检索结果-内蒙古大学图书馆

计算机学报 2017年第9期40卷 2181-2196页

作者：申小伟叶笑春王达张浩王飞谭旭张志敏范东睿唐志敏孙凝晖中国科学院计算技术研究所计算机体系结构国家重点实验室北京100190 中国科学院大学计算机与控制学院北京100049 中国科学院电子学研究所北京100090

传统数据流结构通过多上下文来隐藏指令等待源操作数的延迟,然而这种隐藏方式只能部分提高数据流处理器执行单元的利用率.在面向例如Stencil、FFT和矩阵乘法等典型科学应用时,传统数据流结构的执行单元利用率仍然较低.科学计算中的核心... 详细信息

传统数据流结构通过多上下文来隐藏指令等待源操作数的延迟,然而这种隐藏方式只能部分提高数据流处理器执行单元的利用率.在面向例如Stencil、FFT和矩阵乘法等典型科学应用时,传统数据流结构的执行单元利用率仍然较低.科学计算中的核心程序一般是对不同数据进行相同的操作,而且这些操作可以并行执行,数据之间没有直接依赖关系.传统数据流结构是面向通用计算的,通常采用循环来实现对不同数据的相同操作.在这些循环中,迭代是按照顺序依次执行的,这导致了传统数据流结构没有利用科学计算的并行性来提高性能.所以传统数据流结构在处理这些规则的科学应用时没有协调好数据流计算模式和科学计算特征,而数据流计算是非常适合科学计算这种类型的规则计算.基于科学计算的这些特征,该文提出了一种面向科学计算的数据流结构优化方法:循环流水优化方法.循环流水优化方法利用科学计算的分块和并行处理特征,对传统数据流结构中的上下文控制逻辑进行了改进,将科学计算中的循环采用硬件自迭代的方式实现,并将上下文切换逻辑进行了流水化,使数据流结构中的上下文以流水线方式进入执行单元阵列,从而提高计算单元的利用率.面对这种循环流水优化后的数据流结构,传统数据流结构上的指令映射算法不再适用.通过分析循环流水优化后的结构特征,该文进一步提出了一种改进的指令映射算法:LBC(Load Balance Centric)指令映射算法.LBC算法按照深度优先顺序依次映射数据流图中的所有指令,对每条指令分别计算执行单元阵列中所有位置的代价,取最小代价的位置作为最佳映射位置.LBC算法以执行单元负载均衡为核心,同时将定点指令和浮点指令分开处理,保证执行单元上的定点部件和浮点部件的负载均衡.每当映射一条指令时,LBC算法采用相邻节点传输延迟与已经映射的该类型指令数量的乘积作为负载代价,来实现计算部件的负载均衡.另外,LBC算法将网络拥堵也作为指令映射的影响因素.LBC算法将节点与所有父节点的距离之和作为传输代价,使指令间传输消息的路径最短,从而减小片上网络消息传递的跳数.实验结果表明,在处理典型科学应用时,相比于传统数据流结构,循环流水的优化方法将数据流结构的性能平均提高了4.6%.相比于传统指令映射算法SPDI和SPS,在循环流水优化后的数据流结构上,LBC指令映射算法将性能分别平均提升了182.6%和158.1%.

关键词：指令映射数据流循环流水科学计算处理器高性能计算

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异构平台上性能自适应FFT框架

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计算机研究与发展 2014年第3期51卷 637-649页

作者：李焱张云泉并行软件与计算科学实验室(中国科学院软件研究所) 北京100190 中国科学院大学北京100049 计算机体系结构国家重点实验室(中国科学院计算技术研究所) 北京100190

快速傅里叶变换(fast Fourier transform,FFT)在科学和工程界中具有着广泛的应用,尤其是在信号处理、图像处理以及求解偏微分方程领域.基于图形处理器(graphic processing unit,GPU)和加速处理器(accelerated processing unit,APU)的异... 详细信息

快速傅里叶变换(fast Fourier transform,FFT)在科学和工程界中具有着广泛的应用,尤其是在信号处理、图像处理以及求解偏微分方程领域.基于图形处理器(graphic processing unit,GPU)和加速处理器(accelerated processing unit,APU)的异构平台,提出了自适应性能优化的大规模并行FFT(massively parallel FFT,MPFFT)框架.MPFFT框架采用了安装时和运行时2层自适应策略.安装时借助代码产生器可以生成被GPU程序内核(kernel)调用的任意长度的代码模板库(codelet);运行时根据自动调优技术使代码产生器生成高度优化的GPU计算代码.实验结果表明:MPFFT在APU平台上,一维、二维以及三维FFT相对于AMD clAmdFft 1.6取得的平均加速比分别为3.45,15.20以及4.47,在AMD HD7970GPU上平均加速比分别为1.75,3.01和1.69.在NVIDIA Tesla C2050GPU上取得的整体性能都达到了CUFFT 4.1的93%,最大加速比能够达到1.28.

