12
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3
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6
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7 <head>
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8 <title>発表資料</title>
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59
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66
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69
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72
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76 <div id="header"></div>
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|
77 <div id="footer">
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|
78 <!--<h1>Cell上のソフトウェアレンダリングの高速化と高機能化</h1>
|
|
79 <h2>琉球大学工学部情報工学科並列信頼研</h2>-->
|
|
80 </div>
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|
81
|
|
82 </div>
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|
83
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84 <div class="presentation">
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85
|
|
86 <div class="slide">
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87
|
|
88 <h1>ゲームフレームワーク Cerium TaskManager の改良</h1>
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|
89 <h3>金城 裕, 河野 真治, <br>多賀野 海人, 小林 佑亮</h3>
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|
90 <h4>琉球大学大学院理工学研究科情報工学専攻並列信頼研</h4>
|
|
91 </div>
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92
|
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93 <div class="slide">
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|
94 <h1>概要</h1>
|
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95
|
14
|
96 ゲームフレームワーク Cerium TaskManager を開発した。
|
|
97 <ul>
|
|
98 <li>琉球大学の学生実験で使用している</li>
|
|
99 <li>短期間でPS3/Cell上で並列処理されるゲーム開発が可能</li>
|
|
100 </ul>
|
|
101
|
|
102 <p class="ex2">Ceriumの改良を行いOpenGLと比べ、2.9倍の性能向上を達成した(Cell上)</p>
|
|
103 <table border="1" cellspacing="0" cellspacing="2" cellpadding="5" align="center">
|
|
104 <tr>
|
|
105 <th></th>
|
|
106 <th>OpenGL</th>
|
|
107 <th>Cerium</th>
|
|
108 <th>性能差</th>
|
|
109 </tr>
|
|
110 <tr align="center">
|
|
111 <td>dandy</td>
|
|
112 <td>17.5FPS</td>
|
|
113 <td>49.5FPS</td>
|
|
114 <td>2.9倍</td>
|
|
115 </tr>
|
|
116 </table>
|
|
117 FPS(Frames Per Second)
|
|
118 </div>
|
|
119
|
|
120 <div class="slide">
|
|
121 <h1>概要</h1>
|
|
122
|
|
123 Amdahlの法則より<br>
|
|
124 プログラム全体の並列化率が低ければ、マルチコアの性能を活かすことはできない。<br><br>
|
|
125
|
|
126 <u>SPEの稼働率を落とさない為の改良点</u>
|
12
|
127
|
|
128 <ul>
|
14
|
129 <li>PPEとSPE間の通信回数を削減、タイミングを変更</li>
