检索结果-内蒙古大学图书馆

计算机工程与应用 2025年第6期61卷 150-163页

作者：胡怡陈道琨杨超北京大学数学科学学院北京100871 北京大学长沙计算与数字经济研究院先进计算研究中心长沙410205 中国科学院软件研究所并行软件与计算科学实验室北京100190

矩阵乘法广泛应用于科学与工程计算领域,是基础线性代数库中的关键优化对象。随着人工神经网络、计算流体力学等领域的快速发展,异形(irregular-shaped)矩阵乘法正在迅速引起关注。研究集中在针对国产新一代神威超级计算机采用的SW26010... 详细信息

矩阵乘法广泛应用于科学与工程计算领域,是基础线性代数库中的关键优化对象。随着人工神经网络、计算流体力学等领域的快速发展,异形(irregular-shaped)矩阵乘法正在迅速引起关注。研究集中在针对国产新一代神威超级计算机采用的SW26010P众核处理器,探讨异形矩阵乘法的众核并行优化技术。具体而言,结合SW26010P的硬件特性和异形矩阵的数据布局,设计了多样化任务划分映射的并行算法,提高直接内存访问(direct memory access,DMA)访存带宽利用率。结合SW26010P的硬件流水线和向量化访存/计算指令,抽象运算中涉及的计算类型进行底层汇编优化,提高了计算效率。提出了远程内存访问(remote memory access,RMA)点对点机制下的数据共享策略,降低数据访存和传输开销,并提出了嵌套双缓冲技术进一步提高异形矩阵乘法的性能。此外,针对不同种类异形矩阵乘法行实现时面临的分块参数适配问题,基于SW26010P众核处理器进行实验分析研究,确定了各函数并行化时的最优分块参数。实验结果显著,所优化的异形矩阵乘法的性能最高可达roofline模型预测性能上限的93%,相较于常规大规模矩阵乘法算法平均获得了5.43倍的性能加速,最高可获得51.5倍的性能加速。

关键词：异形矩阵乘法 SW26010P众核处理器多样化任务划分映射 RMA点对点机制嵌套双缓冲技术

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国产万亿次机群系统NPB性能测试分析

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计算机研究与发展 2005年第6期42卷 1079-1084页

作者：袁伟张云泉孙家昶李玉成中国科学院软件研究所并行计算实验室

对3个国产万亿次机群系统进行了NPB性能测试分析,重点研究大规模并行处理时(处理器数目达到上千个)的性能特点和趋势.分析了不同的处理器、互连网络等系统配置对NPB性能的影响,发现NPB的8个程序在3个万亿次机器上的性能特点和表现并不一... 详细信息

对3个国产万亿次机群系统进行了NPB性能测试分析,重点研究大规模并行处理时(处理器数目达到上千个)的性能特点和趋势.分析了不同的处理器、互连网络等系统配置对NPB性能的影响,发现NPB的8个程序在3个万亿次机器上的性能特点和表现并不一致,表明国产高性能机群在设计上正在逐渐走出同质化的趋势,向多样化发展.进一步分析表明,目前NPB程序的可扩展性可以达到几百个处理器,但尚不能达到上千个处理器,NPB程序能发挥出的系统峰值的百分比仍然徘徊在10%左右,机群系统的并行可扩展性和应用程序对机器运算潜能的利用还需要进一步提高.对于处理器数目达到上千个的万亿次机群系统来说,对集合通信和细粒度通信能力的支持亟需提高.

