检索结果-内蒙古大学图书馆

计算机科学与探索 2015年第9期9卷 1093-1099页

作者：方宝辉徐金秀魏敏周明忠江南计算技术研究所江苏无锡214083 国家气象信息中心北京100081 清华大学地球系统科学研究中心北京100084

气象数值模式是天气预报和气候预测的基本工具和方法,随着技术的发展,模式分辨率有了大幅的提高,分辨率的提升使得计算量呈指数倍的增大,然而气候气象预报的时效性对并行程序的设计与计算平台的性能都提出了更高的要求。以气候模式T106... 详细信息

气象数值模式是天气预报和气候预测的基本工具和方法,随着技术的发展,模式分辨率有了大幅的提高,分辨率的提升使得计算量呈指数倍的增大,然而气候气象预报的时效性对并行程序的设计与计算平台的性能都提出了更高的要求。以气候模式T106为研究案例,以Intel®Xeon®Phi TM为实验平台,探索混合异构编程与优化的可行性,实现了CPU端MPI(message passing interface)+MIC(many integrated core)端Open MP的混合异构编程,充分继承原始代码的MPI级并行,节约了开发成本。以两个CPU进程和一块MIC卡为例来测试性能数据,结果显示随着MIC卡上的线程数增多,气候模式T106核心段在MIC上加速明显,但相对于未使用MIC的纯MPI程序加速效果并不明显,这主要是由于T106核心段计算量不足而MIC卡与主机端数据交换较多造成的。

关键词：气候模式T106 MIC架构混合异构编程 offload模式

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基于Xeon Phi平台的波动方程叠前深度偏移

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计算机工程与科学 2015年第5期37卷 907-913页

作者：杨祥森金君王鹏马召贵亢永敢中国石化石油物探技术研究院江苏南京211113 Intel亚太研发有限公司上海200241

波动方程叠前深度偏移适用于强横向变速介质,是一种高精度成像方法,但其巨大的计算量阻碍了该技术的应用。Xeon Phi是一种全新的高性能计算设备,为波动方程叠前深度偏移方法的推广应用提供了新的技术支持。以裂步傅里叶算子为例,介绍了... 详细信息

波动方程叠前深度偏移适用于强横向变速介质,是一种高精度成像方法,但其巨大的计算量阻碍了该技术的应用。Xeon Phi是一种全新的高性能计算设备,为波动方程叠前深度偏移方法的推广应用提供了新的技术支持。以裂步傅里叶算子为例,介绍了面向Xeon Phi平台的偏移算法移植和优化方法,即采用offload模式将计算核函数加载到Xeon Phi设备上,在Xeon Phi协处理器上采用多线程方式,并且调整程序结构,充分利用SIMD矢量引擎提高向量化处理效率。扩展负载动态均衡的并行框架,形成了一套适用于大规模异构系统、基于Xeon Phi平台的波动方程叠前深度偏移软件。实际数据测试表明Xeon Phi平台可以极大地提高地震偏移处理效率,具有良好的可扩展性。

关键词： Xeon Phi平台波动方程叠前深度偏移裂步傅里叶算子并行框架 offload模式

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基于Intel Xeon Phi的激光等离子体粒子模拟研究

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计算机工程与科学 2014年第5期36卷 809-813页

作者：姚文科杜云飞吴强杨灿群国防科学技术大学并行与分布处理国家重点实验室湖南长沙410073 国防科学技术大学计算机学院湖南长沙410073

激光等离子体粒子模拟广泛用于探索极端物质状态下的科学问题。将一种基于粒子云网格方法的三维等离子体粒子模拟程序LARED-P移植到Intel Xeon Phi协处理器上。在移植的过程中,综合运用了Native和offload两种编程模式:首先运用Native模... 详细信息

激光等离子体粒子模拟广泛用于探索极端物质状态下的科学问题。将一种基于粒子云网格方法的三维等离子体粒子模拟程序LARED-P移植到Intel Xeon Phi协处理器上。在移植的过程中,综合运用了Native和offload两种编程模式:首先运用Native模式对LARED-P程序中热点计算任务进行优化研究,通过采用SIMD扩展指令使该计算任务获得了4.61倍的加速;然后运用offload模式将程序移植到CPU-Intel Xeon Phi异构系统上,并通过使用异步数据传输和双缓冲技术分别提升了程序性能9.8%和21.8%。

关键词： LARED-P Intel Xeon Phi Native模式 offload模式 512位SIMD扩展指令异步数据传输双缓冲

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基于MIC平台的offload并行方法研究

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计算机科学 2014年第S1期41卷 477-480页

作者：沈铂张广勇吴韶华卢晓伟张清浪潮集团高效能服务器和存储技术国家重点实验室济南250101

随着并行计算的快速发展,开始出现了专用于并行计算加速的协处理器。通过对新推出的MIC架构协处理器的编程模式研究,描述了MIC平台下的应用模式,研究了不同应用模式各自的特点和适用范围,并深入研究了offload编程模式,提出了基于MIC平台... 详细信息

