基于OpenMP的分子动力学并行算法的性能分析与优化

为提高分子动力学模拟在共享内存式服务器上的计算速度,对基于OpenMP的分子动力学并行算法(Critical方法)进行了性能分析与优化。通过在多核服务器上的测试,以及加速比和并行效率的计算分析了Critical方法的并行性能,进而提出优化的三角形方法。所提方法中每个线程所计算的粒子数固定,且粒子数目呈阶梯状上升,使得各线程能够错时到达临界区。从而使程序在临界区的闲置时间比Critical方法减半,加速比明显提高。     

多核并行技术在三维场景加载中的应用

研究一种用于三维漫游场景的多核并行加载系统。在多核计算机上采用OGRE进行场景加载,利用OpenMP实现多线程创建与同步,动态设置并行程序的线程数量。通过对一个三维山地漫游场景加载不同数量植物的实例,测试出不同线程下并行加载Mesh的时间,获得较好的加速比。实验结果表明,采用OpenMP并行技术可有效改进三维漫游场景的加载速率,加快地形场景的显示,提高绘制效率。     

基于多核CPU的并行程序在指控系统中的应用

简单介绍了多核处理器产生背景和原理,分析了多核处理器和基于多线程的并行程序设计在指控系统中的应用前景,介绍了并行应用的编程过程。最后在Microsoft Visual Studio.Net 2005环境下采用OpenMP编程实现了指控系统中一个算法的并行化,并根据多次运行给出该程序在不同线程数目下的平均耗时,验证和分析了基于多核CPU的并行程序的性能。     

多核同时多线程处理器的线程调度器设计

多核同时多线程处理器(SMT_PAAG)是用于图形、图像及数字信号处理的一种多核处理器。基于这种处理器提出了一种硬件线程调度器,该调度器采用同时多线程技术,最多可同时执行四个线程,支持八个线程阻塞模式下的快速上下文切换。这样避免了因阻塞带来的等待问题,能够有效提高处理器的工作效率和资源利用率。通过在处理器上运行图形处理算法进行性能评测。结果表明,SMT-PAAG处理器通过挖掘指令级并行和线程级并行,将处理器的性能提高了69.25%。     

时钟共享多线程处理器通信机制的设计与实现

多核多线程处理器~([1])是并行技术的一个发展方向,基于多核多线程处理器,提出了一种时钟共享多线程处理器。该处理器有近邻通信和线程间通信两种通信机制,近邻通信采用近邻共享FIFO来传递信息,线程间通信通过线程间共享存储来传递信息,这样可以提高处理器的资源利用率和并行执行能力。     

多核微机基于OpenMP的并行计算

随着四核微机走向市场和八十核处理器在实验室研制成功,多核正引领软件研发发生基础性变化。开发人员需要在代码中添加线程来利用系统所提供的多个内核,从而提升PC应用软件的功能和性能。文中探讨在多核微机上进行并行计算的实现技术。介绍了共享存储系统并行编程接口OpenMP的模型、指令和库函数,以及Intel C 编译器9.1和Microsoft Visual Studio 2005等对OpenMP的支持;着重探讨了二维离散快速傅里叶变换并行算法的设计、实现与优化技术;展望了高性能并行计算软构件库的开发前景。     

多核微机基于OpenMP的并行计算

随着四核微机走向市场和八十核处理器在实验室研制成功，多核正引领软件研发发生基础性变化。开发人员需要在代码中添加线程来利用系统所提供的多个内核，从而提升PC应用软件的功能和性能。文中探讨在多核微机上进行并行计算的实现技术。介绍了共享存储系统并行编程接口OpenMP的模型、指令和库函数，以及Intel C＋＋编译器9．1和Microsoft Visual Studio 2005等对OpenMP的支持；着重探讨了二维离散快速傅里叶变换并行算法的设计、实现与优化技术；展望了高性能并行计算软构件库的开发前景。     

多核构架下OpenMP多线程应用运行性能的研究

多核平台下,OpenMP线程在核间的动态迁移在一定程度上会导致应用程序性能的下降,如果将线程绑定在固定的核上运行,使其不再迁移,这种方法将有可能提升应用程序性能,达到充分利用多核平台的计算能力的目的。本文将介绍如何使用主流的编译器绑定接口以及Linux内核API的方式实现OpenMP线程与核之间的绑定,使用STREAM Benchmark和NPB在上海超级计算中心的"魔方"超级计算机刀片上测试、比较绑定前后的应用程序的性能。结果证明,使用绑定方案将有可能提升OpenMP应用程序的性能。     

