海洋模式LICOM的MIC并行优化

LICOM是中国科学院大气物理研究所开发的全球海洋环流模式,广泛应用于海洋研究和气候预测。随着分辨率的提高,LICOM对计算的要求呈几何级数的增长。多核或众核已成为当前主流的高性能计算体系结构,原LICOM程序只使用了MPI并行,无法发挥混合架构的高性能。本文介绍了如何在分析LICOM特征基础之上,应用OpenMP及其它优化手段对LICOM进行MIC移植和并行优化,详细介绍了模式优化的实现过程。并通过数值试验证明了优化前后的计算效果有一定提高。     

基于CUDA 的体数据可视化工具

GPU的可编程性和并行计算能力的飞速发展为可视化提供了新的解决途径。基于支持CUDA的GPU,利用光线投射,实现了一个可以对体数据进行交互式可视化的工具,包括阻光度融合、等值面绘制、MIP绘制以及X光线投影等多种绘制效果,并加入了Phong光照模型以提高阻光度融合和等值面绘制的图像质量。实验表明,该工具较好的利用了GPU的并行计算能力,能够绘制出较高质量的图像,并具有良好的可交互性和可扩展性。     

高性能计算环境中间件的优化设计与实现

步入大数据时代之后,致力于解决大规模科学计算问题的高性能计算,得到越来越广泛的关注与应用。随着高性能计算机制造产业蓬勃发展,具有每秒上亿亿次浮点运算速度的高性能计算集群对高性能计算环境中间件的性能提出了更高的要求。现有的高性能计算环境中间件中,资源信息服务无法满足海量信息快速更新的需求。为了提高高性能计算环境中间件的性能,通过借鉴ETL技术,将资源信息传输方式优化为信息同步模式。优化后的信息同步模式在处理2000条作业状态更新时,延迟时间缩短90%、系统负载降低98%、网络连接数减少90%,为系统维护人员、环境用户带来更好的用户体验。     

面向异构计算的高性能计算算法与软件

研发适应国产异构计算环境的高性能计算算法与软件是非常重要的课题,对我国高性能计算软件研发匹配高性能计算硬件高水平发展的速度具有重要意义.本文首先简要介绍高性能计算应用软件的现状、趋势和面临挑战,并对几类典型高性能计算应用软件开展并行计算算法特征分析,涵盖了宇宙N体模拟、地球系统模式、计算材料相场动力学、分子动力学、量子计算化学和格点量子色力学等多个问题、尺度和领域.其次,我们讨论了面向国产异构计算系统的对策,提炼出若干典型应用算法和软件的共性问题,涉及核心算法、算法发展、优化策略等.最后,本文面向异构计算体系结构对高性能计算算法与软件进行了总结.     

多节点系统异常日志流量模式检测方法

随着国家高性能计算环境各个节点产生日志数量的不断增加,采用传统的人工方式进行异常日志分析已不能满足日常的分析需求.提出一种异常日志流量模式的定义方法：同一节点相同时间片内日志类型的有序排列代表了一种日志流量模式,并以该方法为出发点,实现了一个异常日志流量模式检测方法,用来自动挖掘异常日志流量模式.该方法从系统日志入手,根据日志内容的文本相似度进行自动分类.然后将相同时间片内日志各个类型出现的次数作为输入特征,基于主成分分析的异常检测方法对该输入进行异常检测,得到大量异常的日志类型序列.之后,使用基于最长公共子序列的距离度量对这些序列进行层次聚类,并将聚类结果进行自适应K项集算法,以得出不同异常日志流量模式的序列代表.将国家高性能计算环境半年产生的日志根据不同时间段（早、晚、夜）使用上述方法进行分析,得出了不同时间段的异常日志流量模式和相互关系.该方法也可以推广到其他分布式系统的系统日志中.     

国内大型超算中心系统及应用发展态势比较分析

超级计算机系统的计算能力与高性能计算的应用水平作为国内外超级计算发展的重要标杆,已日愈受到高度关注和重视,本文主要从超级计算机系统建设和高性能计算应用两方面,对国内几个具有代表性的大型超算中心的发展态势进行比较分析,探讨促进我国大型超算中心可持续发展的相关问题与建议。     

四种肿瘤体细胞单核苷酸突变检测方法的比较

随着高通量测序成本的不断降低,基于DNA测序技术的肿瘤基因组研究已经成为揭示肿瘤分子机制的主流方法,并在临床诊断和治疗中逐渐得到应用。肿瘤体细胞单核苷酸突变变异 (single nucleotide variant, SNV) 作为最简单的一种基因变异类型,其检测会受到家系多态性、肿瘤异质性、测序和分析误差等多个因素的影响,从而导致一些假阳性的结果。目前,已有一些基于肿瘤基因组测序数据的体细胞 SNV 检测软件,如 Varscan2,Mutect2,Strelka,SomaticSniper 等。本文选取四种典型的检测方法,对每种方法的检测原理进行研究,并使用 ICGC-TCGA 提供的全基因组数据,对上述四种变异检测软件进行测试。参照每种方法的分析流程,获得每种方法识别的候选变异位点集,并与真实的变异位点集合进行比较,分析每种算法的优缺点,从而为研究人员使用这些方法提供指导。     

基于通信优化的Infiniband集群MPI作业加载*

针对如何缓解Infiniband集群中因通信冲突引起的MPI程序性能下降问题进行了研究,从系统管理的角度出发,提出了通过改变进程映射来优化MPI作业加载方案从而优化应用程序通信性能的方法,设计了用于评价MPI作业加载方案的通信性能损失系数（CPLR）指标,基于模拟退火算法设计了优化加载方案的搜索算法,并对所提出的指标和算法进行了实现和测试。测试结果表明,经过优化加载后的MPI程序在通信性能上有一定程度的提高。     

一种Fortran到CUDA C的转换方法

基于GPU的异构计算逐渐成为主流计算方法,但限于科学计算编程的历史发展,大量的数值计算软件仍以Fortran语言实现.为了提高计算速度,大量的软件需要移植为CUDA C,但人工实现程序移植是一项浩繁的工程.若能实现从Fortran到CUDA C的自动转换,可以极大的提高程序开发效率.本文设计了将Fortran转换为CU...     

GPU集群下第一原理非局部映射势能计算

平面波赝势密度泛函（PWP-DFT）计算是材料计算中应用最广泛的方法,其中映射计算是PWP-DFT方法求解自洽迭代中重要的一部分。针对映射势能计算成为软件加速的瓶颈,提出了针对该部分的图形处理器(GPU)加速算法,其中考虑GPU的特点:1）使用了新的并行机制求解非局部映射势能;2）重新设计了数据分布结构;3）减少内存的使用;4）提出了一种解决算法中数据相关问题的方法。最终获得了18~57倍加速,使每步分子动力学模拟最终降为12s。详细分析了该模块在GPU平台上的测试时间,同时对该算法在GPU集群上的计算瓶颈进行了讨论。