|
|
130 <li>Taskのパイプライン化</li>
|
|
131 <li>テクスチャをSPE内でキャッシュ</li>
|
12
|
132 </ul><br>
|
|
133
|
14
|
134 以上の改良により、FPSが5〜10倍程度性能向上がありました
|
|
135
|
|
136 <!--以上の改良により、OpenGL-->
|
12
|
137
|
|
138 </div>
|
|
139
|
|
140
|
14
|
141
|
|
142
|
12
|
143 <div class="slide">
|
14
|
144 <h1>概要</h1>
|
|
145
|
|
146 Amdahlの法則より<br>
|
|
147 プログラム全体の並列化率が低ければ、マルチコアの性能を活かすことはできない。<br><br>
|
|
148
|
|
149
|
|
150 <u>SPEの稼働率を落とさない為の改良点</u>
|
12
|
151
|
|
152 <ul>
|
14
|
153 <li>PPEとSPE間の通信回数を削減、タイミングを変更</li>
|
|
154 <li>Taskのパイプライン化</li>
|
|
155 <li>テクスチャをSPE内でキャッシュ</li>
|
12
|
156 </ul><br>
|
|
157
|
14
|
158 Ceriumの改良点を紹介していく。
|
|
159
|
12
|
160 </div>
|
|
161
|
|
162 <div class="slide">
|
14
|
163 <h1>Cellの構成</h1>
|
12
|
164 Cell Broadband Engine
|
|
165
|
14
|
166 <img src="gazo/cell_arch.jpg" style="display:block; width:50%; float: right; margin-top:0%">
|
12
|
167
|
|
168 <ul>
|
14
|
169 <li>ソニー・コンピュータエンタテインメント、ソニー、IBM , 東芝によって開発されたマルチコア CPU である</li>
|
|
170 <li>1個のPPEと8個のSPEがリングバスで構成されている</li>
|
|
171 <li>SPEは256KBのLocalStore(LS)を持つ</li>
|
|
172 <li>SPEからメインメモリへは直接アクセスできない</li>
|
|
173 <ul>
|
|
174 <li>SPEが持つMFC(Memroy Flow Controller)へDMA命令を送ることで行う</li>
|
|
175 </ul>
|
12
|
176 </ul><br>
|
|
177
|
|
178
|
|
179 </div>
|
|
180
|
|
181 <div class="slide">
|
14
|
182 <h1>Cellの基本機能</h1>
|
|
183 <u>DMA</u>
|
|
184 <ul>
|
|
185 <li>メインメモリとLS間でデータが転送される</li>
|
|
186 </ul>
|
|
187 <u>Mailbox</u>
|
|
188 <ul>
|
|
189 <li>SPEのMFC内にあるFIFOキュー</li>
|
|
190 <li>PPEとSPE間で32bitメッセージの交換に用いられる</li>
|
|
191 </ul>
|
|
192 </div>
|
|
193
|
|
194
|
|
195 <div class="slide">
|
12
|
196 <h1>Ceriumの構成</h1>
|
|
197
|
|
198 Ceriumの構成
|
|
199
|
14
|
200 <img src="gazo/cerium.png" style="display:block; width:50%; float: right; margin-top:0%">
|
|
201
|
12
|
202 <ul>
|
|
203 <li>TaskManager</li>
|
|
204 <ul>
|
|
205 <li>ユーザが定義したTaskを管理し、各コアに割り当てる</li>
|
|
206 </ul>
|
|
207
|
|
208 <li>RenderingEngine</li>
|
|
209 <ul>
|
|
210 <li>オブジェクトを画面に描画する</li>
|
|
211 <li>3種類のTaskから構成される</li>
|
|
212 </ul>
|
|
213
|
|
214 <li>SceneGraph</li>
|
|
215 <ul>
|
|
216 <li>ゲームのルールを記述してく</li>
|
|
217 <li>ゲームのシーンを作成し、それを切り替えながらゲームを進行する</li>
|
|
218 <li>OpenSceneGraphのようなもの</li>
|
|
219 </ul>
|
|
220
|
|
221 </ul><br>
|
|
222
|
|
223 </div>
|
|
224
|
|
225 <div class="slide">
|
|
226 <h1>TaskManager</h1>
|
|
227
|
14
|
228 TaskManager は、Taskと呼ばれる分割された各プログラムを管理する。Task の単位
|
|
229 はサブルーチンである。Task 同士の依存関係を考慮しながら実行していく。</p>
|
|
230 <p>Task を生成する際に、以下のような要素が設定可能である</p>
|
12
|
231
|
|
232 <ul>
|
14
|
233 <li><b>input data, output data, parameter</b><br>
|