声波数值模拟中的多核并行方法研究

波动方程数值模拟普遍存在计算量大的问题,如何根据波动方程有限差分方法的特点开展并行化方法研究是适应微机多核发展的必然趋势。结合波动方程数值模拟中的多层循环嵌套问题和OpenMP的特点,通过确定循环体并行顺序、减少串行环节、合并循环体、准确设置制导语句以及线程绑定优化等方法有助于实现微机多核的高效并行。针对波动方程特点的多核并行不仅有助于提高单机计算效率,对于提高计算机集群上常用的MPI+OpenMP混合并行效率也具有重要意义。     

共享存储环境下非平衡动力学方程组并行计算

OpenMP是现代多核机群系统采用的主要并行编程模型之一,在单CPU多核上可以获得良好的加速性能,但在整个机群系统上使用时,需要解决可扩展性差的问题.首先设计了求解非平衡动力学方程的并行算法.基于分布共享的多核机群系统,采用显式数据分布OpenMP并行计算方法,将数据进行分布式划分,分配到每个OpenMP线程,通过数据共享实现数据交换.计算结果表明显式OpenMP并行程序在保持可读性的同时,具有良好的可扩展性,在4核Xeon处理器构成的分布共享机群系统上,非平衡动力学方程组的数值并行计算可以扩展到1024个CPU核,具有明显的并行加速计算效果.     

Monte Carlo implementation of financial simulation on Cell/B.E. multi-core processor

The processor evolution has reached a critical moment in time where it will soon be impossible to increase the frequency much further. Processor designers such as Motorola, Intel and IBM have all realised that the only way to improve the FLOP/Watt ratio is to develop multi-core devices. One of the most current examples of multi-core processors is the new Sony/Toshiba/IBM Cell/B.E. multi-core processor. For the suitability to run in parallel, Monte Carlo methods are often considered embarrassingly parallel. This paper describes how a common Monte Carlo based financial simulation can be calculated in parallel using the Cell/B.E. multi-core processor. The measured performance with the achieved multi-core speed-up is also presented. With the recent availability of this increasingly available technology, financial simulations can now be performed in a fraction of the time it used to. This can also be achieved with a limited power and volume budget using commercially available technology. The main challenge with multi-core devices is clearly the programmability. The work presented here describes how this challenge could be dealt with.A basic MPI library has been developed to handle the partitioning and communication of data. The thread creation follows a POSIX thread creation model. MPI together with POSIX make the application portable in between various multi-processor systems and multi-core devices. The conclusions made indicate that a function offload MPI implementation on the Cell/B.E. multi-core processor can efficiently be used to speed-up the Monte Carlo solution of financial simulations. The conclusions made herein are also applicable to other situations where an algorithm can be easily parallelized.     

基于异构感知静态调度与动态迁移的异构多核调度机制

异构多核处理器体系结构可以有效减少功效开销,是处理器发展的趋势,负载不平衡问题会造成处理器执行的不稳定。提出一种基于异构感知的静态调度和动态线程迁移相结合的异构多核调度机制,解决了不同核之间的负载平衡问题,提高了吞吐量。仿真实验通过将此调度机制与静态调度策略（SS）比较,表明该机制提高了异构多核处理器的性能并保证了执行过程的稳定性。     

连通域标记并行算法在多核处理器上的设计和实现

为满足全方位视觉运动目标检测跟踪系统中检测和跟踪实时性的要求,采用多核程序设计和并行处理技术,对系统中连通域标记算法,重新进行了设计和实现。为解决由图像分割造成的连通域的分离,应用边界处的游程码,将两个不同任务块中分割处的连通域合并成一个连通域。最后通过实验证明该并行算法比传统算法在多核处理器上运行更快,更好地解决了多核处理器饥饿问题,让多核处理器发挥了更高的效率。     