关键词：快速傅里叶变换自适应性能优化加速处理器图形处理器异构

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面向理想性能空间的跨架构编译分析方法

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计算机研究与发展 2021年第3期58卷 668-680页

作者：赖庆宽吕方贺春林何先波冯晓兵计算机体系结构国家重点实验室(中国科学院计算技术研究所) 北京100190 中国科学院计算技术研究所北京100190 中国科学院大学北京100049 西华师范大学计算机学院四川南充637009

编译器性能是计算机系统架构充分发挥优势的体现,编译器优化受机器平台与编译器特征的影响.编译器分析是在目标编译器与多参照编译器、目标平台与多参照平台之间进行的,即编译器与平台的组合是分析的基础.只有在多组合情况下才能为目标... 详细信息

编译器性能是计算机系统架构充分发挥优势的体现,编译器优化受机器平台与编译器特征的影响.编译器分析是在目标编译器与多参照编译器、目标平台与多参照平台之间进行的,即编译器与平台的组合是分析的基础.只有在多组合情况下才能为目标编译器优化提供最大可能的性能提升空间和详细的优化方案,但增加编译器与平台的组合往往会增加无法计量的分析工作量.为此,提出了一种基于峰值架构的面向跨平台跨编译器分析方法.基于峰值架构集为目标编译器构建理想性能空间,结合细粒度优势优化定位技术为目标编译器提供优势优化选项和优化方向,并实现编译器优化.最后通过实验验证了该分析技术的实用性与普适性,并为Intel平台上的目标编译器gcc提供了优化方向.

关键词：编译器优化峰值架构理想性能空间优势优化选项优化方向

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高性能计算多层次不连续非线性可扩展现象研究

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计算机学报 2020年第6期43卷 973-989页

作者：张云泉袁良陈一峯冯晓兵张贺中国科学院计算技术研究所计算机体系结构国家重点实验室北京100190 北京大学北京100871 中国科学院大气物理研究所北京100029

高性能计算是计算科学的具体实践,极大地促进了各领域的科学进展,也对国家的经济建设起到了无法替代的基础性作用.从几十年发展的时间尺度和十万至百万核量级并行规模尺度研究大规模并行软件的研制发展历史来看,发现大规模并行应用软件... 详细信息

高性能计算是计算科学的具体实践,极大地促进了各领域的科学进展,也对国家的经济建设起到了无法替代的基础性作用.从几十年发展的时间尺度和十万至百万核量级并行规模尺度研究大规模并行软件的研制发展历史来看,发现大规模并行应用软件的开发中物理模型、并行算法、并行软件实现以及底层硬件多个层次中存在的可扩展性的两种有趣现象,即不连续性和非线性现象.本文总结分析这一普遍存在现象,系统梳理计算机软硬件发展,特别是高性能计算发展中的可扩展问题,为未来并行计算领域发展提供方法论层面的借鉴和指导.

关键词：高性能计算超级计算可扩展性多层次不连续非线性

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一种多线程程序内存系统模拟器Trace驱动仿真方法

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计算机研究与发展 2015年第6期52卷 1266-1277页

作者：朱鹏飞卢天越陈明宇计算机体系结构国家重点实验室(中国科学院计算技术研究所) 北京100190 中国科学院大学北京100049 中国科学院计算技术研究所先进计算机系统研究中心北京100190

伴随大数据计算时代的到来,片上多核处理器为提高多线程程序服务器吞吐率发挥巨大作用,同时其内存系统的访问延迟越来越影响系统性能.目前,路径驱动(trace-driven)仿真方法比执行驱动(execution-driven)运行速度快,被内存系统研究者广... 详细信息

伴随大数据计算时代的到来,片上多核处理器为提高多线程程序服务器吞吐率发挥巨大作用,同时其内存系统的访问延迟越来越影响系统性能.目前,路径驱动(trace-driven)仿真方法比执行驱动(execution-driven)运行速度快,被内存系统研究者广泛采用.但是路径驱动在仿真并发线程时,会同时导致宏观和微观的访存错位.而实际多线程程序运行过程中,不会发生这种访存错位行为.通过理论分析和计算,访存错位引起路径驱动的仿真结果存在明显偏差.针对上述问题,提出了一种方法来避免路径驱动仿真发生宏观和微观访存错位,精确回放采集阶段的多线程程序行为.实验数据显示,在避免宏观访存trace错位后,多线程程序的多个仿真指标出现最高10.22%的变化;对于部分访存密集型的多线程程序,避免微观访存trace错位可以使算数平均IPC出现大于50%的变化.为研究交互线程的内存系统行为提供一种更加准确的路径驱动方法.

