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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飞行器生成式气动设计研究进展与展望

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航空学报 2025年

作者：林杰唐志共钱炜祺王岳青张鹏徐炜遐刘杰国防科技大学计算机学院空天飞行空气动力科学与技术全国重点实验室中国空气动力研究与发展中心国防科技大学高端装备数字化软件重点实验室国防科技大学并行与分布处理重点实验室

生成式模型技术作为深度学习领域发展最为迅速的方向之一，在计算机视觉等领域取得巨大成功，也为空气动力学等科学领域研究提供了新的模式和方法。本文聚焦生成式模型在飞行器气动设计领域研究进展，系统总结近年来相关研究成果。首先... 详细信息

生成式模型技术作为深度学习领域发展最为迅速的方向之一，在计算机视觉等领域取得巨大成功，也为空气动力学等科学领域研究提供了新的模式和方法。本文聚焦生成式模型在飞行器气动设计领域研究进展，系统总结近年来相关研究成果。首先，建立了包含“表示—生成—评估”三个环节的飞行器生成式气动设计框架；而后，针对气动布局表征、生成式气动布局生成和设计质量评估等环节技术发展现状和涉及的关键技术问题分别进行梳理和深入讨论；其次，简要介绍了气动数据构造方法和典型气动数据集，为开展生成式气动设计提供数据支撑；最后，结合气动设计需求和大模型技术在气动设计领域研究趋势，对发展融合型生成式模型架构、构建气动设计大模型和领域智能体、建立生成式气动设计质量综合评估体系、生成式气动设计模型领域知识融入等未来重点发展方向进行展望。

关键词：气动布局设计生成式模型气动布局表征气动性能评估

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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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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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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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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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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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数学物理方程离散特征值问题的几何网格因式分解算法

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计算数学 2022年第4期44卷 433-465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

本文提出求解数学物理方程大型离散特征值问题的几何网格预变换块因式分解算法(简称GPA算法)通过长期研究我们发现:结构化网格矩阵G满足幂等方程G^(m)=I_(N),(m<N=dim(G)),故可在实数域或复数范围内进行因式分解;且G与有限元刚度矩阵... 详细信息

本文提出求解数学物理方程大型离散特征值问题的几何网格预变换块因式分解算法(简称GPA算法)通过长期研究我们发现:结构化网格矩阵G满足幂等方程G^(m)=I_(N),(m并行是我们算法的计算数学基础。本文以正三角形、方形、平行六边形及正十七边形等结构化网格为例,特别是详细分析了六边形上的离散特征值异步并行算法及程序实现细节.文后附有若干2-3万阶量级离散矩阵特征值的桌面电脑数值计算例子(正三角形与方形网格,串行加速比分别为3-4倍),符合本文算法分析得出的“几何网格预处理的并行度与正多边形边数成正比”的结论.这类几何网格因式分解算法原则上可推广到三维乃至高维数学物理方程离散特征值计算问题,也可用于大型线性方程组的高效并行求解.

关键词：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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二维等谱问题研究的计算数学框架

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计算数学 2017年第3期39卷 229-286页

作者：孙家昶张娅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

等谱问题是数学、物理诸学科关注的一个热点问题,本文总结并诠释了二维等谱问题的内在计算数学性质与规律:利用镜像反演讨论等谱对的几何结构(不等距而谱相等);把一般文献中假定的特殊三角形扩展到一般的三角形或者矩形;研究特征函数的... 详细信息

等谱问题是数学、物理诸学科关注的一个热点问题,本文总结并诠释了二维等谱问题的内在计算数学性质与规律:利用镜像反演讨论等谱对的几何结构(不等距而谱相等);把一般文献中假定的特殊三角形扩展到一般的三角形或者矩形;研究特征函数的正交结构,把特定的Laplace等谱问题扩展到一般零边值的二阶线性椭圆算子等谱问题.指出合理的粗网格对于研究等谱问题及其计算的重要性:两个连续问题等谱成立的充分必要条件是存在自然粗网格使其离散问题谱相等.文中给出的数值例子与特征值近似逼近验证了相应的结论,所用的方法原则上可用于研究三维乃至高维的PDE等谱问题.

关键词： PDE特征值问题节点线等谱问题镜像反演结构化网格移植矩阵

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