基于GPU的LDPC存储优化并行译码结构设计

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1、2013年3月第39卷第3期北京航空航天大学学报JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsMarch2013VoI．39No．3基于GPU的LDPC存储优化并行译码结构设计葛帅刘荣科侯毅(北京航空航天大学电子信息J二程学院，北京100191)摘要：提出了一种基于Nvidia公司Fermi架构图形处理单元(GPU，GraphicPro—cessingUnit)的分层低密度奇偶校验LDPC(Low—DensityParity—Check)码译码算法的译码器结构优化设计．利用GPU架构的并行性特点，采用帧间与层内双

2、重并行的处理方式，充分利用流多处理器硬件资源，有效缓解了分层译码算法并行度受限的1'7题．此外，通过采取片上constantmemory存储器压缩存储校验矩阵以及利用片外globalmemory存储器对译码迭代信息进行联合访问的优化方法，有效降低了访存延迟，提高了译码吞吐率．测试结果表明，通过采用多帧并行处理和存储器访问优化可以提升基于GPU的LDPC译码器吞吐率14．9～34．8倍．关键词：准循环低密度奇偶校验码；图形处理单元；多帧处理；分层译码算法；存储优化中图分类号：TN911．2文献标识码：A文章编号：100l一5965(2013)03—0421—06Memoryo

3、ptimizedparallelLDPCdecoderarchitecturedesignonGPUGeShuaiLiuRongkeHouYi(SchoolofElectronicandInformationEngineering，BeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Beijing100191，China)Abstract：Anoptimizeddecodingarchitecturewasproposedforlow—densityparity—check(LDPC)codeslayereddecodingalgor

4、ithmbasedonNvidia’SFermigraphicprocessingunit(GPU)．InaccordancewiththeparallelismcharacteristicsinGPUhardwarestructure，inter—frameandintra—layerparallelizationprocessingwereadoptedtofullyutilizetheresourceofstreamingmuhiprocessors(SM)andmitigatethedecodingparal—lelismlimitationinlayereddec

5、odingalgorithm．Secondly．bycompressedstoringparity—checkmatrixinon—chipconstantmemoryandcoalescingaccesstheexchangeinformationinoff—chipglobalmemory，thememoryaccesslatencywasreduced，andhencethedecodingthroughputwasimproved．Simulationresultsshowthat14．9xto34．8xspeed—upfordecodingthroughputis

6、obtainedbyusingmulti—flameprocessingandmemoryac·cessoptimizationonGPUplatform．Keywords：quasi-cycliclow—densityparity—check(Qc—LDPC)codes；graphicprocessingunit(GPU)；multi—flameprocessing；layereddecodingalgorithm；memoryaccessoptimizationLDPC(Low—DensityParity—Check)码由Gallag·er于1962最早提出。1。，但限

7、于当时的计算机仿真水平，它的出现并没有得到足够的重视．直到20世纪末，Mackay，Neal等人发现其为具有逼近香农限性能的优秀纠错编码，具有很强的纠错和检错能力．准循环低密度奇偶校验码(Qc．LCPC，Quasi．CyclicLDPC)以其码字设计的低复杂度，正逐渐取代Turbo码成为信道编码的研究热点．经典的LDPC码的译码方式是基于Tanner图的双相消息传递(TPMP，TwoPhaseMessagePassing)译码算法．TPMP译码算法具有性能优异且易于使用并行计算实现等优点．现今采用的LDPC码译收稿