the integration of central processing units and graphics processors on the same bus, with shared memory and tasks. The HSA is being developed by the HSA Foundation, which includes (among many others) AMD and ARM. The platform's stated aim is to reduce communication latency between CPUs, GPUs and other compute devices, and make these various devices more compatible from a programmer's perspective, relieving the programmer of the task of planning the moving of data between devices' disjoint memories (as must currently be done with OpenCL or CUDA).

Langage graphique

vignette|Script du programme "Hello, world!" dans le langage de programmation graphique Scratch Un langage de programmation graphique ou visuel est un langage de programmation dans lequel les programmes sont écrits par assemblage d'éléments graphiques. Sa syntaxe concrète est composée de symboles graphiques et de textes, qui sont disposés spatialement pour former des programmes. De nombreux langages visuels se basent sur les notions « de boîtes et de flèches » : les boîtes (ou d'autres d'objets) sont traitées comme des entités, reliées par des flèches ou des lignes qui représentent des relations.

Vision processing unit

A vision processing unit (VPU) is (as of 2023) an emerging class of microprocessor; it is a specific type of AI accelerator, designed to accelerate machine vision tasks. Vision processing units are distinct from video processing units (which are specialised for video encoding and decoding) in their suitability for running machine vision algorithms such as CNN (convolutional neural networks), SIFT (scale-invariant feature transform) and similar.

Dataflow

In computing, dataflow is a broad concept, which has various meanings depending on the application and context. In the context of software architecture, data flow relates to stream processing or reactive programming. Dataflow computing is a software paradigm based on the idea of representing computations as a directed graph, where nodes are computations and data flow along the edges. Dataflow can also be called stream processing or reactive programming. There have been multiple data-flow/stream processing languages of various forms (see Stream processing).

Architecture Dataflow

Le dataflow (en flux de données) est une architecture où les données sont des entités actives qui traversent le programme de manière asynchrone, contrairement à l'architecture classique von Neumann, où elles attendent passivement en mémoire pendant que le programme est exécuté séquentiellement suivant le contenu du pointeur de programme (PC). On parle aussi d'ordinateur cadencé par les données. Dans une architecture flux de données, les programmes sont représentés sous forme de graphes : un nœud représente une opération à effectuer, tandis que les données circulent sur les arcs et forment les entrées aux nœuds.

Processeur graphique

Un processeur graphique, ou GPU (de l'anglais Graphics Processing Unit), également appelé coprocesseur graphique sur certains systèmes, est une unité de calcul assurant les fonctions de calcul d'image. Il peut être présent sous forme de circuit intégré (ou puce) indépendant, soit sur une carte graphique ou sur la carte mère, ou encore intégré au même circuit intégré que le microprocesseur général (on parle d'un SoC lorsqu'il comporte toutes les puces spécialisées).

Processeur physique

Un processeur physique (en anglais PPU de Physics Processing Unit), est un microprocesseur qui est destiné aux calculs de modélisation physique, plus particulièrement dans les jeux vidéo. Un PPU peut matériellement prendre en charge les calculs suivants : dynamique des corps rigides ; dynamique des corps mous ; détection de collision ; dynamique des fluides ; système de particules ; calculs de structures complexes (cheveux, vêtements) ; méthode des éléments finis ; tribologie.