Summation of a polynomial

I would like to perform a summation operation on a polynomial inside a cuda kernel which contains coefficients and function as given

y = a1*f1(x) + a2*f2(x) + a3*f3(x) + a4*f4(x);

My first idea is to loop over the three terms and use switch statements

float y = 0;
    for (int i = 0; i < 4; i++) {
        if (a[i] != 0) {

            switch (i) {
            case 0: y += a[i] * f1(x); break;
            case 1: y += a[i] * f2(x); break;
            case 2: y += a[i] * f3(x); break;
            case 3: y += a[i] * f4(x); break;
            }
        }
    }

The above solution seems to be very basic and slow when number of terms in equation can be greater than 30. Now, I am thinking of creating an array of functions to remove switch statement.

float y = 0;
    for (int i = 0; i < 4; i++) {
        if (a[i] != 0) {
            y += a[i] * f[i](x);
        }
    }

All threads share same a[i]. The function f[i] is again another polynomial with 1 – 8 terms.

Can this be optimized?

Update 1:
I have not yet written the code just solved the polynomial. I can share some part of the polynomial here. The actual equation looks like this:

z = a1*f1(x,y) + a2*f2(x,y) + a3*f3(x,y) + a4 * f4(x,y)

x,y are the inputs that varies across the threads

coefficients a1, a2, a3, a4 are constants.

f1(x,y) = 6*x*y ;
f2(x,y) = 2*x*(4*x^2 + 4*y^2 - 3) + 16*x*y^2 ;
f3(x,y) = 10*y^2*(3*x^2 - y^2) - 2*y^2*(5*x^2 + 5*y^2 - 4) + (3*x^2 - y^2)*(5*x^2 + 5*y^2 - 4) ;
f4(x,y) = y*(60*y + 210*y*(x^2 + y^2)^2 - 240*y*(x^2 + y^2)) - 60*(x^2 + y^2)^2 + 35*(x^2 + y^2)^3 + 30*x^2 + 30*y^2 - 4 ;

14

Looking at your first few sample functions my first reaction is that what you actually want to do is compute the polynomial in x coefficients once for each problem outside of the Cuda code entirely and hand Cuda a clean set of numerical polynomial coefficients to evaluate. Effectively turning the whole thing inside out.

Basically instead of an array of functions which will be clumsy to call and glacially slow due to conditionals inside the loop you have a 2D table of function coefficients of the various 30 polynomials as functions of y and then combine them with the weights a[i] into the working set of coefficients for Cuda to evaluate.

It may help to compute these coefficients in double precision and only round down to floats for handover to Cuda. I have concerns that the float mantissa may not be sufficient precision for your needs if |x| >> 1.

A word of caution. Float precision may not be sufficient to compute your function if there are terms that cancel and omnimously big coefficients of higher powers of x (and y) present. You might want to test that float evaluation is useful first before investing time in making the code Cuda friendly.

If I have understood your statement of the problem you ultimately have a polynomial in x to evaluate for many x (beware radius of convergence). That polynomial P(x) depends on fixed? a[n] and another variable y.

You state that the first 4 such polynomials are:

f1(x,y) = 6*x*y ;
f2(x,y) = 2*x*(4*x^2 + 4*y^2 - 3) + 16*x*y^2 ;
f3(x,y) = 10*y^2*(3*x^2 - y^2) - 2*y^2*(5*x^2 + 5*y^2 - 4) + (3*x^2 - y^2)*(5*x^2 + 5*y^2 - 4) ;
f4(x,y) = y*(60*y + 210*y*(x^2 + y^2)^2 - 240*y*(x^2 + y^2)) - 60*(x^2 + y^2)^2 + 35*(x^2 + y^2)^3 + 30*x^2 + 30*y^2 - 4 ;

These need simplifying algebraically to their canonical forms (unless there is a specific reason why terms have to be evaluated like that which I can’t see). Optimising compilers won’t alter the stated bracketing order of evaluation (unless you enable unsafe fastmath optimisations which is risky).

In canonical form the f2, f3, f4 become Taylor series in x as follows (from Maxima):

f2(x) = 2*x*(12*y^2-3+4*x^2)
f3(x) = 12*y^2-25*y^4+(30*y^2-12)*x^2+15*x^4
f4(x) = -4+90*y^2-300*y^4+245*y^6+(525*y^4-360*y^2+30)*x^2+(315*y^2-60)*x^4+35*x^6

Basically what I suggest is that you compute the coefficients of the whole function term by term for a given y into an array of coefficients. I’ll sketch it out with these terms as an example and coefficients a1, a2, a3, a4.

// fn[] = { 1, x, x^2, x^3,x^4,... polynomial coeffs in powers of x
   f1[] = { 0, 6*y, 0, 0, ... };
   f2[] = { 0, 24*y^2-3, 0, 4, ...};
   f3[] = { y^2*(12-25*y^2), 0, 30*y^2-12, 0, 15, ... };
   f4[] = { -4+90*y^2-300*y^4+245*y^6, 0, 525*y^4-360*y^2+30, 0, 315*y^2-60, 0, 35, 0, ...}

for (int i = 0; i< NPOLY; i++)
   mypoly[i] = a1*f1[i]+a2*f2[i]+a3*f3[i]+a4*f4[i];

There may be other go faster tweaks you can do if odd terms only occur occasionally in the low orders and the majority are predominantly odd or even functions. IOW rather than evaluate P(x) with every alternate term zero compute P'(x*x). It may even be worth splitting it into those with mixed terms, pure odd and pure even functions grouping like with like. Do check that precision obtained meets your requirements though!