多核环境下的图像分割并行算法研究

对多核环境下的图像分割并行算法进行研究,在基于正交小波分解的多分辨率图像锥中引入模糊C-均值(FCM)算法,采用OpenMP语言设计P-FCM多核并行模型,并给出该模型的算法实现步骤。在对初始图像数据预处理时,采用矩形块数据分割法进行图像分块,将分块后的子图像数据作为并行运算时的输入数据由主线程分给不同的处理器。实验结果表明,在处理较大图像时,该算法效率较高。     

Asynchronous migration for parallel genetic programming on a computer cluster with multi-core processors

An island model is a typical implementation of genetic programming on parallel computers with distributed memory. The island model has a migration facility that sends/receives some individuals in an island to/from another island to maintain diversity. The island model requires synchronization to migrate same-generation individuals between islands, and this synchronization causes an increase in computation time. This article proposes a new parallel genetic programming implementation based on the island model with asynchronous migration. Most recent computers are equipped with one or more multi-core processors, and are suitable for multi-threading. Therefore we employ a communication thread for migration between islands. The communication thread on a processor communicates with the communication thread on another processor to migrate individuals at appropriate intervals. Since the migration and other genetic operations can be independently processed on each core, and since we allow the exchange of individuals of different generations, no synchronization is needed in our implementation. In addition, a fitness calculation is also executed in parallel by the remaining cores. Experimental results show that the proposed method can reduce the computation time to about 17% in serial GP by using 40 threads.     

基于多核并行的海量数据序列模式挖掘*

为了在多核处理器上充分利用多核资源以提升挖掘性能,提出了一种动态与静态任务分配机制相结合的基于多核的并行序列模式挖掘算法。该算法采用数据并行与任务并行相结合的策略,在各处理器核生成局部序列模式后,再与其他处理器核协同,以最终获得所有的全局序列模式。算法通过并行局部归约技术消除了局部序列的重复生成与计算,并可结合静态与动态任务分配机制解决处理器的负载不均衡问题。理论分析和实验都证实了该算法可有效利用多核计算平台及多核体系结构优势,具有较高的运行效率和加速比。     

基于线程流水线的多核线程调度策略

针对多核环境中操作系统的线程调度问题,提出一种基于线程流水线的线程调度策略。基于片上多线程处理器,借鉴流水线技术的并行优势,引入线程流水线的概念。通过确定线程特征指标,计算线程流水线的聚合度及对应线程的吻合度,从而完成线程调度,并在此基础上对其进行嵌入式方向的优化。模拟真实环境的实验结果表明,与基于静态优先级的调度策略相比,该策略消耗时间较少。     

多核处理器并行程序的确定性重放研究

多核处理器并行程序的确定性重放是实现并行程序调试的有效手段,对并行编程有重要意义。但由于多核架构下存在共享访存不同步问题,并行程序确定性重放的研究依然面临多方面的挑战,给并行程序的调试带来很大困难,严重影响了多核架构下并行程序的普及和发展。分析了多核处理器造成并行程序确定性重放难以实现的关键因素,总结了确定性重放的评价指标,综述了近年来学术界对并行程序确定性重放的研究。根据总结的评价指标,从纯软件方式和硬件支持方式对目前的确定性重放方法进行了分析与对比,并在此基础上对多核架构下并行程序的确定性重放未来的研究趋势和应用前景进行了展望。     

龙芯3号处理器多核虚拟化技术

MIPS 处理器是精简指令集（RISC）处理器中的一个重要代表,通常应用于嵌入式系统中.近年来,随着MIPS处理器性能的大幅度提升,其应用渐渐扩展到了高性能服务器领域.龙芯3号处理器是MIPS架构的典型代表.在目前的服务器研究领域中,多核技术是一项重要的技术指标,而虚拟化技术是另一项重要的技术指标.当前,虽然虚拟化技术得到了快速发展,但是龙芯3号处理器上的虚拟化技术却鲜有成果.基于龙芯3号处理器的多核虚拟化技术面临许多问题,虚拟多核架构结构复杂、核间通信方式难以模拟等都会为龙芯3号处理器上的多核虚拟化带来困难.分析了多核龙芯3号处理器的硬件结构以及物理多核的核间中断通信方式,在此基础上介绍了龙芯3号处理器上多核虚拟化关键技术.主要在多核处理器虚拟化总体架构设计、虚拟多核结构设计以及虚拟多核的核间通信方式等方面进行了讨论.实验的结果表明,在龙芯3号处理器上,该多核虚拟化方法具有良好的效果.