可扩展并行计算的应用与研究

文章首先介绍了并行计算机模型、可扩展性和使能技术，最后主要介绍了工作站机群系统(COW)。     

基于MRT-LBM方法的大规模可扩展并行计算研究

在大规模三维复杂流动的数值模拟中,针对具有良好数值稳定性的多弛豫时间模型格子Boltzmann方法(MRT-LBM),并结合大涡模拟湍流模型和曲面边界插值格式,分析了在D3Q19离散速度模型下的网格生成、流场信息初始化和迭代计算3部分的可并行性.采用MPI编程模型,从分布式集群的特点和计算量负载均衡的角度出发,分别提出了适合于大规模分布式集群的网格生成、流场信息初始化和迭代计算的并行算法.该并行算法也能有效适用于D3Q15和D3Q27离散速度模型.通过在国产神威蓝光超级计算机上的测试,分别针对求解问题总体计算规模固定和保持每个计算核中计算量一致的2种情况的并行性能分析,验证了该并行算法在十万计算核的量级下仍具有良好的加速比和可扩展性.     

CPU/GPU协同并行计算研究综述

CPU/GPU异构混合并行系统以其强劲计算能力、高性价比和低能耗等特点成为新型高性能计算平台,但其复杂体系结构为并行计算研究提出了巨大挑战。CPU/GPU协同并行计算属于新兴研究领域,是一个开放的课题。根据所用计算资源的规模将CPU/GPU协同并行计算研究划分为三类,尔后从立项依据、研究内容和研究方法等方面重点介绍了几个混合计算项目,并指出了可进一步研究的方向,以期为领域科学家进行协同并行计算研究提供一定参考。     

微机网络并行计算的应用研究

本文对由高档微机组成的网络，在ＬＩＮＵＸ，ＰＶＭ支持下组成的网络并行计算机环境进行了描述。对网络并行计算中的通讯阻塞，负载平衡等问题特别是通讯阻塞进行了研究。给出的各节点机进程分别读取各磁盘数据文件的算法，通过实例算表明对避免通讯阻塞提高并行效率简单有效。     

固定结构约束下并行计算成比例的可扩展方法

针对固定结构下并行计算无法通过规模扩展提升计算性能的问题,提出了一种成比例调整图权的并行计算扩展方法。该方法首先分析影响可扩展性的并行任务因素及体系结构因素;然后采用带权图对并行任务及体系结构进行建模;最后,对并行计算图模型中顶点和边的权值进行调整,实现并行计算的扩展。针对并行任务与体系结构是否具有相同的拓扑结构进行了两组实验,结果显示扩展前后的速度效率不变或近似相等。在上述两组实验的基础上,固定并行任务的算法结构及硬件系统的体系结构,仅调整性能参数,从特定的初始状态开始,以相同的比例作连续多次扩展,结果显示随着并行任务的连续扩展,体系结构资源被充分利用,速度效率逐渐提高,但并行任务扩展至一定程度后,速度效率提高缓慢;而如果并行任务及体系结构按一定的比例一同扩展,并行计算的速度效率近似不变。     

大规模MPI 并行计算的可扩展三模冗余容错机制

随着系统规模的扩大,并行计算的性能不断提高,但可靠性却也在不断下降,因此需要采用某种容错机制来容忍或恢复硬件故障和数据错误.目前常用的容错机制Checkpoint/Restart和多模冗余均引入了额外的开销,这些开销均在某种程度上制约了并行计算的可扩展性.因此,在高性能计算需求不断增长的今天,可扩展容错机制的设计显得尤为迫切和重要.以三模冗余(triple modular redundancy,简称TMR)为典型案例,描述了传统TMR在大规模MPI 并行计算上的实现方法,分析了该机制所面临的实际问题,进而指出传统TMR制约了并行计算的扩展.根据该技术所面临的问题,设计了可扩展三模冗余(scalable triple modular redundancy,简称STMR),并进一步验证了其有效性和可扩展性.该机制不仅能够处理Checkpoint/Restart针对的fail-stop故障,还能够解决绝大部分硬件不能直接感知的数据错误.最后,借用BlueGene/L的系统参数进行模拟,预测当系统规模增大时,在分别采用TMR和STMR的情况下并行计算可扩展性的变化,结果进一步验证了STMR是可扩展的容错机制.     