随着并行计算的快速发展,开始出现了专用于并行计算加速的协处理器。通过对新推出的MIC架构协处理器的编程模式研究,描述了MIC平台下的应用模式,研究了不同应用模式各自的特点和适用范围,并深入研究了offload编程模式,提出了基于MIC平台offload编程模式的开发策略,为快速、高效地实现MIC并行程序的移植和加速提供了解决思路。

关键词：并行计算 MIC offload模式协处理器

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基于MIC平台的三维瑞雷面波有限差分并行模拟

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物探化探计算技术 2017年第5期39卷 649-656页

作者：曾瑞庚熊章强张大洲中南大学地球科学与信息物理学院长沙410083 中南大学有色金属成矿预测教育部重点实验室长沙410083

三维地震波动方程有限差分数值模拟,受到计算量大且内存消耗大地制约而计算效率较低,严重影响其发展和应用。目前,一种全新的异构众核协处理器,为三维并行计算提供了一条解决计算效率和数据存储问题的重要途径。基于三维有限差分计算的... 详细信息

三维地震波动方程有限差分数值模拟,受到计算量大且内存消耗大地制约而计算效率较低,严重影响其发展和应用。目前,一种全新的异构众核协处理器,为三维并行计算提供了一条解决计算效率和数据存储问题的重要途径。基于三维有限差分计算的特点,介绍了面向MIC(Many Integrated Core)平台的三维瑞雷波有限差分并行算法移植和性能优化,采用ofload模式将计算核函数加载到MIC上,在MIC协处理上使用openMP多线程并行方式,并通过循环合并、nocopy数据传输、SIMD向量化和CPU+MIC协同计算方式进行优化。通过模型计算可知:三维数值计算程序在MIC上具有近线性加速比,MIC+CPU协同并行计算的性能可以达到纯CPU节点的4.5倍,大大提高了计算效率。通过对模拟结果与解析解的比较,以及对频散曲线特征的分析,验证了数值模拟的正确性。

关键词： MIC平台瑞雷面波有限差分 offload模式

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天河2号上CPU/MIC协同的分子动力学模拟软件GROMACS并行加速技术研究

天河2号上CPU/MIC协同的分子动力学模拟软件GROMACS并行加速技术...

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作者：王海强国防科学技术大学

学位级别：硕士

分子动力学(MD)模拟是一种使用牛顿经典力学模拟微观粒子运动来获得原子体系的宏观性质的模拟方法。GROMACS是一款由格罗宁根大学研发的用来做分子动力学模拟的主流软件,目前已经经过几十个版本的加速优化,包括常见的MPI、OPENMP、GPU和... 详细信息

分子动力学(MD)模拟是一种使用牛顿经典力学模拟微观粒子运动来获得原子体系的宏观性质的模拟方法。GROMACS是一款由格罗宁根大学研发的用来做分子动力学模拟的主流软件,目前已经经过几十个版本的加速优化,包括常见的MPI、OPENMP、GPU和SIMD等,优化体系十分完善,该软件功能强大,用户友好,能够满足几乎所有常见的原子体系模拟需要。目前,使用GROMACS软件来进行分子动力学模拟最大的问题是软件运行周期过长。2014年,由中国国防科学技术大学研发的“天河2号”超级计算机以其33.86petaflop/s的性能被国际Top500评为世界性能第一的超级计算机。“天河2号”拥有32000块CPU卡和48000块MIC卡,计算资源丰富,是国内最新的超算平台,在国内超算领域受到广泛认可。1、经过实际验证,GROMACS在“天河2号”超级计算机上运行时,只能使用CPU而无法使用MIC,没有充分使用“天河2号”超级计算机的计算资源。针对这个问题,本文分析了GROMACS软件在实现offload模式中的问题和困难,然后在此基础上,不断通过数据整合,多计算单元并行,使用新数据流等方式进行加速优化,并最终完成了单MIC卡上对GROMACS软件的offload模式的优化。该方法可以让GROMACS软件运行时,利用“天河2号”的MIC协处理器对软件进行并行加速。最终测试发现,offload模式的GROMACS软件取得了一定的加速效果。2、针对offload模式优化的GROMACS软件效率过低的情况,本文经过深入研究和分析,发现引入额外时间开销过大是制约软件效率的主要原因。通过使用新的数据流优化,多计算单元加速的方法,本文进一步减了offload模式的GROMACS软件的额外开销,提高了软件的并行度,在单节点上让CPU和MIC协同计算GROMACS的核心计算模块,令软件的性能有了质的飞跃,实现了使用offload模式对GROMACS软件的并行加速。3、在实际使用时,为了满足计算需要,GROMACS经常被跨节点使用。所以从实用性和可拓展性考虑,本文对跨节点的GROMACS软件进行了offload模式的并行加速。在实现过程中,本文将跨节点GROMACS软件的局部势能力和非局部势能力部分分别offload到MIC卡进行计算,并针对数据的不同特征将数据分为四种通信模式,减少通信开销,最终实现跨节点GROMACS软件的offload模式并行加速。总之,本文针对“天河2号”异构平台,在全世界范围内第一个实现了MIC卡上基于offload模式的GROMACS软件的并行优化,并取得了很好的加速效果。