6

Lucky for you it is very easy to measure performance on the GPU

const auto StartTime = clock64();
... do stuff
const auto EndTime = clock64();
const auto Diff = int(EndTime - StartTime);
if (threadIdx.x == 0) { printf("time = %i clockcyclesn", Diff); }

Some tips: avoid branches and avoid if statements. It is much faster to execute all the code unconditionally, because an if statement is translated to the following pseudo code:

if x then do_y() else do_z()
->
p = bool(x)
p? y()
p? more y()  //a handful number of statements will be predicated
!p? z()
!p? more z() 

If you have many statements in the if, a call will be made, calls are very expensive!

If you are able to translate the function f into an array whose values can be looked up, you and alter the code like so.

Your code can be efficiently executed like so:

__shared__ float y[1024]; //assume we have 1024 threads in a block.
__shared__ float f[4];
__shared__ float result[32];
//initialize f and y
//this looks like a loop, but can be optimized away if count == blockDim.x
for (int i = threadIdx.x; i < count; i += blockDim.x) {
    j = i % 4; //deduce the `f` you need
    y[i] += a[i] * f[j]; //no if/switches needed
    //more calculations, do not use ifs, but extract the data needed
    //from a shared array, so you +0, or *1 if you want to skip items.       
    //do not do division, but multiply by a (pre-calculated) 1/x 
}
//reduce 32 values into 1
const auto reduce = [&](float y1)-> float{
  y1 += __shfl_down_sync(-1u, y1, 1);
  y1 += __shfl_down_sync(-1u, y1, 2);
  y1 += __shfl_down_sync(-1u, y1, 4);
  y1 += __shfl_down_sync(-1u, y1, 8);
  y1 += __shfl_down_sync(-1u, y1, 16);
  return y1;
}
const auto y1 = reduce(y[threadIdx.x]);
//if is fine here, because conditional assignment is the exception to
//the `do-not-use-ifs` rule.
//the optimizer will lift `threadIdx.x / 32` out of the if statement.
if (threadIdx.x & 31 == 0) { result[threadIdx.x / 32] = y1; }
__syncthreads();
const auto final_result = reduce(result[threadIdx.x]);
if (threadIdx.x == 0) { globalresult[0] = final_result; }

It is hard to advise you further without knowing the exact form of functions f_i

5

Trang chủ Giới thiệu Sinh nhật bé trai Sinh nhật bé gái Tổ chức sự kiện Biểu diễn giải trí Dịch vụ khác Trang trí tiệc cưới Tổ chức khai trương Tư vấn dịch vụ Thư viện ảnh Tin tức - sự kiện Liên hệ Chú hề sinh nhật Trang trí YEAR END PARTY công ty Trang trí tất niên cuối năm Trang trí tất niên xu hướng mới nhất Trang trí sinh nhật bé trai Hải Đăng Trang trí sinh nhật bé Khánh Vân Trang trí sinh nhật Bích Ngân Trang trí sinh nhật bé Thanh Trang Thuê ông già Noel phát quà Biểu diễn xiếc khỉ Xiếc quay đĩa Dịch vụ tổ chức sự kiện 5 sao Thông tin về chúng tôi Dịch vụ sinh nhật bé trai Dịch vụ sinh nhật bé gái Sự kiện trọn gói Các tiết mục giải trí Dịch vụ bổ trợ Tiệc cưới sang trọng Dịch vụ khai trương Tư vấn tổ chức sự kiện Hình ảnh sự kiện Cập nhật tin tức Liên hệ ngay Thuê chú hề chuyên nghiệp Tiệc tất niên cho công ty Trang trí tiệc cuối năm Tiệc tất niên độc đáo Sinh nhật bé Hải Đăng Sinh nhật đáng yêu bé Khánh Vân Sinh nhật sang trọng Bích Ngân Tiệc sinh nhật bé Thanh Trang Dịch vụ ông già Noel Xiếc thú vui nhộn Biểu diễn xiếc quay đĩa Dịch vụ tổ chức tiệc uy tín Khám phá dịch vụ của chúng tôi Tiệc sinh nhật cho bé trai Trang trí tiệc cho bé gái Gói sự kiện chuyên nghiệp Chương trình giải trí hấp dẫn Dịch vụ hỗ trợ sự kiện Trang trí tiệc cưới đẹp Khởi đầu thành công với khai trương Chuyên gia tư vấn sự kiện Xem ảnh các sự kiện đẹp Tin mới về sự kiện Kết nối với đội ngũ chuyên gia Chú hề vui nhộn cho tiệc sinh nhật Ý tưởng tiệc cuối năm Tất niên độc đáo Trang trí tiệc hiện đại Tổ chức sinh nhật cho Hải Đăng Sinh nhật độc quyền Khánh Vân Phong cách tiệc Bích Ngân Trang trí tiệc bé Thanh Trang Thuê dịch vụ ông già Noel chuyên nghiệp Xem xiếc khỉ đặc sắc Xiếc quay đĩa thú vị
Trang chủ Giới thiệu Sinh nhật bé trai Sinh nhật bé gái Tổ chức sự kiện Biểu diễn giải trí Dịch vụ khác Trang trí tiệc cưới Tổ chức khai trương Tư vấn dịch vụ Thư viện ảnh Tin tức - sự kiện Liên hệ Chú hề sinh nhật Trang trí YEAR END PARTY công ty Trang trí tất niên cuối năm Trang trí tất niên xu hướng mới nhất Trang trí sinh nhật bé trai Hải Đăng Trang trí sinh nhật bé Khánh Vân Trang trí sinh nhật Bích Ngân Trang trí sinh nhật bé Thanh Trang Thuê ông già Noel phát quà Biểu diễn xiếc khỉ Xiếc quay đĩa
Thiết kế website Thiết kế website Thiết kế website Cách kháng tài khoản quảng cáo Mua bán Fanpage Facebook Dịch vụ SEO Tổ chức sinh nhật