WKBZ简正波模型混合并行计算方法研究

针对水声传播模型的计算量大,难以满足实时化、精细化水下声传播信息保障需求的难题,基于MPI+OpenMP混合并行编程方法,开展了WKBZ简正波模型混合并行计算方法研究,实现了水下声场2级混合并行计算。该方法通过节点间消息传递、节点内内存共享的方式,有效克服了MPI并行编程模型通信开销大和OpenMP并行编程环境可扩展性差的缺点,较好地解决了水下声传播快速计算的问题。测试结果表明,该方法能够较好地利用SMP集群节点间和节点内多级并行机制,充分发挥消息传递编程模型和共享内存编程模型各自的优势,大幅降低MPI进程间通信带来的时间开销,有效提升程序的可扩展性和并行效率。     

基于Docker的MPI和OpenMP混合编程

针对当前搭建集群并行系统复杂且耗时等问题,提出基于Docker搭建并行系统。介绍轻量级虚拟化技术Docker的核心概念和基本架构,并基于Docker技术在Linux平台上搭建集群并行开发环境。简要阐述并行计算的思想,叙述MPI和OpenMP并行计算的基本概念和特点,针对矩阵并行乘法的算法建立MPI和OpenMP的混合编程模型,并给出混合编程模型与MPI并行编程模型以及OpenMP并行编程模型的性能对比,分析出现差异的原因。基于该混合编程模型比较Docker与传统物理机两者搭建的并行系统的并行效率。     

大规模结构有限元分析程序在多核集群计算环境中的性能分析和优化

通过对基于MPI编程模型实现的开源有限元计算分析软件在多核集群计算平台中的程序性能的分析,找出程序瓶颈及其原因,实现了基于MPI编程模型的并行程序在多核计算环境中的性能优化。根据程序性能瓶颈的分析,提出了基于MPI/OpenMP混合并行编程模型的大规模线性/非线性方程组求解和多线程多进程同时进行消息通信的两种程序性能优化方案。不同计算规模的实验结果表明,在多核集群计算平台中,MPI/OpenMP混合编程模型实现的大规模非线性方程组求解器相对于单纯基于MPI编程模型实现的并行程序,其性能有2倍到3倍的提升;多线程多进程同时消息传递的优化方案虽然对程序能够起到性能优化作用,但是对解决程序消息通信瓶颈的问题不是最好的方法。两个方案总体性能分析结果表明,基于MPI/OpenMP混合编程模型实现的并行程序,在多核集群计算平台中能够更好地发挥硬件系统的计算能力。     

基于SMP集群的多层次并行编程模型与并行优化技术*

详细描述了适用于SMP集群这种多层次并行体系结构的混合并行编程模型MPI／OpenMP,它提供了实现SMP节点间和节点内多层次并行的机制。在此基础上结合实用的性能评价方法,分别介绍了MPI,OpenMP和单处理器三个层次上的一些常用和有效的并行优化技术,并指出单处理器性能优化是提高并行程序性能一个不容忽视的问题。     

基于SMP集群系统的并行编程模式研究与分析

并行计算技术是计算机技术发展的重要方向之一,SMP与集群是当前主流的并行体系结构。当前并行程序设计方法主要采用基于消息传递模型的MPI和基于共享存储模型的OpenMP,两种编程模式各有特点和适用范围。对SMP集群以及MPI和OpenMP的特点进行了分析,介绍了在SMP集群系统中利用MPI和OpenMP混合编程的可行性方法。     

基于SMP集群系统的并行编程模式研究与分析

并行计算技术是计算机技术发展的重要方向之一，SMP与集群是当前主流的并行体系结构。当前并行程序设计方法主要采用基于消息传递模型的MPI和基于共享存储模型的OpenMP，两种编程模式各有特点和适用范围。对SMP集群以及MPI和OpenMP的特点进行了分析，介绍了在SMP集群系统中利用MPI和OpenMP混合编程的可行性方法。     

CUDA、MPI和OpenMP三级混合并行模型的研究

采用CUDA+MPI+OpenMP的三级并行编程模式,实现节点间的粗粒度并行,节点内的细粒度并行以及将GPU作为并行计算设备的CUDA编程模型.这种新的三级并行混合编程模式为SMP机群提供了一种更为高效的并行策略.本文讨论了三级并行编程环境的快速搭建以及多粒度混合并行编程方法,并在多个节点的机群环境中完成测试工作.     