关键词：万亿次机群性能评测 NPB

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面向高性能数值计算的并行计算模型DRAM(h)

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计算机学报 2003年第12期26卷 1660-1670页

作者：张云泉中国科学院软件研究所并行计算实验室

提出了一个基于存储层次的新并行计算模型DRAM (h) ,并在该模型下对两个经典并行数值计算算法的不同实现形式 :四种形式并行下三角方程求解 (PTRS)和六种形式无列选主元并行LU分解 (PLU) ,进行了分析 .模型分析表明 ,具有近乎相同时间... 详细信息

提出了一个基于存储层次的新并行计算模型DRAM (h) ,并在该模型下对两个经典并行数值计算算法的不同实现形式 :四种形式并行下三角方程求解 (PTRS)和六种形式无列选主元并行LU分解 (PLU) ,进行了分析 .模型分析表明 ,具有近乎相同时间和空间复杂性的同一算法不同实现形式 ,在该模型下会有完全不同的存储复杂度 .作者在日立公司SR2 2 0 1MPP并行机、曙光 3 0 0 0超级服务器和中国科学院科学与工程计算国家重点实验室(LSEC)的 12 8节点LinuxCluster等三种并行计算平台上对模型分析结果进行了实验验证 .结果表明 ,该模型分析在绝大多数情况下都能较好地与不同实验平台上的实验结果吻合 .个别出现偏差的分析结果 ,在根据计算平台的存储层次特点修改模型分析的假定后 ,也能够进行解释 .这说明了该模型对不同形式的算法实现进行存储访问模式区分的有效性 .对在计算模型中加入指令 /线程级并行的可行性和方法的研究是下一步的工作 .

关键词：存储器并行计算模型高性能数值计算 DRAM(h) 计算模型存储复杂性

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SW26010众核任务并行调度系统及其嵌套并行算法应用

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软件学报 2021年第8期32卷 2352-2364页

作者：孙乔黎雷生赵海涛赵慧吴长茂中国科学院软件研究所并行软件与计算科学实验室北京100190

任务并行是并行程序设计的基础设计模式.但由于算法本身的复杂性及目标平台的特殊性,设计实现高效率的任务并行程序对程序员来说往往充满挑战.基于新兴的SW26010众核CPU,提出了支持任务嵌套并行模式的通用运行时框架***对任务并行程序... 详细信息

任务并行是并行程序设计的基础设计模式.但由于算法本身的复杂性及目标平台的特殊性,设计实现高效率的任务并行程序对程序员来说往往充满挑战.基于新兴的SW26010众核CPU,提出了支持任务嵌套并行模式的通用运行时框架***对任务并行程序的实现提供了高层次的抽象,使程序员能够专注于算法逻辑本身而提高开发效率.在性能方面,SWAN框架对诸多共享资源进行了细粒度的划分,从而有效地避免了众多线程间对共享资源的高强度争用.充分利用平台的高速访存机制、高速可控缓存和原子操作等特性,对SWAN框架的核心数据结构进行优化设计以降低其本身的性能开销.SWAN还具备动态负载均衡能力,使各个处理器核心的资源得以充分利用.基于SWAN框架,在目标平台上实现了若干典型的具有递归特性的嵌套并行算法,包括N-皇后问题、二叉树遍历、快速排序和凸包求解.实验结果表明,这些通过使用SWAN框架得以并行化的算法相对于其串行版本取得了4.5~32倍的加速,充分说明了SWAN框架具有较高的实用性及性能.

关键词：任务并行框架并行计算嵌套并行算法 SWAN SW26010众核CPU

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复杂异构计算系统HPL的优化

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软件学报 2021年第8期32卷 2307-2318页

作者：黎雷生杨文浩马文静张娅赵慧赵海涛李会元孙家昶中国科学院软件研究所并行软件与计算科学实验室北京100190 计算机科学国家重点实验室(中国科学院软件研究所) 北京100190

当今世界的主流超级计算机越来越多地使用带有加速器的异构系统.随着加速器的浮点性能不断提高,超级计算机内计算节点的CPU、内存、总线、网络以及系统架构都要与之相适应.HPL(high performance Linpack)是高性能计算机评测的传统基准... 详细信息

当今世界的主流超级计算机越来越多地使用带有加速器的异构系统.随着加速器的浮点性能不断提高,超级计算机内计算节点的CPU、内存、总线、网络以及系统架构都要与之相适应.HPL(high performance Linpack)是高性能计算机评测的传统基准测试程序,复杂异构系统给HPL评测带来很多机遇与挑战.针对带有GPU的异构超级计算机系统,提出一套新的CPU与加速器计算任务分配方式,提出平衡点理论指导HPL性能优化.为了优化HPL程序,提出了使用CPU与加速器协同工作的look-ahead算法和行交换连续流水算法,实现了加速器、CPU、网络等部件的高度并行.此外,为带有加速器的系统设计了新的panel分解和行交换的实现方法,提高了加速器的利用率.在每个节点带有4个GPU的系统上,单节点HPL效率达到了79.51%.

