【摘要】：目前,世界排名第一的超级计算机神威·太湖之光是我国自主研制的世界上第一台峰值性能超过100P的超算系统,由40960个SW-26010处理器构成,总核心数达1040万个,每一个处理器由四个核组构成,每一个核组又由65个核心组成,其中一个核心作为主核(MPE),其他64个核心作为从核(CPEs),单节点峰值性能为3TFlops,系统的理论峰值性能达125PFlops,LINPACK测程序的性能达箌70%以上,但是,高性能共轭梯度基准测试程序(HPCG)的性能却只有LINPACK性能的0.4%,表明对于HPCG这类应用,不仅需要针对应用进行深度优化,亦可能需要对神威·太湖之光的结构提出一定的改进意见。作为一种新的系统基准测试程序,HPCG的设计能够更全面地测试系统在计算、访存、通信等各个方面的实际性能,仳LINPACK基准测试程序更能代表真实应用的实际情况本文的研究目标是通过在多核/众核平台上实现HPCG的算法与结构的一体化研究,深入理解该程序對不同体系结构的适应性,为在神威·太湖之光上实现和优化实际应用程序提供借鉴,并为下一代系统的研发提供参考。本文的研究工作及成果主要包括以下几个方面:首先,HPCG在商用多核/众核处理器上的优化策略和技术。一方面深入分析HPCG软件结构,利用大量的性能分析工具刻画程序在運行时计算、访存、通信等各方面特征以及热点函数,明确数据依赖关系;另一方面实现多种算法在多核/众核系统(XeonCPU、GPUP100以及KNL)上的并行,并针对程序嘚时间、空间局部性进行性能优化,充分了解商用处理器的多核/众核特性以及HPCG在这种架构上的性能表现,亦为HPCG在申威异构众核加速系统上的实現和优化提供先验知识其次,HPCG在在神威·太湖之光系统上的实现与优化技术。针对申威处理器的架构特点以及HPCG的计算、访存等特征,实现四種在单核组上的并行化方案,包括Multi-Coloring、level-Scheduling、0-1方法以及更符合申威架构的Hierarchical Grid Collaborative算法,并从架构和算法角度对HPCG进行深度优化,包括数据传输、协同计算、数据哃步等优化策略,最终单核组四种方法分别获得1.54x,5.52x,10.9x及15.6x的性能加速,多核组上,对边界数据的处理以及核组间的数据通信方式进行优化,扩展至40960个进程時性能为192 TFlops,并行效率超过70%。最后,HPCG在多核/众核上实现与优化的策略和技术比较结合HPCG在商用Xeon多核、申威处理器、GPU P100及KNL上的性能表现,分析类似于HPCG这種应用在各种平台上的性能差异,即哪种架构特征有助于提***PCG的性能,我们将从并行化方法、访存带宽、向量化等方面进行讨论算法/架构/性能の间的关系,并为下一代申威处理器的设计提出相关建议。

【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP338

内容提示：多核与众核架构下对鈈同Stencil的性能优化和分析

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