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2011年全国高性能计算学术年会(HPC china2011)

作者：张先轶王茜张云泉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 中国科学院研究生院北京 100190 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 中国科学院计算机科学国家重点实验室北京 100190

BLAS是科学计算中最基础的数学库之一，各CPU厂商都推出了针对各自CPU的优化的BLAS库。龙芯CPU是中科院计算所自主研制的通用CPU，目前已推出了龙芯3号系列。本文介绍了我们发起的基于GotoBLAS 2-1.13 BSD版的开源项目OpenBLAS，针对龙... 详细信息

BLAS是科学计算中最基础的数学库之一，各CPU厂商都推出了针对各自CPU的优化的BLAS库。龙芯CPU是中科院计算所自主研制的通用CPU，目前已推出了龙芯3号系列。本文介绍了我们发起的基于GotoBLAS 2-1.13 BSD版的开源项目OpenBLAS，针对龙芯3A CPU的优化工作。在BLAS 3级函数的单线程优化上，运用了分块，手工核心汇编，使用龙芯3号128 bits访存指令和预取指令，汇编指令重排等技术。BLAS 3级函数平均性能高于GotoBLAS和ATLAS 75％和17%，其中，双精度函数高于GotoBLAS和ATLAS 103%和36%。在BLAS 3级函数并行化方面，采用数据缓冲区交错布局等技术，减少多线程对共享L2 Cache的争抢。 OpenBLAS BLAS 3级函数的4线程并行加速比达到3.47。 4线程BLAS 3级函数平均性能高于GotoBLAS和ATLAS 69%和34%，其中，双精度函数高于GotoBLAS和ATLAS 89%和55%。

关键词：科学计算数学库单线程优化汇编指令重排通用CPU

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基于横向局部性的多核计算模型

基于横向局部性的多核计算模型

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2011年全国高性能计算学术年会(HPC china2011)

作者：袁良张云泉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 中国科学院研究生院北京 100049 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 中国科学院计算机科学国家重点实验室北京 100190

片内多核已成为延长摩尔定律方式，并行算法设计，编程模型，编译器和运行时系统都需要利用计算模型进行分析。已有多核模型对线程间共享缓存等资源的竞争已有较精确模型，但是对于线程间数据共享考虑较少。本文提出线程间共享缓存的横... 详细信息

片内多核已成为延长摩尔定律方式，并行算法设计，编程模型，编译器和运行时系统都需要利用计算模型进行分析。已有多核模型对线程间共享缓存等资源的竞争已有较精确模型，但是对于线程间数据共享考虑较少。本文提出线程间共享缓存的横向局部性和任务共享率概念，基于此扩展串行存储层次模型RAM(h)，提出考虑任务共享率的多核并行计算模型MRAM(h)。

关键词：并行计算模型共享缓存横向局部性片内多核

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基于GPU的非标记定量软件QuantWiz并行化实现

基于GPU的非标记定量软件QuantWiz并行化实现

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2011年全国高性能计算学术年会(HPC china2011)

作者：费辉张云泉王靖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 中国科学院软件研究所计算机科学国家重点实验室北京 100190 中国科学院研究生院北京 100190 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 中国科学院软件研究所计算机科学国家重点实验室北京 100190

QuantWiz是一款基于质谱的非标记定量软件，很好地应用于定量蛋白质组学。随着实验数据的日益增大，使得定量的计算量巨大，耗费时间长。GPU以几百GFlops甚至上TFlops的运算能力，为定量蛋白质组学这样的计算密集型应用提供了良好的加... 详细信息

QuantWiz是一款基于质谱的非标记定量软件，很好地应用于定量蛋白质组学。随着实验数据的日益增大，使得定量的计算量巨大，耗费时间长。GPU以几百GFlops甚至上TFlops的运算能力，为定量蛋白质组学这样的计算密集型应用提供了良好的加速方案。本文对QuantWiz软件做了深入的研究与分析，找到了软件性能的热点模块所在，提出了该软件在GPU上的加速方案——GPU-QuantWiz，并进行了实现。性能测试显示，在Tesla C1060上，该方案的平均加速比达到了9.66倍，得到了良好的加速效果。同时，该方案还可以扩展到两块及以上的GPU上，具有良好的可扩展性。

关键词：非标记定量软件蛋白质组并行计算图形处理单元性能测试可扩展性

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基于OpenCL的拉普拉斯图像增强算法优化研究

基于OpenCL的拉普拉斯图像增强算法优化研究

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2011年全国高性能计算学术年会(HPC china2011)

作者：贾海鹏张云泉龙国平徐建良李焱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 中国海洋大学信息科学与工程学院青岛 266100 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 中国科学院软件研究所计算机科学国家重点实验室北京 100190 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 中国海洋大学信息科学与工程学院青岛 266100 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 中国科学院研究生院北京 100190

OpenCL是面向异构计算平台的通用编程框架，然而由于硬件体系结构的差异，如何在平台间功能移植的基础上，实现性能移植仍是有待研究的问题。当前已有算法优化研究一般只针对单一硬件平台，很难实现在不同平台上的高效运行。本文在分析... 详细信息