关键词：复杂异构系统平衡点理论 panel分解加速连续流水线算法

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基于图象空间判据的地表模型加速绘制技术

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软件学报 1998年第7期9卷 481-486页

作者：刘学慧吴恩华中国科学院软件研究所计算机科学实验室

在利用图形绘制实现虚拟现实的研究工作中，为了加速图形生成以保证实时的图形绘制，物体层次细节模型ＬｏＤ（ｌｅｖｅｌｏｆｄｅｔａｉｌ）的选择是其最主要的解决办法．其主要原理是根据物体对于观察者的重要性选择该物体绘制的细节... 详细信息

在利用图形绘制实现虚拟现实的研究工作中，为了加速图形生成以保证实时的图形绘制，物体层次细节模型ＬｏＤ（ｌｅｖｅｌｏｆｄｅｔａｉｌ）的选择是其最主要的解决办法．其主要原理是根据物体对于观察者的重要性选择该物体绘制的细节．地表模型作为多边形网格模型的一种特殊几何模型，在各种虚拟现实系统中有着重要而广泛的应用．该文通过对地表模型实时生成特殊性要求的分析，提出具有焦点加权因子的基于图象空间误差的、适用于地表模型特殊性的、有效的加速简化方法．以焦点和显示面积的有效结合作为物体重要性评价尺度，有效地简化了地表模型的绘制．同时，算法结合均匀网格模型的多分辨率细节层次模型，以“块”作为地表模型大面积简化的空间单位，加速地表模型的简化操作，以实现较为复杂的地表模型的实时绘制．

关键词：虚拟现实地表模型层次细节实时绘制

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约束求解与优化技术的结合

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计算机学报 2005年第11期28卷 1790-1797页

作者：季晓慧黄拙张健中国科学院软件研究所计算机科学实验室

提出了将混合约束问题转化为混合整数规划问题的方法.用约束求解方法及混合整数规划方法共同求解混合约束问题可以令二者相互借鉴,从而促进二者求解技术的进一步发展.同时,由混合约束问题转化而来的混合整数规划问题也可作为求解混合整... 详细信息

提出了将混合约束问题转化为混合整数规划问题的方法.用约束求解方法及混合整数规划方法共同求解混合约束问题可以令二者相互借鉴,从而促进二者求解技术的进一步发展.同时,由混合约束问题转化而来的混合整数规划问题也可作为求解混合整数规划问题的测试问题(benchmarks).

关键词：约束求解优化技术混合约束问题混合整数规划

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申威1621处理器上矩阵乘法优化研究

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软件学报 2023年第7期34卷 3451-3463页

作者：闫昊刘芳芳马文静陈道琨中国科学院软件研究所并行软件与计算科学实验室北京100190 中国科学院大学北京100049 计算机科学国家重点实验室(中国科学院软件研究所) 北京100190

稠密矩阵乘法(GEMM)是很多科学与工程计算应用中大量使用的函数,也是很多代数函数库中的基础函数,其性能高低对整个应用往往有决定性的影响.另外,因其计算密集的特点,矩阵乘法效率往往也是体现硬件平台性能的重要指标.针对国产申威1621... 详细信息

稠密矩阵乘法(GEMM)是很多科学与工程计算应用中大量使用的函数,也是很多代数函数库中的基础函数,其性能高低对整个应用往往有决定性的影响.另外,因其计算密集的特点,矩阵乘法效率往往也是体现硬件平台性能的重要指标.针对国产申威1621处理器,对稠密矩阵乘法进行了系统性地优化.基于对各部分开销的分析,以及对体系结构特点与指令集的充分利用,对DGEMM函数从循环与分块方案,打包方式,核心计算函数实现,数据预取等方面进行了深入优化.此外,开发了代码生成器,为不同的输入参数生成不同版本的汇编代码和C语言代码,配合自动调优脚本,选取最佳参数.经过优化和调优,单线程DGEMM性能达到了单核浮点峰值性能的85%,16线程DGEMM性能达到16核浮点峰值性能的80%.对DGEMM函数的优化不仅提高了申威1621平台BLAS函数库性能,也为国产申威系列多核处理器上稠密数据计算优化提供了重要参考.

