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2012全国高性能计算学术年会

作者： Xiao Xuan-ji 肖玄基 Zhang Yun-quan 张云泉 Li Yu-cheng 李玉成 Yuan Liang 袁良 Lab of Parallel Computing Institute of SoftwareChinese Academy of SciencesBeijing 100190China Gra 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 Lab of Parallel Computing Institute of SoftwareChinese Academy of SciencesBeijing 100190China Sta 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

MAGMA是第一个面向下一代体系架构(多核CPU和GPU)开源的线性代数软件包，它采用了诸多针对异构平台的优化方法，包括了混合同步，通信避免和动态任务调度系统.它在功能，数据存储，接口上与LAPACK相似，可以发挥GPU的巨大计算能力进行... 详细信息

MAGMA是第一个面向下一代体系架构(多核CPU和GPU)开源的线性代数软件包，它采用了诸多针对异构平台的优化方法，包括了混合同步，通信避免和动态任务调度系统.它在功能，数据存储，接口上与LAPACK相似，可以发挥GPU的巨大计算能力进行数值计算.本文首先对MAGMA中的矩阵分解算法进行分析;然后通过测试结果，分析 MAGMA有效的优化和并行方法，为 MAGMA使用、优化提供有益的建议;最后本文提出了一种对于矩阵分块算法的自适应调优的方法，经过测试，对于SGEQRF函数加速比达到1.09.

关键词：异构平台线性代数软件包性能测试矩阵分解算法图形处理器高性能计算

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用于时域电磁场模拟的可扩展三维求解器

用于时域电磁场模拟的可扩展三维求解器

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2012全国高性能计算学术年会

作者： Ruifeng ZHAO 赵瑞峰 Xiaohe ZHUFU 主父笑荷 Jin XU 徐进 Xin QI 齐新 Lei YANG 杨磊 Laboratory of Parallel Software and Scientific Computing Institute of SoftwareChinese Academy of Sc 中国科学院软件研究所并行软件与科学计算实验室北京 100190 Laboratory of Linear Accelerator Institute of Modern PhysicsChinese Academy of ScienceLanzhou7300 中国科学院近代物理研究所直线加速器研究室兰州 730000

本文研究了一种用于三维时域电磁场模拟的可扩展求解器.该求解器基于非结构网格上的非连续伽辽金方法，并利用定义在四面体上的多变量拉格朗日多项式高阶节点基对单元内的电磁场进行展开.该求解器对求解区域进行了分解，以达到多进程并... 详细信息

本文研究了一种用于三维时域电磁场模拟的可扩展求解器.该求解器基于非结构网格上的非连续伽辽金方法，并利用定义在四面体上的多变量拉格朗日多项式高阶节点基对单元内的电磁场进行展开.该求解器对求解区域进行了分解，以达到多进程并行计算目的，由于非连续伽辽金算法的特性，求解器具有很好的可扩展性.本文对周期性边界条件和完美电导体边界条件下的求解过程都进行了研究，并在不同超级计算机上对求解器进行了测试，测试中用到的最大进程数目为2048.

关键词：电磁场三维模拟可扩展三维求解器麦克斯韦方程非连续伽辽金方法非结构化网格

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特征值问题的预变换方法(I):杨辉三角阵变换与二阶PDE特征多项式

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中国科学：数学 2011年第8期41卷 701-724页

作者：孙家昶中国科学院软件研究所并行计算实验室北京100190

本文提出一类求解特征值问题的下三角预变换方法,目标是通过相似变换后矩阵下三角元素平方和明显减少、且变换后的特征值及其特征向量较易求解,使变换后的对角线可作为全体特征值很好的一组初值,其作用如同对于解方程组找到好的预条件子... 详细信息

本文提出一类求解特征值问题的下三角预变换方法,目标是通过相似变换后矩阵下三角元素平方和明显减少、且变换后的特征值及其特征向量较易求解,使变换后的对角线可作为全体特征值很好的一组初值,其作用如同对于解方程组找到好的预条件子,加速迭代收敛.以二阶PDE数值计算为例,对于以Laplace方程为代表的特征波向量组及正交多项式组有广泛的应用前景.杨辉三角是我国古代数学家的一项重要成就.本文引入杨辉三角矩阵作为预变换子,给出一般矩阵用杨辉三角矩阵作为左、右预变换子时变为上三角矩阵的充要条件,给出了元素为行指标二次多项式的两个矩阵类(三对角线阵与五对角线阵)中特征值何时保持二次多项式的充要条件,并应用于构造新的二元PDE正交多项式.

