基于SMP集群的激光化学反应模拟效率分析*

基于半经典分子动力学模型,在SMP集群中实现激光化学反应双层并行模拟系统。结合粗粒度的原子分解算法和细粒度的矩阵并行乘法实现激光化学反应模拟中力计算部分的并行化,分析粒度划分对半经典分子动力学模拟并行效率的影响。在SMP集群中测试表明,采用128个处理器模拟由500个C原子构成的分子体系,并行效率可达70%。在CPU数量固定的情况下,SMP节点内的细粒度的并行对提高半经典分子动力学模拟并行效率影响较大。该系统能够模拟大分子体系的激光化学反应,在提高加速比的同时保证计算资源的利用效率,满足激光化学反应模拟需求。     

MPI+TBB混合并行编程模型在分子动力学中的应用

为了提高分子动力学模拟在对称多处理(SMP)集群上的计算速度,在分子动力学并行方法中引入MPI+TBB的混合并行编程模型。基于该模型,在分子动力学软件LAMMPS中设计并实现混合并行算法,在节点间采用MPI及空间分解技术实施进程级并行,节点内采用TBB及临界区技术实施线程级并行。在SMP集群中的测试表明,该方法在体系较大以及节点数较多时可以明显减少通信时间,使加速比在纯MPI模型上提高45%。结果表明,MPI+TBB混合并行编程模型可促进分子动力学并行模拟且效率明显提升。     

多核并行技术在分子动力学模拟中的应用

为了充分利用多核处理器资源,研究了一种用于分子动力学模拟中的多核并行技术。在多核处理器上利用OpenMP技术实现多线程创建与同步、动态设置子线程的调度运行方式以及负载均衡以减少子线程执行等待时间。通过对不同分子体系结构下的动力学模型测试,得出在不同子线程下并行计算的时间,并且得到了良好的性能加速比。实验结果表明,采用OpenMP并行技术可有效地提高电荷求解过程在分子动力学模拟运算中的时间效率,以及多核计算机资源的利用率。     

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。     

SMP集群系统上可扩展并行特征问题求解器研究

基于对称三对角特征问题的分而治之方法,提出了一个适合SMP集群环境的多级混合并行算法。SMP节点内的并行求解采用了粗粒度和细粒度两种OpenMP并行。为了改善纯MPI算法中的负载不平衡,混合并行算法使用了动态任务分配方法。在深腾6800上的试验表明,混合并行算法具有好的扩展性和加速比。 关键词：SMP集群;MPI+OpenMP;混合并行;并行求解器     

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。     

一种Trace驱动的多核SMP集群并行性能模拟方法

基于新型多核SMP集群的层次化性能模型,本文在BigSim并行性能模拟器基础上实现了一个Trace驱动的多核SMP集群并行性能模拟器Sim-MSC。在一个InfiniBand多核SMP集群的宿主机平台上采用jacobi3D程序进行了测试,结果表明Sim-MSC能够模拟MPI消息传递并行应用程序在多核SMP集群上的执行特征,精确预测系统和应用性能。     

混合监测技术在并行与分布式性能监测中的应用

主要介绍了混合监测技术在并行与分布式系统性能分析评价中的应用。分析比较了常用的几种监测技术,给出了各自的优缺点,介绍了混合监测中的事件的定义,自动装备的过程。事件的采集和分析这向个关键步骤,提出装备的层交化。最后提出了混合监测中会遇到一些问题并给出了相应的解决方法。     

分子动力学模拟的优化与并行研究

分析讨论了分子动力学模拟的算法特征和计算特点,对串行程序作了优化,并使之适合于作并行化。对模拟体系使用区域分解的方法,在计算节点间保留了部分重叠区域,采用基于消息传递的MPI设计平台,在可扩展机群上实现了并行化,获得了90%以上的并行效率。     

多核集群系统下的混合并行遗传算法研究

为应对传统遗传算法在处理大规模组合优化问题面临的进化速度缓慢,难以达到实时要求的严峻挑战,提出了一种在多核PC集群系统上实现“粗粒度一主从式”混合并行遗传算法的模型:通过把“粗粒度一主从式”并行遗传算法映射到多核PC集群上,结合消息传递和共享存储两种并行编程模型,在节点间使用消息传递模型(MPI),对应的遗传算法为粗粒度并行遗传算法,在节点内使用共享存储模型(OpcnMP),对应的遗传算法为主从式并行遗传算法,用MPI和OpenMP混合编程的方式以进程和线程两级并行在多核集群上实现具体的混合并行遗传算法。理论分析和实验结果表明,提出的实现模型有较好的性能,可大大改进传统遗传算法的缺陷。为利用并行遗传算法在普通多核PC集群上处理大规模组合优化问题提出了一种有效、可行的解决方案。     