关键词：矩阵乘法缓存分块算法优化数据预取

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GPA:基于多面体网格几何并行性的矩阵特征多项式异步因式分解器--纪念我国现代计算数学的开拓者之一周毓麟先生诞辰100周年

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中国科学：数学 2023年第6期53卷 859-894页

作者：孙家昶中国科学院软件研究所并行软件与计算科学实验室北京100080

满足高次方程G^(m)=I的几何网格矩阵G,可在复数范围内进行因式分解,并且G与偏微分方程(partial differential equation,PDE)离散后的刚度矩阵A和质量矩阵B之间的乘法存在互易性:AG=GA,BG=GB,从而利用几何不变性可以将A正交分解为m-块对... 详细信息

满足高次方程G^(m)=I的几何网格矩阵G,可在复数范围内进行因式分解,并且G与偏微分方程(partial differential equation,PDE)离散后的刚度矩阵A和质量矩阵B之间的乘法存在互易性:AG=GA,BG=GB,从而利用几何不变性可以将A正交分解为m-块对角块矩阵(m研究求解数学物理方程离散特征值问题的几何网格异步因式分解算法(geometry pre-processing asynchronous algorithm,GPA),针对非规则的二维单元和典型三维单元(如六面体、四面体和十二面体单元等),提出计算PDE离散特征值问题的高效异步并行预处理降阶算法,给出相关的理论证明及数值计算实例.通过研究得到“三维几何网格预变换的并行度主要与多面体的面数成正比”的结论,并进一步揭示“几何网格矩阵与刚度矩阵的互易性对于特征值并行计算降阶算法的特殊重要性”。

关键词：三维数理方程离散特征值互易算子几何块预处理子特征值问题因式分解异步并行算法

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面向异构计算机平台的HPL方案

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软件学报 2021年第8期32卷 2329-2340页

作者：孙乔孙家昶马文静赵玉文中国科学院软件研究所并行软件与计算科学实验室北京100190 计算机科学国家重点实验室(中国科学院软件研究所) 北京100190 中国科学院大学北京100049

HPL(high performance Linpack)是一套被广泛用于测评计算机性能的测试程序,几十年来学术界及产业界十分关注对HPL测试程序的定制化优化工作,以充分反应同时代新兴计算机平台的性能.面向当今主流多设备异构计算平台,尝试为HPL的优化工... 详细信息

HPL(high performance Linpack)是一套被广泛用于测评计算机性能的测试程序,几十年来学术界及产业界十分关注对HPL测试程序的定制化优化工作,以充分反应同时代新兴计算机平台的性能.面向当今主流多设备异构计算平台,尝试为HPL的优化工作提供一种解决方案:Hetero-HPL.在Hetero-HPL中,进程与协处理器的对应关系可被改变,因此HPL算法在单节点独立运行情况下可以完全避免进程间数据传输开销.算法各个重要步骤有能力完全利用物理节点的所有资源,如内存容量、CPU核心、协处理器、PCI-e总线等.Hetero-HPL并不引入冗余计算量及通信量,并在任意设备数量下妥善应对锁页内存分配限制,确保多设备负载均衡和设备内高效的大规模同质运算.在实验平台上,Hetero-HPL效率可以达到平台峰值性能的76.5%(其中,dgemm函数效率为84%).进一步的实验结果表明,Hetero-HPL在多节点联机运行情况下也是一种可行的方案.

关键词： HPL(high performance Linpack) 多设备异构平台并行计算

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