Mìmir: A real-time interactive visualization library for CUDA programs

Abstract

La visualizaci´on de experimentos que corren en GPU mediante plataformas como CUDA presenta caracter´ısticas distintas en comparaci´on a la de algoritmos tradicionales que utilizan solo CPU y RAM. Dado el volumen de datos involucrado y la velocidad con que se actualizan, a menudo es deseable poder observar gr´aficamente su estado, ya sea para presentarlos de forma m´as expresiva, monitorear su evoluci´on o detectar errores en tiempo real. Esto es considerablemente m´as dif´ıcil utilizando soluciones orientadas a datos residentes en RAM, ya que implica transferencia desde y hacia la GPU para generar y actualizar la visualizaci´on. Este trabajo presenta el dise˜no e implementaci´on de una biblioteca C++ que utiliza interoperabilidad entre CUDA y Vulkan para visualizar conjuntos de datos residentes en memoria de GPU en tiempo real. La soluci´on propuesta permite crear vistas de los recursos en memoria de GPU creados en CUDA de manera que sus modificaciones se actualicen en tiempo real sobre la visualizaci´on producida en Vulkan para varios tipos de datos. El esquema de la biblioteca permite generar visualizaciones con m´ınimas alteraciones al c´odigo fuente del experimento original, necesitando ´unicamente reemplazar las llamadas a las peticiones de memoria GPU que se quiere visualizar. Los experimentos realizados muestran que el rendimiento en visualizar nubes de puntos es hasta 12 veces m´as r´apido en tiempo total de visualizaci´on con un frame rate hasta 9 veces m´as alto y con uso de memoria hasta 1.5 veces menor respecto a visualizaciones generadas con librer´ıas orientadas al despliegue de este tipo de datos. Tambi´en se muestra que la interoperabilidad puede utilizarse para mostrar conjuntos de datos de diversos tama˜nos sin p´erdida de responsividad, y las opciones de sincronizaci´on entre CUDA y Vulkan pueden ajustarse para balancear el uso de recursos entre rendering y c´omputo seg´un el caso de uso. Por otro lado, se discuten las diferencias entre utilizar OpenGL y Vulkan como backends gr´aficos para generar las visualizaciones.