Beowulf并行计算系统的研究与实现

由高档微机或RISC工作站通过高速局域网连接呵成的集群系统的实现，使高性能计算机从研究与应用领域走进普通领域。该文介绍了如何在Linux操作系统下基于分布式存储结构构造一个由普通微机组成的Beowulf并行计算系统的方法。通过编制的并行计算算法对该Beowulf系统进行了并行效率的实际测试，测试结果表明该Beowulf系统具有很高的并行计算效率和并行加速比。     

固定结构约束下并行计算关键路径不变的可扩展方法

在固定结构的需求下,并行计算无法通过规模扩展提升其计算性能。针对此类并行计算可扩展问题,分析影响可扩展性的并行任务因素及体系结构因素,采用带权图对并行任务及体系结构进行建模,并提出一种关键路径不变的可扩展方法,其核心思想是固定图结构,仅合理地调整图节点权值和边权值。通过进一步推导,得出一些关于新扩展方法的性质结论。应用网格计算模拟工具SimGrid开展的实验结果表明,所提出的扩展方法能有效解决此类扩展问题,且保持速度效率不变。     

电磁法勘探解释分布式并行计算的应用研究

在地球物理资源勘探应用中,电磁场的有限元法二维构造或三维构造的解释软件目前都采用的是单机计算,由于其数据量大并且计算时间长,高性能计算能力的系统才能满足应用的需要,因此给出了一种使用局域网上的闲置CPU资源协同实现的高性能计算的解决方案.研究了基于经济可行的局域网实现电磁法勘探解释的分布式并行计算系统,解决了其单机计算时间长、计算结果难以实时可视化等科学计算问题.该研究已经在地球物理应用领域产生巨大的应用价值,推动了电磁法勘探解释计算技术的进步.     

路由器可扩展技术研究

针对目前网络对于路由器可扩展性的需求,详细介绍了与路由器可扩展性相关的几种关键技术。主要包括路由器交换容量扩展技术、路由器交换端口速率扩展技术、多协议高速转发可扩展技术等,深入分析这些技术的特点,并提出路由器交换容量、交换端口数目、端口速率以及多协议高速转发扩展的实现方案。     

分布式存储环境下并行计算可扩展性的研究与应用

对本文的研究与创新工作概括如下 :( 1 )并行计算模型是研究并行计算可扩展性的基础。本文在深入分析已有并行计算模型的基础上 ,对常用并行计算模型进行分类 ,指出了它们的适用范围和优缺点。( 2 )深入分析了可扩展性与执行时间、可扩展性与单机性能之间的关系。结果表明 :如果片面强调执行时间或单机性能 ,可能会对可扩展性带来不利的影响。从理论和实验上分析了任务和数据分配策略对并行系统可扩展性的影响。( 3)首次从费用有效性的角度提出了近优可扩展模型。它不仅可以描述并行系统的可扩展能力 ,而且可以根据小规模系统的性能指标 ,预…     

可扩展数据对象模型的研究与实现

针对面向数据对象模型环境适应性研究较少且未获得实用研究成果的问题,对企业中的各类数据对象进行分析和抽象,遵照柔性、封装性、高效性等设计原则给出该模型的设计,并基于成熟的信息技术进行实现。通过应用实例对可扩展数据对象模型进行验证,证明该模型可以适应一定程度上企业环境的变化。     

采用PETSc的有限元并行计算实现与优化

可移植可扩展科学计算工具箱PETSc提供了高性能求解偏微分方程组的大量对象和解法库,基于此进行结构有限元并行计算,可降低难度和成本。给出了基于PETS的结构有限元并行计算实现方法,包括有限元方程组的并行形成和并行求解的实现。根据PETSc的特点,提出了提高计算性能的优化措施,即数据局部化和存储预分配。数值实验表明实现方法可行,优化措施效果明显。     

网络并行计算在核物理计算中的应用研究

网络并行计算是当今并行计算研究的热点。该文重点研究利用网络并行计算解决现有高密度计算的问题，给出了计算模型实例。     

Condor-PVM并行计算环境研究

Condor研究小组开发的一个系统接=（CARMI）。可以将并行环境PVM和Condor结合起来实现任务级负载平衡。文章研究了Condor-PVM并行计算环境及其运行机制,并给出具体的实验环境和作业描述文件。     

并行计算的软件环境与硬件结构

传统的冯·诺依曼串行计算模型对程序的执行顺序约束太多,欲从它得到更多的性能日益困难,人们把目光转向了大有希望的并行计算,但也带来了很多新的问题。本文将讨论并行计算所需解决的基本软件和硬件问题及当前研究现状。     

并行计算及并行处理功能的应用

利用ＩＢＭ４３８１－Ｐ０３型及ＣＰＵ计算机进行并行处理功能的开发和并行计算的应用，得到较高的加速比。     

对Web并行计算研究的跟踪与思考

在构成Ｉｎｔｅｒｎｅｔ或Ｉｎｔｒａｎｅｔ的计算机群上构造基于Ｗｅｂ的并行计算系统,是分布式计算的一个最新的研究方向,这样的系统有望克服传统分布式并行计算系统的种种不足,使网上闲置的计算能力得到更加广泛的利用。