基于SMP集群的混合并行编程模型研究

提出一种适用于SMP集群的混合MPI＋OpenMP并行编程模型。该模型贴近于SMP集群的体系结构且综合了消息传递和共享内存2种编程模型的优势,能获得较好的性能。讨论该混合模型的实现机制以及MPI消息传递模型的特点。实验结果表明,在一定条件下,该混合并行编程模型是SMP集群的最优选择。     

GRAPES四维变分同化系统MPI和OpenMP混合算法研究

本文阐述了MPI和OpenMP的编程模式,并在此基础上利用MPI和OpenMP混合并行的方式,即:在节点内应用OpenMP共享存储、在节点间应用MPI进行消息传递的模式,对我国自行研发的数值天气预报系统GRAPES(Global/Regional Assimilation and Prediction Syste)进行测试,。结果表明,混合并行算法比原来的单纯的MPI模式有更加理想的并行效率和加速比。     

混合并行技术在激光化学反应模拟中的应用

为提高激光化学反应模拟效率,在半经典分子动力学模拟中引入混合并行技术和双层并行思想。基于MPI+OpenMP混合模型设计并实现激光化学反应双层并行模拟算法,上层基于MPI实现节点间的原子分解并行,下层基于OpenMP实现节点内的多线程矩阵并行乘法。在SMP集群中测试表明,模拟大分子体系激光化学反应并行效率可达60%以上。因此,应用混合并行技术可有效提高激光化学反应模拟效率。     

GRAPES动力框架中大规模稀疏线性系统并行求解及优化

赫姆霍兹方程求解是GRAPES数值天气预报系统动力框架中的核心部分,可转换为大规模稀疏线性系统的求解问题,但受限于硬件资源和数据规模,其求解效率成为限制系统计算性能提升的瓶颈。分别通过MPI、MPI+OpenMP、CUDA三种并行方式实现求解大规模稀疏线性方程组的广义共轭余差法,并利用不完全分解LU预处理子（ILU）优化系数矩阵的条件数,加快迭代法收敛。在CPU并行方案中,MPI负责进程间粗粒度并行和通信,OpenMP结合共享内存实现进程内部的细粒度并行,而在GPU并行方案中,CUDA模型采用数据传输、访存合并及共享存储器方面的优化措施。实验结果表明,通过预处理优化减少迭代次数对计算性能提升明显,MPI+OpenMP混合并行优化较MPI并行优化性能提高约35%,CUDA并行优化较MPI+OpenMP混合并行优化性能提高约50%,优化性能最佳。     

面向嵌入式多核的OpenMP扩展方法

为多核平台开发一种有效的编程方法已经成为并行软件研究的一个重要目标.在嵌入式多核平台上进行了OpenMP并行程序的有效的实施运行.针对嵌入式具有有限内存资源的特点,提出了通过扩展OpenMP自定义制导语句tiling来提高并行程序在嵌入式多核平台上的运行效率.扩展后的OpenMP并行程序支持循环分片,从而能够充分利用层...     

基于OpenMP/MPI并行编程模型的N体问题的优化实现

多核集群的层次化并行编程模型一直是高性能计算的研究热点。以SMP集群为例,从硬件上可分为节点间和节点内的两层架构。阐述了层次化并行编程的实现技术,针对N体问题算法进行了基于Hybrid并行编程模型的并行化研究。提出了一种块同步MPI/OpenMP细粒度N体问题的优化算法。基于曙光TC5000A集群,将该算法与传统的N体并行算法进行了执行时间与加速比的比较,得出了几句总结性具体论述。     

基于多核微机的微粒群并行算法

提出了一种基于Logistic模型的惯性权重非线性调整策略,采用OpenMP多线程编程,在微机上实现了微粒群算法的多核并行计算。通过对BenchMark测试函数集中的5个函数进行测试,试验结果表明,采用基于Logistic模型的惯性权重非线性调整策略在算法成功率和收敛代数都优于线性调整策略,而基于OpenMP的微粒群多核并行计算使得计算速度得到提高。     