|
234 これらは関数でいうところの引数に価する</li>
|
|
235 <li><b>cpu type</b><br>
|
|
236 Task を PPE または SPE のどちらで実行するのかを示している</li>
|
|
237 <li><b>dependency</b></li>
|
|
238 他の Task との依存関係を示している
|
|
239 </li>
|
12
|
240 </ul>
|
|
241
|
|
242 </div>
|
|
243
|
|
244
|
|
245 <div class="slide">
|
13
|
246 <h1>RenderingEngineの構成</h1>
|
|
247 RenderingEngineの構成
|
14
|
248
|
|
249 <img src="gazo/renderingengine1.png" style="display:block; width:40%; float: right; margin-top:0%">
|
|
250
|
13
|
251 <ul>
|
|
252 <li>CreatePolygon</li>
|
|
253 <ul>
|
|
254 <li>モデリングデータからポリゴンを生成する(PPE)</li>
|
|
255 </ul>
|
|
256 <li>CreateSpan</li>
|
|
257 <ul>
|
|
258 <li>ポリゴンをSpanと呼ばれる水平な線に分ける(SPE)</li>
|
|
259 </ul>
|
|
260 <li>DrawSpan</li>
|
|
261 <ul>
|
|
262 <li>Spanを実際にディスプレイに描画する(SPE)</li>
|
|
263 </ul>
|
|
264 </ul><br>
|
|
265
|
14
|
266 </div>
|
|
267
|
|
268
|
|
269 <div class="slide">
|
|
270 <h1>改良前RenderingEngine</h1>
|
|
271
|
|
272 <img src="gazo/universe.png" style="display:block; width:50%; float: right; margin-top:0%">
|
|
273
|
|
274 <u>改良前のRenderingEngineの例題</u><br>
|
|
275 地球と月の例題
|
|
276
|
|
277 <table border="1" cellspacing="0" cellspacing="2" cellpadding="10" align="center">
|
|
278 <tr>
|
|
279 <th></th>
|
|
280 <th>FPS</th>
|
|
281 <th>mail待ちの割合</th>
|
|
282 <th>SPE稼働率</th>
|
|
283 <!--<th>Mac(Core2Duo)</th>-->
|
|
284 </tr>
|
|
285 <tr align="center">
|
|
286 <td>universe</td>
|
|
287 <td>17FPS</td>
|
|
288 <td>53.6%</td>
|
|
289 <td>45.4%</td>
|
|
290 </tr>
|
|
291 </table><br>
|
|
292
|
|
293 処理全体の45%時間がmail待ちになっている.
|
13
|
294
|
|
295 </div>
|
|
296
|
14
|
297 <div class="slide">
|
|
298 <h1>Mail待ちについて</h1>
|
|
299
|
|
300 <u>mail待ちが起こるタイミング</u>
|
|
301
|
|
302 <ul>
|
|
303 <li>SPEが次のTaskのリストを待つとき</li>
|
|
304 <ul>
|
|
305 <li>Taskのパイプライン化で削減</li>
|
|
306 </ul>
|
|
307 <li>SPEがTaskの完了を書きこむとき</li>
|
|
308 <ul>
|
|
309 <li>MailQueueで削減</li>
|
|
310 <li>TaskArrayで削減</li>
|
|
311 </ul>
|
|
312 </ul>
|
|
313
|
|
314 </div>
|
|
315
|
|
316
|
|
317 <div class="slide">
|
|
318 <h1>Mailbox機能</h1>
|
|
319
|
|
320 <table height="100%" width="100%" border="0">
|
|
321 <tr><td align="center" valign="middle">
|
|
322 <img src="gazo/mailbox.png" style="width: 60%%"></td></tr>
|
|
323 </table>
|
|
324
|
|
325 </div>
|
|
326
|
|
327
|
|
328 <div class="slide">
|
|
329 <h1>バリア同期</h1>
|
|
330 <table height="100%" width="100%" border="0">
|
|
331 <tr><td align="center" valign="middle">
|
|
332 <img src="gazo/renderingengine1.png" style="width: 35%%"></td></tr>
|
|
333 </table>
|
|
334
|
|
335 RenderingEngineのTaskは、3つそれぞれバリア同期をしている。