关键词：路径驱动仿真精确度内存系统多线程程序 trace采集回放

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基于线程池的GPU任务并行计算模式研究

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计算机学报 2018年第10期41卷 2175-2192页

作者：李涛董前琨张帅孔令晏康宏杨愚鲁南开大学计算机与控制工程学院天津300071 中国科学院计算技术研究所计算机体系结构国家重点实验室北京100109

GPU已经成为具有高并发高内存带宽的通用协处理器,但是GPU与CPU在体系结构和编程模型上存在很大差异,导致CPU-GPU异构计算系统的编程复杂度提高,即使采用统一计算设备架构(CUDA)提供的kernel并发技术和多流技术也较难充分控制和利用GPU... 详细信息

GPU已经成为具有高并发高内存带宽的通用协处理器,但是GPU与CPU在体系结构和编程模型上存在很大差异,导致CPU-GPU异构计算系统的编程复杂度提高,即使采用统一计算设备架构(CUDA)提供的kernel并发技术和多流技术也较难充分控制和利用GPU上的计算资源,难以有效地处理不规则的并行应用问题.为从体系结构角度探索GPU硬件支持的页锁定内存和统一虚拟地址空间等特征,该文提出了CPU辅助任务调度管理下的基于线程池技术的GPU任务并行计算模型CAGTP,实现了CPU-GPU异构计算系统上的共享内存式程序设计.提出并设计了CPU端的任务队列、计算线程块级任务调度器、任务槽和GPU端的任务复用kernel函数等机制,实现了CPU与GPU间的高效细粒度任务交互,避免了原生CUDA程序中多次启停kernel函数的开销,有效地支持了GPU上的细粒度不规则并行任务计算,而且利用模型API接口函数能够降低CPU-GPU异构计算系统的编程难度.实验结果表明,CAGTP模型中任务调度的开销是kernel函数调用的5%,有效提升了通用矩阵乘、乔列斯基分解和K均值、T近邻等典型线性代数和机器学习算法的计算性能;CAGTP模型易于扩展使用多块GPU,且在性能差异较大的多个GPU之间达到负载均衡,能够高效求解混合任务和具有不规则并行性的应用问题.

关键词：异构计算系统统一计算设备架构线程池任务并行任务复用函数

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基于交互冲突的服务互操作匹配性检测

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计算机学报 2013年第12期36卷 2479-2490页

作者：公帅熊锦华刘志勇中国科学院计算技术研究所网络数据科学与工程研究中心北京100190 中国科学院大学北京100190 中国科学院计算技术研究所计算机体系结构国家重点实验室北京100190

随着互联网中包含多个交互的复杂服务的大量出现,如何有效检测服务之间的匹配性至关重要.与传统的业务流程互操作匹配性验证不同,在互联网环境下匹配性检测,一方面要面临如何实现快速检测的挑战,另一方面要解决如何准确地检测完整且精... 详细信息

随着互联网中包含多个交互的复杂服务的大量出现,如何有效检测服务之间的匹配性至关重要.与传统的业务流程互操作匹配性验证不同,在互联网环境下匹配性检测,一方面要面临如何实现快速检测的挑战,另一方面要解决如何准确地检测完整且精确的不匹配原因以便及时修正.为此,文中提出了一种基于交互冲突的服务互操作性检测方法,该方法利用局部交互之间的行为约束关系检测复杂服务互操作的匹配性,并形式化证明了该方法能够获得与经典的互操作匹配性检测方法一致的检测结果.与经典的互操作匹配性检测方法相比,该文方法时间复杂度低且检测结果可以确切地给出完整、精确的互操作不匹配的原因.