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。     

并行混合遗传算法在深度像配准中的应用研究

实现了基于并行混合遗传算法的深度像精确配准,并比较了四种不同测度下算法的收敛速度和配准精度。根据进程数将种群划分为相应数量的子种群,每一个进程维护一个子种群的交叉、变异和选择,并通过采用环状的最优个体迁移策略和退火选择算子,实现了基于粗粒度并行混合遗传算法的深度像精确配准。此外,还比较了点对均值、中值、点面距离以及表面间平均体积四种测度下算法的性能和优劣。实验结果表明,并行计算技术的应用能够有效加速遗传算法的收敛,减少算法的运行时间。     

特种纸纸病检测的快速图像滤波方法及实现

为解决现有纸病检测方法中,采用的滤波算法性能无法达到部分特种纸的纸病检测要求的问题,提出一种基于P-M方程扩散模型的快速图像滤波方法。通过采用P-M方程多次迭代扩散进行滤波,滤波同时保护特种纸纸病的细微边缘;并借助SMP系统以及多线程技术对P-M方程扩散过程实现并行迭代算法以保证整个纸病检测算法过程的快速性。实测结果表明,采用该方法,系统可以有效检测到特种纸上表征微弱的纸病,并较传统P-M滤波方法的实现在实时性能上有了大幅提高。     

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。     

Methodology for modelling SPMD hybrid parallel computation

This research defines and analyzes a methodology for deriving a performance model for SPMD hybrid parallel applications. Hybrid parallelism combines shared memory and message passing computing models. This work extends the current practice of application performance modelling by development of a methodology for hybrid applications with these procedures.

• Creation of a model based on complexity analysis of an application code and its data structures.
• Enhancement of a static complexity model by dynamic factors to capture execution time phenomena, such as memory hierarchy effects.
• Quantitative analysis of model characteristics and the effects of perturbations in measured parameters.

These research results are presented in the context of a hybrid parallel implementation of a sparse linear algebra kernel. A model for this kernel is derived and analyzed using the methodology. Application of the model on two large parallel computing platforms provides case studies for the methodology. Operating system issues, machine balance factor, and memory hierarchy effects on model accuracy are examined. Copyright © 2007 John Wiley & Sons, Ltd.     

Performance‐based parallel loop self‐scheduling using hybrid OpenMP and MPI programming on multicore SMP clusters

Parallel loop self‐scheduling on parallel and distributed systems has been a critical problem and it is becoming more difficult to deal with in the emerging heterogeneous cluster computing environments. In the past, some self‐scheduling schemes have been proposed as applicable to heterogeneous cluster computing environments. In recent years, multicore computers have been widely included in cluster systems. However, previous researches into parallel loop self‐scheduling did not consider certain aspects of multicore computers; for example, it is more appropriate for shared‐memory multiprocessors to adopt Open Multi‐Processing (OpenMP) for parallel programming. In this paper, we propose a performance‐based approach using hybrid OpenMP and MPI parallel programming, which partition loop iterations according to the performance weighting of multicore nodes in a cluster. Because iterations assigned to one MPI process are processed in parallel by OpenMP threads run by the processor cores in the same computational node, the number of loop iterations allocated to one computational node at each scheduling step depends on the number of processor cores in that node. Experimental results show that the proposed approach performs better than previous schemes. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

面向混合异构架构的模型并行训练优化方法

随着混合异构平台的发展,出现了类型不一的加速设备,如何在混合异构平台中充分利用这些不同类型的设备,以及如何在多个计算设备之间部署深度学习模型,而且训练大型和复杂模型的重要性不断提高.数据并行(DP)是应用最广泛的并行化策略,但是如果数据并行训练中的设备数量不断增加,设备之间的通信开销就会成为瓶颈.此外,每个步骤因设备性...     

Dynamics modelling of a Stewart-based hybrid parallel robot

Matrix relations for kinematics and dynamics analysis of a spatial two-module Stewart-based hybrid parallel robot are established in this paper. Knowing the relative motions of two moving platforms, the inverse dynamics problem is solved based on a set of recursive explicit equations. Finally, compact results and graphs of simulation for the input forces and powers of all actuators are obtained.