高性能计算中处理器功耗特征的评测与分析

高性能计算系统的系统结构和应用模式与单机系统或商用机群服务器系统都有很大的不同,掌握功耗特征是提高能效的前提。本文将支撑功耗管理的低功耗技术分为动态资源休眠和动态速率调节两类,并就处理器的这两类机制在高性能计算中的应用进行评测,验证了功耗管理在高性能计算中的有效性,量化分析了处理器功耗特征,指出了当前管理方案的不足及改进设想,对进一步能耗优化有重要的指导意义。     

大规模计算系统故障特征及容错机制分析

本文围绕国内外若干大规模计算系统的运行稳定性状况展开调研:首先根据若干典型系统的故障数据,从故障模式、故障特征方面对目前实际生产性系统的稳定性进行分析;然后,在总结目前系统级容错研究思路的基础上,分析了未来更大规模计算系统容错机制的挑战及可能的解决方案。     

迭代方法中基于渐近规模的通信与计算比分析

迭代方法是科学计算中求解大规模稀疏线性代数方程组最常用的方法.大量实际应用表明,迭代方法通常具有较高的通信与计算比,只有在粗粒度并行下才能取得较好的并行可扩展性能.而实际应用大规模计算的需求和当前多核/众核体系结构的发展趋势要求迭代方法具备细粒度并行可扩展能力.文中引入渐近规模,即满足加速条件的计算规模下界,来反映并行迭代方法适应细粒度并行的能力,并由此刻画通信与计算比.基于矩阵的稀疏模式及其通信模式、机器的通信参数和迭代方法的基本运算,给出了渐近规模的理论预测公式.在一台包含128个双路4核计算节点的并行机上,分别基于纯进程并行(MPI)和进程/线程混合并行(MPI/OpenMP),以实际应用中3种常用迭代方法Jacobi、CG、BiCGSTAB为例,分析其渐近规模.并行可扩展性测试表明了渐近规模用于刻画迭代方法通信与计算比的准确性.对于纯进程情形,给出了渐近规模的理论预测与实际测试的对比,表明了理论预测结果的正确性.最后,基于这些结果,从迭代方法的算法设计和并行实现等方面讨论了面向未来更大规模的计算系统,降低通信与计算比的途径.     

LUNF--基于节点失效特征的机群作业调度策略

良好的可扩展性使得人们可通过扩大机群系统的规模来达到所需要的计算能力,但随着机群系统节点数目的增多,节点失效对机群系统性能的影响已经成为大规模机群系统使用过程中一个不可回避的问题．机群作业调度作为机群操作系统软件的重要组成部分,完成高效资源管理与合理作业调度,机群作业调度系统功能上可分为作业选取策略和节点分配策略两部分．结合机群系统节点失效的特征,提出了正常运行时间最长节点优先(longest uptime node first,LUNF)的节点分配策略．仿真结果表明,相对于节点随机分配策略,LUNF策略的作业平均响应时间与作业平均slowdown降低10％左右．     

检查点系统中进程地址空间的优化存储策略

机群系统的规模增大,部件增多,导致了机群的组合错误率也不断上升。节点失效使运行于机群节点上的作业面临中途失败,从而造成巨大的资源浪费,甚至导致大量的作业无法完成。检查点系统为节点提供了较好的容错性能,因此成为机群操作系统软件的重要组成部分。进程的地址空间是检查点系统需要记录的一部分重要内容,对它的存储效率直接影响检查点操作的性能。论文提出了两种检查点系统中进程地址空间的优化存储策略。其中组合式检查点文件写策略解决了并发写机制在应用内存接近物理内存时的性能突降问题,A-O(Access-Order)进程地址空间存储策略调整传统地址空间的存储顺序,使大内存应用的检查点操作性能得到了大幅度提升。在实验中,A-O进程地址空间存储策略最高可以将传统的存储策略的时间开销缩减至原来的50%。     

科学计算应用程序单核指令级优化研究

尽管高性能计算机性能提升越来越快,但科学计算应用程序获得同步的性能提升是很困难的.提高科学计算应用程序的执行性能,需要依照高性能计算机体系结构的特点进行针对性的优化,其中单核指令级优化是科学计算应用程序性能优化的重要方面之一.以基于JASMIN(J adaptive structured meshes applications infrastructure)框架实现的Euler程序为例,探讨了科学计算应用程序在Intel Xeon微处理器平台上的具体性能问题和指令级并行性能优化方法,并较大幅度地优化了Euler程序的单核性能.程序优化后,二维和三维两个物理模型计算的总运行时间比优化前减少了21%～34%,核心模块Gas1dapproxy的执行时间缩短了50%以上.性能优化实验表明：流水线效率已成为影响科学计算类实际应用程序计算效率的重要因素,需要通过降低计算语句的依赖度、减少长延迟计算数量等方法予以改进.     

系统噪音影响的量化分析

尽管系统噪音对单个进程的影响有限,但对于大规模并行程序性能的影响不容忽视.提出一种基于并行程序计算-通信特征的噪音影响定量评估方法FWQ-MPI,并给出噪音影响的4个量化指标.选取求解稀疏线性代数方程组的3种迭代方法作为研究对象,抽取迭代方法的计算、同步通信特征形成微测试程序;在实际系统上的测试数据明确了系统噪音对并行程序性能的影响机理,并得到系统噪音对并行程序性能影响的若干规律:1)BSP并行程序运行过程中,系统噪音量比例不大,约为2％～6％;2)但系统噪音对BSP并行程序的性能有着较大的影响(当并行规模在1024,2048,4096时,噪音影响比例约为30％～70％);3)其影响随着并行程序规模的扩大而增加,随着2次同步通信间隔内计算量的增加而降低;4)系统噪音的影响主要体现在BSP并行程序的“实际计算通信时间比”要远小于“理想计算通信时间比”.     

一种面向构件化并行应用程序的性能骨架分析方法

性能骨架分析技术通过刻画并行应用程序的程序结构,为并行应用程序性能建模提供输入,是大规模并行应用程序性能分析、性能优化的基础.文中针对数值模拟领域中的一类构件化并行应用程序,在面向通用程序二进制文件的动静态结构分析技术的基础上,提出并实现了一种基于"构件-循环-调用"关系树(Component-Loop-Call-Tr...     

超级计算机作业运行稳定性分析

通过作业日志分析和考核实验方式,对超级计算机并行作业运行稳定性进行了分析。日志分析结果表明,并行作业运行的稳定性会随作业执行时间的增长、作业使用CPU数的增多而下降;当并行作业的计算量达到105CPU小时量级,超过20%的作业会因系统故障而中止。考核实验结果表明,使用数千CPU的并行作业很容易受到多种因素的干扰而中止,很难持续运行超过24小时。最后给出了有关超级计算机稳定性改进、系统管理使用和并行程序研制的几点建议。