关键词： GROMACS 天河2号超级计算机 offload模式 CPU/MIC协同分子动力学模拟

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LARED-P在Intel Xeon Phi上的实现和优化关键技术研究

LARED-P在Intel Xeon Phi上的实现和优化关键技术研究

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作者：姚文科国防科学技术大学

学位级别：硕士

LARED-P是一种采用粒子云网格法实现三维激光等离子体粒子模拟的重要模拟程序,对于深入理解超强激光在低密度等离子体中的传播特征及复杂的激光等离子体相互作用的过程,研究受控热核聚变具有重要意义。在实际应用中,LARED-P程序处理的... 详细信息

LARED-P是一种采用粒子云网格法实现三维激光等离子体粒子模拟的重要模拟程序,对于深入理解超强激光在低密度等离子体中的传播特征及复杂的激光等离子体相互作用的过程,研究受控热核聚变具有重要意义。在实际应用中,LARED-P程序处理的问题规模大,且所需计算的时间步较多,导致了所需的计算时间很长,往往需要数天时间。目前,在异构系统上利用加速部件加速这种耗时的典型应用,对于计算科学家具有重大意义。Intel公司最新推出的众核(MIC)产品—Intel Xeon Phi,具有宽向量和核数多的体系结构特征,能够有效加速计算规则的应用程序。研究利用Intel Xeon Phi对LARED-P程序进行加速的关键技术,对于提高粒子模拟的计算效率,降低模拟成本,具有重要的意义。本文针对Intel Xeon Phi提供的两种主要运行模式——Native模式与offload模式,重点对LARED-P中的两部分主要计算任务即粒子运动方程和粒子云方程进行了加速研究。突破了LARED-P程序中的一些不利于并行的计算特性,实现了在Intel Xeon Phi上的LARED-P加速,取得了良好的效果。主要工作包括:(1)提出了LARED-P程序在Native模式下的多个加速优化关键技术。改进了LARED-P程序在MIC上的多线程并行化方法:在突破串行程序中粒子索引与网格索引之间的依赖关系时,针对传统方法中建立数组用来记录每个网格的首粒子索引存在冗余的问题,提出建立数组用来存储每个线程分得的网格块中第一块网格的首粒子索引,减少了索引数组规模,提高了网格处理速度;针对粒子不断运动,线程之间负载不均衡的特点,提出了基于粒子的负载均衡算法,改善了线程间的负载不均衡。(2)针对LARED-P算法的访存局部性差的问题,利用面向MIC的循环分块和预取技术对LARED-P进行访存优化,提高了LARED-P程序在MIC上的访存局部性。(3)提出了向量化方法的使用准则,并利用准则实现了LARED-P算法在MIC上的向量化工作,充分利用了MIC的宽向量特性。利用以上多个优化关键技术,实现了LARED-P在MIC上Native运行模式下的加速,获得了相对于CPU 2.4倍的加速比。(4)提出了LARED-P程序在offload模式下的负载动态划分和双缓冲算法。传统的offload模式下,当MIC进行计算时,CPU处于空转状态,浪费了CPU的计算能力。本文设计并实现了一个offload模式下的负载动态调节系统,系统实现了CPU与Intel Xeon Phi间的负载动态均衡划分。同时,利用平衡空间以及阶梯式负载调节数组,削弱了硬件性能波动对LARED-P程序在进行负载划分时的影响。又加快了负载均衡的收敛速度。(5)为了解决offload模式下CPU和MIC间通信开销大的问题,利用冗余传输和中间数组,提出了突破LARED-P程序数据依赖关系的双缓冲技术,实现了数据通信和计算的重叠,隐藏了传输延迟。这两种优化最终使得LARED-P程序在offload模式下获得了49.4%的性能提升,获得了相对于CPU2.9倍的加速比。

关键词： Intel Xeon Phi 粒子模拟 LARED-P 加速 Native模式 offload模式

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