关键词：特征问题预变换二阶PDE特征多项式杨辉三角矩阵

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组合松弛算法的研究与分析

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计算机工程与设计 2011年第2期32卷 554-559,563页

作者：张薇饶锴曹建文中国科学院软件研究所并行软件和计算科学实验室北京100190 中国科学院研究生院北京100049

基于Modelica语言的仿真建模往往得到的数学模型是高指标的微分代数系统,结构指标约简算法是约简此类高指标问题的一种快速算法。为了解决算法少数情况下的失效问题,深入研究和分析了一种修正算法——组合松弛算法。针对线性时不变系统... 详细信息

基于Modelica语言的仿真建模往往得到的数学模型是高指标的微分代数系统,结构指标约简算法是约简此类高指标问题的一种快速算法。为了解决算法少数情况下的失效问题,深入研究和分析了一种修正算法——组合松弛算法。针对线性时不变系统设计并实现了该算法,并通过两个具体实例表明了组合松弛算法能够有效地检测并修正结构指标约简算法的失效问题。

关键词：微分代数方程指标约简微分指标结构指标组合松弛算法

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异构平台上基于OpenCL的FFT实现与优化

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计算机科学 2011年第8期38卷 284-286,296页

作者：李焱张云泉王可赵美超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

快速傅立叶变换作为20世纪公认的最重要的基础算法之一,在大规模科学计算处理、数字信号处理、图形图像仿真等众多领域有着广泛的应用。OpenCL是首个面向异构系统通用的并行编程标准,为软件开发人员提供了统一的面向异构系统的并行编程... 详细信息

快速傅立叶变换作为20世纪公认的最重要的基础算法之一,在大规模科学计算处理、数字信号处理、图形图像仿真等众多领域有着广泛的应用。OpenCL是首个面向异构系统通用的并行编程标准,为软件开发人员提供了统一的面向异构系统的并行编程环境。首先,在异构平台Cell和GPU上使用OpenCL实现了基于2的幂一维FFT,并对其进行了测试和分析,在Cell平台上当数据规模适中时它能够达到SDK性能的65%,当数据规模继续增大时,相对性能有所降低。此外,针对Nvidia Fermi平台,手工调优了小因子的FFT,使其性能接近于CUFFT的140%。

关键词： FFT OpenCL Cell CUDA GPU 快速傅立叶变换

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基于GPU的分子动力学模拟并行化及实现

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计算机科学 2011年第9期38卷 275-278,287页

作者：费辉张云泉王可许亚武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 广州大学网络与现代教育技术中心广州510006

分子动力学模拟作为获得液体、固体性质的重要计算手段,广泛应用于化学、物理、生物、医药、材料等众多领域。模拟体系的复杂性和精确性的需求,使得计算量巨大,耗费时间长。并行计算是加速大规模分子动力学模拟的重要途径。GPU以几百GFl... 详细信息

分子动力学模拟作为获得液体、固体性质的重要计算手段,广泛应用于化学、物理、生物、医药、材料等众多领域。模拟体系的复杂性和精确性的需求,使得计算量巨大,耗费时间长。并行计算是加速大规模分子动力学模拟的重要途径。GPU以几百GFlops甚至上TFlops的运算能力,为分子动力学模拟等的计算密集型应用提供了新的加速方案。提出了一种基于GPU的分子动力学模拟并行算法——oApT-AD,并在OpenCL和CUDA框架下加以实现。性能测试显示,在Tesla C1060显卡上,该算法在OpenCL框架下的实现相对于CPU的串行实现,最高达到120倍加速比。通过对比发现,该算法在CUDA上的性能与OpenCL基本相当。同时,该算法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：分子动力学 GPU OpenCL CUDA 原子分解法

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SIMD技术与向量数学库研究

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计算机科学 2011年第7期38卷 298-301页

作者：解庆春张云泉王可李焱许亚武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 中国科学院研究生院北京100190 广州大学网络与现代教育技术中心广州510006

首先,结合Intel,AMD和IBM处理器,介绍了单指令流多数据流(SIMD)向量化技术及其各自的特点。其次,在3种平台上对各自开发的函数库中的部分向量数学函数进行了测试。结果表明,相对传统的标量计算,向量化技术带来的加速比较高,特别是Cell ... 详细信息