关键词： Web服务业务流程互操作匹配性检测行为约束关系

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基于全局同步逻辑时间的访存依赖约减方法

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计算机学报 2014年第7期37卷 1487-1499页

作者：唐士斌宋风龙张帅范东睿刘志勇中国科学院计算技术研究所计算机体系结构国家重点实验室北京100190 中国科学院大学北京100049 移动计算与新型终端北京市重点实验室北京100190

并发执行的并行多线程程序执行过程中,不同的访存顺序会得到不同的执行结果.由于再次执行时,难以重现首次执行时的错误,导致并行程序的调试非常困难.确定性重放是解决该问题的一种方法,目的是通过记录并行程序执行过程中的不确定性事件... 详细信息

并发执行的并行多线程程序执行过程中,不同的访存顺序会得到不同的执行结果.由于再次执行时,难以重现首次执行时的错误,导致并行程序的调试非常困难.确定性重放是解决该问题的一种方法,目的是通过记录并行程序执行过程中的不确定性事件,然后利用记录的事件重现出程序的原始执行.然而,已有的确定性重放方法会产生大量的记录日志,如何减小记录日志是确定性重放领域的研究热点,在实际应用中也是非常具有挑战性的问题.为了减小记录日志的开销,文中提出了一种基于逻辑时间的访存依赖约减方法,并在支持松弛存储一致性模型的处理器上提出具体的实现技术,该方法利用了访存依赖对应的逻辑时间之间的序关系进行约减.通过模拟评估所提出方法的性能和可扩展性.其中,在8核模拟平台上,通过Splash2测试程序进行评估,结果显示所提出的记录方法平均日志开销为0.11Bytes/Kilo-Instruction,与目前最好的访存依赖约减方法Timetraveler相比提高了75%;通过4核、8核和16核平台的评估结果,表明所提出约减方法具有较好的可扩展性.

关键词：多核并行程序确定性重放访存冲突

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面向神威·太湖之光的国产异构众核处理器OpenCL编译系统

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计算机学报 2018年第10期41卷 2236-2250页

作者：伍明川黄磊刘颖何先波冯晓兵中国科学院计算技术研究所计算机体系结构国家重点实验室北京100190 中国科学院大学北京100049 西华师范大学计算机学院四川南充637009

近年来硬件设计呈现出异构化的趋势,如何有效开发并行程序成为制约异构系统发展的瓶颈之一已成为业界共识.我国自主研制的"神威·太湖之光"超级计算机,采用了国产片上异构众核处理器SW26010,为了降低程序员的编程难度,同... 详细信息

近年来硬件设计呈现出异构化的趋势,如何有效开发并行程序成为制约异构系统发展的瓶颈之一已成为业界共识.我国自主研制的"神威·太湖之光"超级计算机,采用了国产片上异构众核处理器SW26010,为了降低程序员的编程难度,同时提高软件的移植效率,作者设计并实现了支持国产SW26010众核处理器的OpenCL编译系统.该编译系统实现了OpenCL平台模型、内存模型和执行模型到SW26010众核处理器的映射与优化机制,同时生成性能良好的可执行文件.最后通过实验验证了该编译系统的正确性和有效性,典型OpenCL应用经该编译系统编译后,在中小输入规模下,性能显著优于Intel Xeon Phi,与NVIDIA GPU可比;在较大输入规模下,受限于局存SPM的容量限制,性能略低于NVIDIA GPU.

关键词： OpenCL 异构国产众核处理器编译系统

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VMM中Guest OS非陷入系统调用指令截获与识别

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计算机研究与发展 2014年第10期51卷 2348-2359页

作者：熊海泉刘志勇徐卫志唐士斌范东睿计算机体系结构国家重点实验室(中国科学院计算技术研究所) 北京100190 中国科学院大学北京100049 清华大学微电子所北京100084

针对虚拟化环境下Guest OS某些特定指令行为不会产生陷入从而在虚拟机管理器(virtual machine monitor,VMM)中无法对其进行监控处理的问题,提出通过改变非陷入指令正常运行条件,使其执行非法产生系统异常陷入VMM的思想;据此就x86架构下G... 详细信息

针对虚拟化环境下Guest OS某些特定指令行为不会产生陷入从而在虚拟机管理器(virtual machine monitor,VMM)中无法对其进行监控处理的问题,提出通过改变非陷入指令正常运行条件,使其执行非法产生系统异常陷入VMM的思想;据此就x86架构下Guest OS中3种非陷入系统调用指令在VMM中的截获与识别进行研究:其中基于int和sysenter指令的系统调用通过使其产生通用保护(general protection,GP)错系统异常而陷入,基于syscall指令的系统调用则通过使其产生UD(undefined)未定义指令系统异常而陷入,之后VMM依据虚拟处理器上下文现场信息对其进行识别;基于Qemu&Kvm实现的原型系统表明:上述方法能成功截获并识别出Guest OS中所有3种系统调用行为,正常情况下其性能开销也在可接受的范围之内,如在unixbench的shell测试用例中,其性能开销比在1.900~2.608之间.与现有方法相比,它们都是以体系结构自身规范为基础,因此具有无需修改Guest OS、跨平台透明的优势.

关键词：客户操作系统虚拟机管理器虚拟化非陷入指令系统调用

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