OpenCL是面向异构计算平台的通用编程框架，然而由于硬件体系结构的差异，如何在平台间功能移植的基础上，实现性能移植仍是有待研究的问题。当前已有算法优化研究一般只针对单一硬件平台，很难实现在不同平台上的高效运行。本文在分析了不同GPU平台底层硬件架构的基础上，从Global Memory的访存效率、GPU计算资源的有效利用率及其硬件资源的限制等多个角度考察了不同优化方法在不同GPU硬件平台上对性能的影响。并在此基础上实现了基于OpenCL的拉普拉斯图像增强算法，实验结果表明优化后的算法在不考虑数据传输时间的前提下，在AMD和NVIDIA GPU上都取得了3.7~136.1倍，平均56.7倍的性能加速，优化后的kernel比NVIDIA NPP库中相应函数也取得了12.3％~346.7%，平均143.1%的性能提升，验证了本文提出的优化方法的有效性和性能可移植性。

关键词：通用计算拉普拉斯算法跨平台图像增强算法可移植性

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一种基于GPU应用于大规模星模拟器的灰度弥散模型

一种基于GPU应用于大规模星模拟器的灰度弥散模型

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2011年全国高性能计算学术年会(HPC china2011)

作者：李超张云泉郑昌文胡晓慧中国科学院软件研究所综合信息系统国家级重点实验室北京 100190 中国科学院软件研究所并行计算重点实验室北京 100190

灰度弥散模型被广泛应用于模拟星模拟器的成像过程。在实际问题域中，该模型需要巨大的计算能力以完成繁重的数值计算，而目前图形处理单元（GPUs）已经发展成为一种有效的数值处理平台，对于计算密集型模拟具有很好的加速能力。本文设... 详细信息

灰度弥散模型被广泛应用于模拟星模拟器的成像过程。在实际问题域中，该模型需要巨大的计算能力以完成繁重的数值计算，而目前图形处理单元（GPUs）已经发展成为一种有效的数值处理平台，对于计算密集型模拟具有很好的加速能力。本文设计并实现了GPU平台下，基于统一计算架构(CUDA)的并行灰度模型，可应用于大规模星模拟器的快速灰度模拟。首先分析了该模型具有的双重并行特性并采用CUDA模型模拟其良好的数据并行特征。为了便于对比研究，设计了两类模拟器：一类是串行模拟器作为基准模拟器;另一类是基于CUDA的并行模拟器。同时在并行策略、模型以及GPU实现层面分别给出不同优化方法以有效提高并行效率。最后，设计对应于双重并行粒度的两类测试基准以评估并行模拟器的性能。数据分析证明CUDA并行模拟器取得良好的性能提升，同时也给出了该模拟器中存在的一些限制。

关键词：星模拟器灰度弥散模型图形处理单元数值处理统一计算架构

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Spiking神经网络及其在移动机器人中的应用

Spiking神经网络及其在移动机器人中的应用

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第三十届中国控制会议

作者：王秀青侯增广谭民王永吉黄战华河北师范大学职技学院中国科学院软件研究所互联网软件技术实验室计算机科学国家重点实验室中国科学院自动化研究所复杂系统与智能科学实验室

本文介绍了第三代神经网络——Spiking神经网络的产生、特点、编码,Spiking神经元和神经突触模型,Spiking神经网络的训练方法等内容。并对国内外Spiking神经网络的研究动态和发展趋势、Spiking神经网络在移动机器人中的应用等内容进行... 详细信息

本文介绍了第三代神经网络——Spiking神经网络的产生、特点、编码,Spiking神经元和神经突触模型,Spiking神经网络的训练方法等内容。并对国内外Spiking神经网络的研究动态和发展趋势、Spiking神经网络在移动机器人中的应用等内容进行了综述。Spiking神经网络具有其独有的特点:Spiking神经元同时包含有时空信息、很强的计算能力、较好的鲁棒性、易于硬件实现等。这些特点使得Spiking神经网络在移动机器人控制、环境感知和机器人视觉等领域得以成功应用。

关键词： Spiking神经网络移动机器人脉冲控制

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数值软件自适应性能优化搜索过程评价技术研究

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计算机研究与发展 2010年第4期47卷 679-686页

作者：孙相征张云泉王宣强王磊中国科学院软件研究所并行计算实验室北京100190 中国科学院计算机科学国家重点实验室北京100190 中国科学院研究生院北京100190

随着计算机硬件的快速变化,如何充分利用计算机资源,使软件性能尽可能逼近处理器峰值是人们关心的问题.针对特定硬件平台手工优化程序,或者依赖编译器优化技术,存在人工介入,难与硬件更新同步等问题.而采用自适应性能优化技术实现的高... 详细信息

随着计算机硬件的快速变化,如何充分利用计算机资源,使软件性能尽可能逼近处理器峰值是人们关心的问题.针对特定硬件平台手工优化程序,或者依赖编译器优化技术,存在人工介入,难与硬件更新同步等问题.而采用自适应性能优化技术实现的高性能数学软件包(SANS)如FFTW,ATLAS,PHiPAC,OSKI等,可有效解决前两种方法存在的问题,降低开发成本,提高软件可移植性.针对自适应性能优化技术中,优化参数搜索过程十分耗时的问题,提出对优化搜索过程的评价指标Pt,并给出用此指标控制优化搜索过程的方法.实验表明运用该指标可以在较短的时间内得到一个合理的性能值.