|
|
336
|
|
337 </div>
|
|
338
|
|
339
|
13
|
340
|
|
341 <div class="slide">
|
|
342 <h1>パイプライン化</h1>
|
|
343
|
|
344 地球と月を表示する例題(universe)を使用。
|
|
345
|
|
346 <table height="100%" width="100%" border="0">
|
|
347 <tr><td align="center" valign="middle">
|
|
348 <img src="gazo/universe.png" style="width: 45%%"></td></tr>
|
|
349 </table>
|
|
350
|
|
351 </div>
|
|
352
|
|
353 <div class="slide">
|
|
354 <h1>パイプライン化の比較</h1>
|
12
|
355
|
13
|
356 <table border="1" cellspacing="0" cellspacing="2" cellpadding="10" align="center">
|
|
357 <caption>パイプライン化の効果(universe)</caption>
|
|
358 <tr>
|
|
359 <th></th>
|
|
360 <th>FPS</th>
|
|
361 <th>mail待ちの割合</th>
|
|
362 <th>稼働率</th>
|
|
363 </tr>
|
|
364 <tr align="center">
|
|
365 <td>Pipelineあり</td>
|
|
366 <td>19.6FPS</td>
|
|
367 <td>68.8%</td>
|
|
368 <td>29%</td>
|
|
369 </tr>
|
|
370 <tr>
|
|
371 <tr align="center">
|
|
372 <td>Pipelineなし</td>
|
|
373 <td>17FPS</td>
|
|
374 <td>72.6%</td>
|
|
375 <td>25.4%</td>
|
|
376 </tr>
|
|
377
|
|
378 </table>
|
|
379 </div>
|
|
380
|
|
381 <div class="slide">
|
|
382 <h1>パイプライン化の比較</h1>
|
|
383
|
|
384 地球と月を表示する例題(universe)を使用。
|
|
385
|
|
386 <table border="1" cellspacing="0" cellspacing="2" cellpadding="10" align="center">
|
|
387 <caption>パイプライン化の効果(universe)</caption>
|
|
388 <tr>
|
|
389 <th></th>
|
|
390 <th>FPS</th>
|
|
391 <th>mail待ちの割合</th>
|
|
392 <th>稼働率</th>
|
|
393 </tr>
|
|
394 <tr align="center">
|
|
395 <td>Pipelineあり</td>
|
|
396 <td>19.6FPS</td>
|
|
397 <td>68.8%</td>
|
|
398 <td>29%</td>
|
|
399 </tr>
|
|
400 <tr>
|
|
401 <tr align="center">
|
|
402 <td>Pipelineなし</td>
|
|
403 <td>17FPS</td>
|
|
404 <td>72.6%</td>
|
|
405 <td>25.4%</td>
|
|
406 </tr>
|
|
407
|
|
408 </table>
|
|
409 </div>
|
|
410
|
|
411 <div class="slide">
|
|
412 <h1>RenderingEngine</h1>
|
|
413
|
|
414 RenderingEngineでは、描画するためのテクスチャをSPEに読み込む必要がある<br>
|
|
415
|
|
416 テクスチャをSPE内でのキャッシュした。
|
12
|
417
|
|
418 <ul>
|
13
|
419 <li>DrawSpan内で、描画するためのテクスチャデータを読み込む。</li>
|
|
420 <li>テクスチャは分割さていて、必要な時に必要な部分を読み込む</li>
|
|
421 <li>そこで、テクスチャをキャッシュするようにした(LRU)</li>
|
|
422 <li>テクスチャのデータはハッシュで管理する</li>
|
12
|
423 </ul>
|
|
424
|
13
|
425 </div>
|
|
426
|
|
427 <div class="slide">
|
|
428 <h1>SPEのキャッシュ効果</h1>
|
|
429
|
|
430 <table border="1" cellspacing="0" cellspacing="2" cellpadding="10" align="center">
|
|
431 <caption>SPEのキャッシュの効果</caption>
|
|
432 <tr>
|
|
433 <th></th>
|
|
434 <th>キャッシュなし</th>
|
|
435 <th>キャッシュあり</th>
|
|
436 <th>性能</th>
|
|
437 </tr>
|
|
438
|
|
439 <tr align="center">
|
|
440 <td>ball_bound</td>