WAPM:适合广域分布式计算的并行编程模型

早期的MPI与OpenMP等编程模型由于扩展性限制或并行粒度的差异而不适合于大规模的广域动态Internet环境.提出了一个用于广域网络范围内的并行编程模型(WAPM),为应用的分布式计算的编程提供了一个新的可行解决方案.WAPM由通信库、通信协议和应用编程接口组成,并且具有通用编程、自适应并行、容错性等特点,通过选择合适的编程语言,就可形成一个广域范围内的并行程序设计环境.以分布式计算平台P2HP为工作平台,描述了WAPM分布式计算的实施过程.实验结果表明,WAPM是一个通用的、可行的、性能较好的编程模型.     

VCluster: a thread‐based Java middleware for SMP and heterogeneous clusters with thread migration support

Clusters, composed of symmetric multiprocessor (SMP) machines and heterogeneous machines, have become increasingly popular for high‐performance computing. Message‐passing libraries, such as message‐passing interface (MPI) and parallel virtual machine (PVM), are de facto parallel programming libraries for clusters that usually consist of homogeneous and uni‐processor machines. For SMP machines, MPI is combined with multithreading libraries like POSIX Thread and OpenMP to take advantage of the architecture. In addition to existing parallel programming libraries that are in C/C++ and FORTRAN programming languages, the Java programming language presents itself as another alternative with its object‐oriented framework, platform neutral byte code, and ever‐increasing performance. This paper presents a new parallel programming model and a library, VCluster, which implements this model. VCluster is based on migrating virtual threads instead of processes to support clusters of SMP machines more efficiently. The implementation uses thread migration, which can be used in dynamic load balancing. VCluster was developed in pure Java, utilizing the portability of Java to support clusters of heterogeneous machines. Several applications are developed to illustrate the use of this library and compare the usability and performance of VCluster with other approaches. Copyright © 2007 John Wiley & Sons, Ltd.     

SGI系统上星载SAR并行成像算法

对星载合成孔径雷达(SAR)并行处理算法在分布式共享存储器(DSM)HPC平台下的实现作了深入研究，对比了用消息传递和OpenMP两种并行编程模型实现的并行方案，在此基础上提出了基于进程的共享变量并行模型。这种模型克服了前两种模型的缺点，经过实验测试和实际SAR成像应用，证明是一种高效、稳定的并行方案。     

机群OpenMP系统的设计与实现

OpenMP以其易用性和支持增量并行的特点成为共享存储体系结构的编程标准．目前机群系统已成为高性能计算的主流平台,研究机群OpenMP系统对推进并行应用的开发和普及非常有意义．该文作者以软件DSM系统JIAJIA作为OpenMP的运行时系统,结合一个前端编译器OMP2JIA,在机群系统上实现了OpenMP／JIAJIA计算环境,同时在提高性能方面根据机群系统特点扩展了OpenMP制导,优化了后端运行时库。通过11个OpenMP应用,作者比较了该计算环境和一个支持OpenMP的硬件cc-NUMA系统(SGI 2100)的性能．结果表明,作者的机群OpenMP系统的7机平均加速比为4．62;SGI 2100系统为4．55,二者性能相当．     

多层次并行体绘制算法的研究与应用

三维数据场的体绘制技术是科学可视化中一个重要的研究方向,本文在研究和总结体绘制的发展历程与关键技术的基础之上,着重研究了体绘制中的光线投射算法,结合多核处理器机群系统,提出并实现了一种基于多层次并行编程模型的并行光线投射体绘制算法,并成功地将该算法应用于三维城市浅层地质模型,取得了良好的可视化效果。分别对MPI环境和多层次并行编程MPI+OpenMP环境下的光线投射算法进行了不同计算规模的性能比较实验。实验和分析表明,多层次并行光线投射体绘制算法加快了体绘制的速度,MPI+OpenMP多层次并行模型性能高于纯MPI编程模型的性能。