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GPU用于高光谱数据高性能计算的应用实践与分析

许宁 肖新耀 胡玉新 温静 汪大明

许宁, 肖新耀, 胡玉新, 等, 2015. GPU用于高光谱数据高性能计算的应用实践与分析. 地质力学学报, 21 (2): 190-198.
引用本文: 许宁, 肖新耀, 胡玉新, 等, 2015. GPU用于高光谱数据高性能计算的应用实践与分析. 地质力学学报, 21 (2): 190-198.
XU Ning, XIAO Xin-yao, HU Yu-xin, et al., 2015. VALIDATION AND ANALYSIS OF HIGH PERFORMANCE COMPUTATION ON HYPERSPECTRAL IMAGERY BASED ON GPU. Journal of Geomechanics, 21 (2): 190-198.
Citation: XU Ning, XIAO Xin-yao, HU Yu-xin, et al., 2015. VALIDATION AND ANALYSIS OF HIGH PERFORMANCE COMPUTATION ON HYPERSPECTRAL IMAGERY BASED ON GPU. Journal of Geomechanics, 21 (2): 190-198.

GPU用于高光谱数据高性能计算的应用实践与分析

基金项目: 

中国地质调查局地质调查项目"地质勘查遥感系统集成与综合应用示范" 1212011120226

详细信息
    作者简介:

    许宁(1982-), 男, 四川邛崃人, 博士生, 研究方向光学遥感影像配准、融合处理及信息提取。E-mail:x_ning@aliyun.com

  • 中图分类号: TP79

VALIDATION AND ANALYSIS OF HIGH PERFORMANCE COMPUTATION ON HYPERSPECTRAL IMAGERY BASED ON GPU

  • 摘要: 高光谱遥感数据具有波段多、数据量大、处理复杂等特点, 基于GPU的高性能计算在遥感领域得到了快速发展, 为高光谱数据的快速处理提供了硬件和技术条件。采用GPU对高光谱遥感数据常用的SAM、PPI等处理算法进行应用实验, 验证基于GPU的高光谱遥感数据快速处理技术。实验采用新疆东天山地区的一景星载Hyperion数据, 利用支持IDL开发语言的GPULib、CUDA运行时API库进行算法效率的验证, 结果表明, 基于GPU的高光谱数据处理效率比常规的多核CPU主机处理效率有较大提升, 具有一定的应用推广价值。

     

  • 图  1  工作站主机和GPU组成的工作环境

    Figure  1.  Sketch of work environment constructed by Host and GPU

    图  2  基于单颗GPU实现的SAM处理流程图示

    Figure  2.  Flowchart of implementation for SAM algorithm on single GPU

    图  3  PPI算法中像元投影极值计数原理

    Figure  3.  Principle of PPI algorithm for projection of pixel vectors on skewers

    图  4  进行PPI实验的处理数据和处理结果

    Figure  4.  Hyperspectral data and results of PPI algorithm on CPU and GPU

    表  1  CPU-GPU基本性能测试

    Table  1.   Basic performance comparison of CPU and GPU

    测试项目 数据大小 测试结果
    矩阵乘法 矩阵转置 FFT计算
    Q6600时间/s 5000×5000 126.859 0.000 4.047
    10000×10000 1626.453 0.001 23.121
    C2050时间/s 5000×5000 0.157 0.016 0.125
    10000×10000 0.452 0.032 0.405
    处理时间对比 5000×5000 820.758 0.000 32.376
    10000×10000 3598.347 0.031 57.089
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    表  2  CPU与GPU的SAM性能测试

    Table  2.   Performance comparison of SAM algorithm between CPU and GPU

    测试项目 5条参考光谱 200条参考光谱
    SAM计算时间 矩阵重列时间 SAM计算时间 矩阵重列时间
    CPU/s 0.469 1.000 14.093 5.516
    GPU/s 0.188 0.094 2.297 1.032
    效率对比 2.500 10.638 6.135 5.345
    平均效率 5.209 5.890
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    表  3  测试程序PPI与ENVI性能测试(CPU)

    Table  3.   Performance comparison of PPI between test program and ENVI on CPU

    测试项目 1000单位随机向量 10000单位随机向量
    逐像元 分块优化 逐像元 分块优化
    ENVI/s 245 13 2163 125
    程序/s 501.641 183.200 5054.172 1320.618
    效率对比 0.489 0.071 0.428 0.095
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    表  4  CPU与GPU测试程序PPI性能对比

    Table  4.   Performance comparison of PPI using test program between CPU and GPU

    测试项目 1000单位随机向量 10000单位随机向量
    逐像元 分块优化 逐像元 分块优化
    CPU/s 501.641 183.20 5054.172 1320.618
    GPU/s 523.102 10.324 5128.320 95.682
    效率对比 0.958974 17.745 0.985541 13.802
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  • 收稿日期:  2014-11-13
  • 刊出日期:  2015-06-01

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