首先,结合Intel,AMD和IBM处理器,介绍了单指令流多数据流(SIMD)向量化技术及其各自的特点。其次,在3种平台上对各自开发的函数库中的部分向量数学函数进行了测试。结果表明,相对传统的标量计算,向量化技术带来的加速比较高,特别是Cell SDK函数,因其独特的体系结构,多个向量处理单元带来的平均加速比为10。最后,通过测试结果的对比,发现不同数学库中的向量函数之间在性能方面也存在着差异,并对差异原因进行了分析,得出性能差异主要是处理器架构和向量计算单元个数和访存等因素造成的。

关键词：向量化 SSE MMX 3DNow! SIMD

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基于OpenCL的图像模糊化算法优化研究

基于OpenCL的图像模糊化算法优化研究

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2011年全国高性能计算学术年会(HPC china2011)

作者：张樱张云泉龙国平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

现代GPU一般都提供特定硬件(如纹理部件、光栅化部件及各种片上缓存)以加速二维图像的处理和显示过程,相应的编程模型(CUDA、OpenCL)都定义了特定程序设计接口(CUDA的纹理内存,OpenCL的图像对象)便于图像应用能利用相关硬件支持。以典... 详细信息

现代GPU一般都提供特定硬件(如纹理部件、光栅化部件及各种片上缓存)以加速二维图像的处理和显示过程,相应的编程模型(CUDA、OpenCL)都定义了特定程序设计接口(CUDA的纹理内存,OpenCL的图像对象)便于图像应用能利用相关硬件支持。以典型图像模糊化处理算法在AMD平台GPU的优化为例,探讨OpenCL的图像对象在图像算法优化上的适用范围,尤其是其相对于更通用的基于全局内存加片上局部存储进行性能优化方法的优劣。实验结果表明图像对象只有在图像为四通道且计算过程中需要缓存的数据量较小时能带来较好的性能改善,其余情况采用全局内存加局部存储能获得更好性能。优化后的算法性能相对于精心实现的CPU版加速比为200-1000;相对于NVIDIA NPP库相应函数的性能加速比为1.3-5。

关键词：图像对象模糊化算法图像处理单元

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基于OpenCL的归约算法优化研究

基于OpenCL的归约算法优化研究

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2011年全国高性能计算学术年会(HPC china2011)

作者：颜深根张云泉龙国平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 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

归约算法在科学计算和图像等领域有着广泛应用,本文系统研究了在OpenCL 框架下,归约算法在 GPU上的跨平台性能优化.已有研究工作一般只侧重单个硬件架构,本文基于 OpenCL 从向量化、片上存储体冲突、线程组织方式和指令选择优化等多个... 详细信息

归约算法在科学计算和图像等领域有着广泛应用,本文系统研究了在OpenCL 框架下,归约算法在 GPU上的跨平台性能优化.已有研究工作一般只侧重单个硬件架构,本文基于 OpenCL 从向量化、片上存储体冲突、线程组织方式和指令选择优化等多个优化角度系统考察了不同优化方法在GPU 硬件平台的影响.具体以minMax函数为例对每种优化方法进行了详细的性能分析,并给出了提高性能的原因.在AMD GPU和NVIDIA GPU平台分别测试的结果表明优化后的算法在两个平台上都能实现很好的性能加速.在AMD ATI Radeon HD 5850平台上,Int和Float类型数据带宽利用最高达到了实测带宽的89％.在NVIDIA GPU Tesla C2050 平台上,性能也达到了CUDA版本的相应函数性能的1.3~1.9 倍.

关键词：归约算法跨平台性能图形处理单元统一计算架构

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自适应FFT软件包的分析

自适应FFT软件包的分析

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2011年全国高性能计算学术年会(HPC china2011)

作者：赵美超张云泉王可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 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

FFT算法在计算机科学中具有广泛的应用，自适应FFT软件包，以其良好的可移植性而备受研究人员和用户的青睐，本文通过对FFTW，UHFFT，SPIRAL这三个不同的自适应FFT软件包详细的分析，分别介绍了这三个软件包的结构和特点。通过对这三个... 详细信息

FFT算法在计算机科学中具有广泛的应用，自适应FFT软件包，以其良好的可移植性而备受研究人员和用户的青睐，本文通过对FFTW，UHFFT，SPIRAL这三个不同的自适应FFT软件包详细的分析，分别介绍了这三个软件包的结构和特点。通过对这三个软件包的对比，为用户了解和选择使用自适应FFT软件包提供了借鉴。文章在最后总结了目前自适应FFT软件包的一般方法，为下一步开发自适应FFT软件包提供了思路。

关键词：自适应FFT软件包可移植性性能测试开发模式

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