As the clock rate for the single-core architectures increases, power efficiency and wire delay become new problems for the performance limitation. To solve these problems, the multi-core architectures are issued. One of them is $\it{Cell Broadband Engine Architecture}$ (or Cell Processor), which was developed by Sony, Toshiba, and IBM(as known as STI), has a general purpose Power Processing Element(PPE) and 8 Synergistic Processing Elements(SPE). The Cell Processor achieves high performance on vector processing and multimedia applications due to the simple design. On the other side of the great performance, the Cell Processor has many disadvantages in that there is no cache, nor branch predictor, and it has a distributed memory system.
We expect that Ray Tracing, one of the most common rendering algorithm, shows good performance on the Cell Processor, because it is known as typical parallel application. There are many acceleration structures for ray tracing. One of them is the grid structure, which is simple but commonly known as slow algorithm. However, recently grid traversal algorithms are improved, and its performance is comparable with kd-tree structure which is one of the fastest acceleration structure.
In this paper, we introduce an implementation of the parallel ray tracer on the Cell Processor using grid structure. We think the grid structure is good for the Cell Processor, because only the grid structure is not hierarchical. Using the grid structure, we can predict next data and apply double buffering for DMA latency hiding. Also, the grid structure allows us sequential memory access, so we use macrocell, a set of grid cells, to compute. We show that the grid-based ray tracer has many potentials on the Cell Processor.
전력 소모와 wire delay등의 여러가지 요소가 문제가 됨으로서 싱글 코어 프로세서의 한계가 나타나게 되었고, 그 해결책으로 멀티코어 프로세서들이 개발되기 시작하였다. 그 중 Sony, Toshiba, IBM에서 공동으로 개발된, 9개의 코어를 탑재한 (1개의 PPE와 8개의 SPE) Cell Broadband Engine(이하 셀 프로세서)는 Blade 서버나 PlayStation3와 함께 등장하였다. 셀 프로세서는 분산 프로세싱과 미디어 중심의 어플리케이션에 초점을 맞추어 개발되어 특히 뛰어난 성능을 보인다. 하지만 셀 프로세서는 빠른 성능을 위해 간단한 디자인으로 설계하였기 때문에 다른 프로세서들에 비해 분기 예측기(branch predictor)와 하드웨어 캐시가 없는 단점도 가지고 있다. 대표적인 렌더링 방법중 하나인 광선 추적법은 각각의 픽셀별로 독립적이기 때문에 병렬처리하기에 좋은 구조를 가지고 있다. 그러한 이유로 셀 프로세서 상에서 좋은 성능을 보일 것이라 예상되었다.
본 학위논문에서는 셀 프로세서 상에서 대표적인 렌더링 방법인 광선 추적법을 병렬화 하여 구현하였는데, 셀 프로세서의 SPE에 캐시가 없고 메모리 접근이 힘들다는 단점을 보완하기 위한 방법으로 렌더링 가속화 방법 중 하나인 그리드 구조의 장점들을 이용하여 세 부분에서 더블 버퍼링을 구현하여 DMA 지연시간을 줄이도록 하였다.
