This paper presents a study on a high-performance design for a block cipher algorithm implemented on modern many-core graphics processing units (GPUs). The recent emergence of VLSI technology makes it feasible to fabricate multiple processing cores on a single chip and enables general-purpose computation on a GPU (GPGPU). The GPU strategy offers significant performance improvements for all-purpose computation and can be used to support a broad variety of applications, including cryptography. We have proposed an efficient implementation of the encryption/decryption operations of a block cipher algorithm, SEED, on off-the-shelf NVIDIA many-core graphics processors. In a thorough experiment, we achieved high performance that is capable of supporting a high network speed of up to 9.5 Gbps on an NVIDIA GTX285 system (which has 240 processing cores). Our implementation provides up to 4.75 times higher performance in terms of encoding and decoding throughput as compared to the Intel 8-core system.
In this paper, we develop a fast view synthesis method that generates multiple intermediate views in real-time for the 3D display system when the camera geometry and depth map of reference views are given in advance. The proposed method achieves faster view synthesis than previous approaches in GPU by processing in parallel the entire computations required for the view synthesis. Specifically, we use $CUDA^{TM}$ (by NVIDIA) to control GPU device. For increasing the processing speed, we adapted all the processes for the view synthesis to single instruction multiple data (SIMD) structure that is a main feature of CUDA, maximized the use of the high-speed memories on GPU device, and optimized the implementation. As a result, we could synthesize 9 intermediate view images with the size of 720 by 480 pixels within 0.128 second.
Journal of the Korea Institute of Information Security & Cryptology
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v.31
no.3
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pp.481-496
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2021
It is imperative to migrate the current public key cryptosystem to a quantum-resistance system ahead of the realization of large-scale quantum computing technology. The National Institute of Standards and Technology, NIST, is promoting a public standardization project for Post-Quantum Cryptography(PQC) and also many research efforts have been conducted to apply PQC to TLS(Transport Layer Security) protocols, which are used for Internet communication security. In this paper, we propose a scenario in which a server and multi-clients share session keys on TLS by using the parallelized NTRU which is PQC in the key exchange process. In addition, we propose a method of accelerating NTRU using GPU and analyze its efficiency in an environment where a server needs to process large-scale data simultaneously.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.16
no.4
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pp.713-720
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2012
Recently, holography has received much attention as the next generation visual technology. Hologram is obtained by the optical capturing, but in recent years it is mainly produced by the method using computer. This method is named by computer generated hologram (CGH). Since CGH requires huge computational amount, if it is implemented by S/W it can't work in real time. Therefore it should use FPGA or GPU for real time operation. If it is implemented in the type of H/W, it can't obtain the same quality as S/W due to the bit limitation of the internal system. In this paper, we analyze the bit width for minimizing the degradation of the hologram and reducing more hardware resources and propose guidelines for H/W implementation of CGH. To do this, we performs fixed-points simulations according to main internal variables and arithmetics, analyze the numerical and visual results, and present the optimal bit width according to application fields.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.14
no.1
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pp.201-220
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2020
Trackers, especially long-term (LT) trackers, now have a more complex structure and more intensive computation for nowadays' endless pursuit of high accuracy and robustness. However, computing efficiency of LT trackers cannot meet the real-time requirement in various real application scenarios. Considering heterogeneous CPU-GPU platforms have been more popular than ever, it is a challenge to exploit the computing capacity of heterogeneous platform to improve the efficiency of LT trackers for real-time requirement. This paper focuses on TLD, which is the first LT tracking framework, and proposes an efficient parallel implementation based on OpenCL. In this paper, we firstly make an analysis of the TLD tracker and then optimize the computing intensive kernels, including Fern Feature Extraction, Fern Classification, NCC Calculation, Overlaps Calculation, Positive and Negative Samples Extraction. Experimental results demonstrate that our efficient parallel TLD tracker outperforms the original TLD, achieving the 3.92 speedup on CPU and GPU. Moreover, the parallel TLD tracker can run 52.9 frames per second and meet the real-time requirement.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.67
no.2
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pp.270-276
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2018
Apache Spark is one of the high performance in-memory computing frameworks for big-data processing. Recently, to improve the performance, general-purpose computing on graphics processing unit(GPGPU) is adapted to Apache Spark framework. Previous Spark-GPGPU frameworks focus on overcoming the difficulty of an implementation resulting from the difference between the computation environment of GPGPU and Spark framework. In this paper, we propose a Spark framework based on a heterogenous pipeline computing with OpenCL to further improve the performance. The proposed framework overlaps the Java-to-Native memory copies of CPU with CPU-GPU communications(DMA) and GPU kernel computations to hide the CPU idle time. Also, CPU-GPU communication buffers are implemented with switching dual buffers, which reduce the mapped memory region resulting in decreasing memory mapping overhead. Experimental results showed that the proposed Spark framework based on a heterogenous pipeline computing with OpenCL had up to 2.13 times faster than the previous Spark framework using OpenCL.