|
|
441 <td>4FPS</td>
|
|
442 <td>30FPS</td>
|
|
443 <td>7.5倍</td>
|
|
444 </tr>
|
12
|
445
|
13
|
446 <tr align="center">
|
|
447 <td>universe</td>
|
|
448 <td>6FPS</td>
|
|
449 <td>17FPS</td>
|
|
450 <td>2.8倍</td>
|
|
451 </tr>
|
|
452
|
|
453 <tr align="center">
|
|
454 <td>panel</td>
|
|
455 <td>0.2FPS</td>
|
|
456 <td>2.6FPS</td>
|
|
457 <td>13倍</td>
|
|
458 </tr>
|
|
459
|
|
460 </table>
|
|
461
|
|
462 <!--実は改良前の計測にバグが。
|
|
463 キャッシュを無効にした場合にキャッシュヒットはしないが、
|
|
464 キャッシュ処理は行う。つまり余計な処理が入っていた。
|
|
465 -->
|
|
466
|
|
467 <!--テクスチャは頻繁に読み込みが行われるので、キャッシュは有効だった。-->
|
|
468 <!--Span一つに対して、分割されたテクスチャが複数必要。
|
|
469 Spanの数は、1920x1080 の解像度で、最低でも8000ほどのテクスチャ読み込みが起こる。-->
|
12
|
470
|
|
471 </div>
|
|
472
|
13
|
473
|
|
474 <div class="slide">
|
|
475 <h1>SPEのキャッシュ効果</h1>
|
|
476
|
|
477 <table border="1" cellspacing="0" cellspacing="2" cellpadding="10" align="center">
|
|
478 <caption>SPEのキャッシュの効果</caption>
|
|
479 <tr>
|
|
480 <th></th>
|
|
481 <th>キャッシュなし</th>
|
|
482 <th>キャッシュあり</th>
|
|
483 <th>性能差</th>
|
|
484 </tr>
|
|
485
|
|
486 <tr align="center">
|
|
487 <td>ball_bound</td>
|
|
488 <td>28FPS</td>
|
|
489 <td>30FPS</td>
|
|
490 <td>+2FPS</td>
|
|
491 </tr>
|
|
492
|
|
493 <tr align="center">
|
|
494 <td>universe</td>
|
|
495 <td>22.9FPS</td>
|
|
496 <td>17FPS</td>
|
|
497 <td>-5.9FPS</td>
|
|
498 </tr>
|
|
499
|
|
500 <tr align="center">
|
|
501 <td>panel</td>
|
|
502 <td>5.0FPS</td>
|
|
503 <td>2.6FPS</td>
|
|
504 <td>-2.4FPS</td>
|
|
505 </tr>
|
|
506
|
|
507 </table>
|
|
508
|
|
509 ball_bound は扱うテクスチャが少なく、小さい
|
|
510
|
|
511 </div>
|
|
512
|
12
|
513 <div class="slide">
|
|
514 <h1>MailQueueの効果</h1>
|
|
515
|
|
516 <table border="1" cellspacing="0" cellspacing="2" cellpadding="10" align="center">
|
|
517 <caption>MailQueueの効果</caption>
|
|
518 <tr>
|
|
519 <th></th>
|
|
520 <th>改良前</th>
|
|
521 <th>改良後</th>
|
|
522 <th>性能</th>
|
|
523 </tr>
|
|
524 <tr align="center">
|
|
525 <td>universe</td>
|
|
526 <td>16FPS</td>
|
|
527 <td>18.5FPS</td>
|
|
528 <td>12%向上</td>
|
|
529 </tr>
|
|
530 </table>
|
|
531
|
|
532 地球と月を表示する例題を使って計測した。
|
|
533
|
|
534 </div>
|
|
535
|
|
536 <div class="slide">
|
|
537 <h1>TaskArray</h1>
|
|
538 Task毎のMailは、Task同士の依存関係を解決するために用いている。
|
|
539
|
|
540 <ul>
|
|
541 <li>依存関係はグループ化できる</li>
|
|
542 <li>TaskArrayを用いて複数のTaskのMailを一つに扱う</li>
|
13
|
543 </ul><br>
|
12
|
544
|
|
545 Mailの数を減らせるので、Mailのための処理が減る。その分処理速度が上がる
|
|
546
|
|
547 </div>
|
|
548
|
|
549 <div class="slide">
|
|
550 <h1>TaskArray</h1>
|
|
551
|
|
552 <table border="1" cellspacing="0" cellspacing="2" cellpadding="10" align="center">