关键词：自适应优化过程评价指标优化参数性能跟踪 ATLAS GEMM

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一种改进的OpenMP指导调度策略研究

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计算机研究与发展 2010年第4期47卷 687-694页

作者：刘胜飞张云泉孙相征中国科学院软件研究所并行计算实验室北京100190 中国科学院研究生院北京100190 中国科学院计算机科学国家重点实验室北京100190

在科学计算中,循环结构是最重要的并行对象之一.考虑到负载平衡、调度开销等多方面因素,OpenMP标准提供静态调度、动态调度、指导调度和运行时调度等不同策略.针对指导调度策略不适合递减型循环结构的问题,提出一种改进的new_guided指... 详细信息

在科学计算中,循环结构是最重要的并行对象之一.考虑到负载平衡、调度开销等多方面因素,OpenMP标准提供静态调度、动态调度、指导调度和运行时调度等不同策略.针对指导调度策略不适合递减型循环结构的问题,提出一种改进的new_guided指导调度策略,并在OMPi编译器上加以实现.New_guided调度策略的主要思想是对前半部分的循环采用静态调度,后半部分的循环采用指导调度.针对不同循环结构,在多核处理器上对不同调度策略进行评测.结果表明,在一般情况下,OpenMP默认的静态策略的调度性能最差;对于规则的循环结构和递增的循环结构,动态调度、指导调度和new_guided策略的性能差别不大;对于递减型的循环结构,动态调度和new_guided策略的性能相当,要优于指导调度策略;对于某些极不规则的随机循环结构,动态调度明显优于其他策略,new_guided策略的性能介于动态调度和指导调度之间.

关键词： OpenMP 负载平衡静态调度动态调度指导调度 OMPi

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广义曲边四边形区域族上的正交多项式

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数值计算与计算机应用 2010年第4期31卷 309-320页

作者：耿琳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

本文研究广义曲边四边形区域族上自共轭偏微分方程本征多项式的构造问题.文中分析了过四点:(1,1),(1,-1),(-1,-1),(-1,1)的二元四次区域上PDE本征多项式的主要性质,讨论了带权函数的Jacobi型正交多项式的存在性,构造与递推公式,并在一... 详细信息

本文研究广义曲边四边形区域族上自共轭偏微分方程本征多项式的构造问题.文中分析了过四点:(1,1),(1,-1),(-1,-1),(-1,1)的二元四次区域上PDE本征多项式的主要性质,讨论了带权函数的Jacobi型正交多项式的存在性,构造与递推公式,并在一类椭圆域上具体构造出新的本征方程.文后附有相应本征值试算的数值结果.

关键词： PDE特征值问题广义曲边四边形区域族正交多项式

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国产百万亿次机群系统Alltoall性能测试与分析

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计算机科学 2010年第8期37卷 186-188,207页

作者：饶立张云泉李玉成中国科学院软件研究所并行计算实验室北京100190 中国科学院软件研究所计算机科学国家重点实验室北京100190

随着高性能计算机的应用和发展,并行应用程序所使用的处理器数越来越多,进程间的通信量也不断增多,这对应用程序的性能有很大影响。在采用一种快速傅里叶变换HFFT对曙光5000A进行性能测试时发现,MPI集合通信函数MPI Alltoall的巨大通信... 详细信息

随着高性能计算机的应用和发展,并行应用程序所使用的处理器数越来越多,进程间的通信量也不断增多,这对应用程序的性能有很大影响。在采用一种快速傅里叶变换HFFT对曙光5000A进行性能测试时发现,MPI集合通信函数MPI Alltoall的巨大通信开销是并行程序设计的瓶颈。为此,对现有主流Alltoall算法在曙光5000A和深腾7000上进行性能测试与分析,以期对未来的Alltoall算法的优化工作做出贡献。利用不同消息长度和不同进程数测试了Alltoall函数多种算法的性能,这些算法包括二维网格算法、三维网格算法、Bruck算法、原始算法、成对交换算法、递归倍增算法、环算法以及LAM/MPI中的简单算法等。实验结果表明:消息长度较小时,在曙光5000A上采用原始算法和Bruck算法的性能较好,而在深腾7000上用时较少的算法是简单算法和Bruck算法;对于长消息,曙光5000A上最优的算法是环算法,深腾7000上成对交换性能最优。

关键词：集合通信 Alltoall 曙光5000A 性能测试与分析

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