We have parallelized the cumulative sum (CUSUM) test of NIST's statistical random number test suite in a CUDA environment. Storing random walks in an array instead of in scalar variables eliminates data dependence. The change in data structure makes it possible to apply parallel scans, scatters, and reductions at each stage of the test. In addition, serial data exchanges between CPU and GPU are removed by migrating CPU's tasks to GPU. Finally we have optimized global memory accesses. The overall speedup is 23 times over the sequential version. Our results contribute to improving security of random numbers for cryptographic keys as well as reducing the time for evaluation of randomness.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.8
no.3
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pp.1058-1070
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2014
There are two major ways to implement depth estimation, multiple image depth estimation and single image depth estimation, respectively. The former has a high hardware cost because it uses multiple cameras but it has a simple software algorithm. Conversely, the latter has a low hardware cost but the software algorithm is complex. One of the recent trends in this field is to make a system compact, or even portable, and to simplify the optical elements to be attached to the conventional camera. In this paper, we present an implementation of depth estimation with a single image using a graphics processing unit (GPU) in a desktop PC, and achieve real-time application via our evolutional algorithm and parallel processing technique, employing a compute shader. The methods greatly accelerate the compute-intensive implementation of depth estimation with a single view image from 0.003 frames per second (fps) (implemented in MATLAB) to 53 fps, which is almost twice the real-time standard of 30 fps. In the previous literature, to the best of our knowledge, no paper discusses the optimization of depth estimation using a single image, and the frame rate of our final result is better than that of previous studies using multiple images, whose frame rate is about 20fps.
In the semi-conductor process, a simulation process is performed to detect defects by analyzing the behavior of the impurity through the physical quantity calculation of the inner element. In order to perform the simulation, Finite-Difference Time-Domain(FDTD) algorithm is used. The improvement of semiconductor which is composed of nanoscale elements, the size of simulation is getting bigger. Problems that a processor such as CPU or GPU cannot perform the simulation due to the massive size of matrix or a computer consist of multiple processors cannot handle a massive FDTD may come up. For those problems, studies are performed with parallel/distributed computing. However, in the past, only single type of processor was used. In GPU's case, it performs fast, but at the same time, it has limited memory. On the other hand, in CPU, it performs slower than that of GPU. To solve the problem, we implemented a computing model that can handle any FDTD simulation regardless of size on the cluster which consist of heterogeneous processors. We tested the simulation on processors using MPI libraries which is based on 'point to point' communication and verified that it operates correctly regardless of the number of node and type. Also, we analyzed the performance by measuring the total execution time and specific time for the simulation on each test.
For 3D display applications, auto-stereoscopic display methods that can provide 3D images without glasses have been actively developed. This paper is concerned with developing a display system for elemental images of real space using integral imaging. Unlike the conventional method, which reduces a color image to the level as much as a generated depth image does, we have minimized original color image data loss by generating an enlarged depth image with interpolation methods. Our method was efficiently implemented by applying a GPU parallel processing technique with OpenCL to rapidly generate a large amount of elemental image data. We also obtained experimental results for displaying higher quality integral imaging rather than one generated by previous methods.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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