|
|
553 <caption>TaskArrayの効果(universe)</caption>
|
|
554 <tr>
|
|
555 <th></th>
|
|
556 <th>改良前</th>
|
|
557 <th>改良後</th>
|
|
558 <th>性能</th>
|
|
559 </tr>
|
|
560 <tr align="center">
|
|
561 <td>universe</td>
|
|
562 <td>16FPS</td>
|
|
563 <td>18.5FPS</td>
|
|
564 <td>12%向上</td>
|
|
565 </tr>
|
|
566 </table>
|
|
567
|
|
568 </div>
|
|
569
|
|
570
|
|
571 <div class="slide">
|
|
572 <h1>MailQueueとTaskArray</h1>
|
|
573
|
|
574 <table border="1" cellspacing="0" cellspacing="2" cellpadding="8" align="center">
|
|
575 <caption>MailQueueとTaskArrayの効果(universe)</caption>
|
|
576 <tr>
|
|
577 <th>TaskArray</th>
|
|
578 <th>MailQueue</th>
|
|
579 <th>FPS</th>
|
|
580 <th>性能</th>
|
|
581 </tr>
|
|
582 <tr align="center">
|
|
583 <td>あり</td>
|
|
584 <td>あり</td>
|
|
585 <td>20FPS</td>
|
|
586 <td>22%向上</td>
|
|
587 </tr>
|
|
588 <tr align="center">
|
|
589 <td>あり</td>
|
|
590 <td>なし</td>
|
|
591 <td>18.5FPS</td>
|
|
592 <td>12%向上</td>
|
|
593 </tr>
|
|
594 <tr align="center">
|
|
595 <td>なし</td>
|
|
596 <td>あり</td>
|
|
597 <td>18.5FPS</td>
|
|
598 <td>12%向上</td>
|
|
599 </tr>
|
|
600 <tr align="center">
|
|
601 <td>なし</td>
|
|
602 <td>なし</td>
|
|
603 <td>16.4FPS</td>
|
|
604 <td>0%向上</td>
|
|
605 </tr>
|
|
606 </table>
|
|
607
|
|
608 </div>
|
|
609
|
|
610
|
|
611 <div class="slide">
|
|
612 <h1>OpenGLとの比較</h1>
|
|
613 OpenGL(Open Graphics Library)とは、Silicon Graphics社が開発した、3Dグラフィックス処理の
|
|
614 ためのプログラミングインターフェース。Taskに分割され、SPEを使用したCeriumと、PPEのみで動作
|
13
|
615 するOpenGLとで、処理速度の比較をした。<br><br>
|
|
616
|
|
617 比較する例題には学生が実験中に作成したSuperDandyを用いた。
|
12
|
618 </div>
|
|
619
|
|
620 <div class="slide">
|
|
621 <h1>OpenGLとの比較</h1>
|
|
622
|
|
623 <table border="1" cellspacing="0" cellspacing="2" cellpadding="10" align="center">
|
|
624 <tr>
|
|
625 <th></th>
|
|
626 <th>OpenGL</th>
|
|
627 <th>Cerium</th>
|
|
628 <th>性能差</th>
|
|
629 </tr>
|
|
630 <tr align="center">
|
|
631 <td>dandy</td>
|
|
632 <td>17.5FPS</td>
|
|
633 <td>49.5FPS</td>
|
|
634 <td>2.9倍</td>
|
|
635 </tr>
|
|
636 </table>
|
|
637
|
|
638 コア一つを使用するOpenGLに比べ、Cerium では2.9倍の性能向上が見られた。
|
|
639 SPEを活用、待ち時間の短縮を行い、性能向上がみれた。
|
|
640
|
|
641 </div>
|
|
642
|
|
643
|
|
644
|
|
645
|
|
646
|
|
647 <div class="slide">
|
|
648 <h1>END</h1>
|
|
649
|
|
650 /*end*/
|
|
651
|
|
652 </div>
|
|
653
|
|
654
|
|
655 </ul>
|
|
656
|
|
657 <div class="handout">
|
|
658 [any material that should appear in print but not on the slide]
|
|
659 </div>
|
|
660 </div>
|
|
661
|
|
662
|
|
663 </div>
|
|
664
|
|
665 </body>
|
|
666 </html>
|