QCD研究与高性能科学计算：域分解,函数分解和并行程序设计 …

量子色动力学（Ｑｕａｎｔｒｍ ＣｈｒｏｍｏＤｙｎａｍｉｃｓ,ＱＣＤ）研究是一个典型的高性能科学计算问题,它补美国著名的高性能计算与通信计划（ＨＰＣＣ）列为世界级重大挑战课题之一。由于Ｆｅｒｍｉｏｎ矩阵处理等对时空性能指标的超级要求,必须寻找新的计算机求解技术才能推动研究的进展。文章提出并分析了域分解和函数分解方法、方法导致的ＭＩＭＤ模式和并行程序设计技术。在Ｅｘｅｍｐｌａｒ ＳＰＰ１２００／ＸＡ（     

高性能科学计算的并行程序设计方法研究

由不同高性能RISC处理器及其构成的超级计算机系统，其基准性能和体系结构是不尽相同的，而且一种计算机体系结构的寿命也就只有3－5年时间，这将使得大多数付出巨大代价且在特定平台上开发成功的高性能科学计算程序往往会因为机型的改变而不能运行或不能很好运行，因此，人们迫切需要通用化程序，文中通过对在几种主流超级计算机上大量的测试数据的分析，指出了消息传递模式与指令级并行性对提高并行程序通用化程度的重要影响，同时也对利用网络化虚拟集群计算机资源从事高性能科学计算的可行性进行了讨论。     

科学计算浮点数据的高性能无损压缩

科学计算在科学界及工业界发挥着越来越重要的作用,所随之产生的科学数据也越来越多.因二级存储(如硬盘)的读写速度通常较慢,庞大的数据量除了占据存储空间之外,还影响着系统性能.文中通过系统研究浮点数据的特性,建立预测精度和压缩比之间的关系的理论体系.通过利用科学数据之间的相关性,采用多种预测器以及高效熵编码方法,提出一种科学数据高性能无损压缩方法.该方法既不需要使用者有关于原始数据的先验知识,也不需要使用者自行设计预测器.通过与其他压缩方法进行比较,结果表明文中方法的压缩比远高于其他方法,并同时具有恒定的海量压缩吞吐量.该方法已被应用于大规模颗粒动力学仿真系统的数据压缩.     

跨地域高性能科学计算及其可视化的设计和实现

A new platform,which connects distributed High Performance Computing(HPC) resources in the country and provides a user-friendly Web interface to ghe general researchers in different fields,is presented in the paper.Users can put forward large HPC tasks through Internet borowser,watch the running status of the task,and get the result along with the visualization effect in the end.The system will promote the popularitation of HPC and interfields research.     

格点QCD基础求解器及其异构计算实现的性能优化

格点量子色动力学(格点QCD)是研究夸克、胶子等微观粒子间相互作用的重要理论和方法.通过将时空离散化为四维结构网格,并将量子色动力学的基本场量定义在网格上,让研究人员可以使用数值模拟方法,从第一性原理出发研究强子间相互作用和性质,但这个过程中的计算量极大,需要进行大规模并行计算.格点QCD计算的核心基础为格点QCD求解器,是程序运行主要的计算热点模块.本文研究在国产异构计算平台下格点QCD求解器的实现与优化,提出一套格点QCD求解器的设计实现,实现了BiCGSTAB求解器,显著降低了迭代次数;通过对奇偶预处理技术,降低了所求问题的计算规模;针对国产异构加速卡的特点,优化了Dslash模块的访存操作.实验测试表明,相比优化前的求解器获得了约30倍的加速比,为国产异构超算下格点QCD软件性能优化提供了有益的参考价值.     

QCD研究与高性能科学计算——域分解、函数分解和并行程序设计技术

量子色动力学 ( Quantum ChromoDynamics,QCD) 研究是一个典型的高性能科学计算问题,它被美国著名的高性能计算与通信计划(HPCC)列为世界级重大挑战性课题之一.由于Fermion矩阵处理等对时空性能指标的超级要求,必须寻找新的计算机求解技术才能推动研究的进展.文章提出并分析了域分解和函数分解方法、方法导致的MIMD模式和并行程序设计技术.在Exemplar SPP1200／XA(简称SPP1200)系统上的测试表明,这些方法和技术对QCD的进一步研究具有重要的意义.     

面向科学计算的业务流程建模技术研究

分析面向科学计算的业务流程的特点和需求,提出一种适用于科学计算的领域元模型及其智能流程建模语言(SPML),给出领域元模型的形式化描述以及SPML到业务流程执行语言的转换算法。在此基础上,设计并实现一种基于SPML的业务流程建模系统。分析结果表明,该系统既能帮助用户进行业务流程分析和抽象建模,又能生成可执行文件和部署文件,完成流程的自动化部署。     

格点量子色动力学组态产生和胶球测量的大规模并行及性能优化

格点量子色动力学（Lattice Quantum Chromo Dynamics,LQCD）是目前已知能系统研究夸克及胶子间低能强相互作用的非微扰计算方法.计算结果的统计和系统误差原则上都是可控的,并能逐步减少.基于格点QCD的基本原理,更大的格子体积意味着可以计算更大空间的物理过程,并且可以对空间进行更加精细的划分,从而得到更加精确的结果.因而大体系的格点计算对QCD理论研究有着重要意义,但对程序计算性能提出了更高要求.本文针对格点QCD组态生成和胶球测量的基本程序,进行了其大规模并行分析和性能优化的研究.基于格点QCD模拟采用的blocking和even-odd算法,我们设计了基于MPI和OpenMP的并行化算法,同时设计优化数据通信模块：针对复矩阵的矩阵乘等数值计算,提出了向量化的计算优化方法：针对组态文件输出瓶颈,提出了并行输出组态文件的实施方法.模拟程序分别在Intel KNL和“天河2号”超级计算机x86_64队列进行了测试分析,证实了相应的优化措施的有效性,并进行了相应的并行计算效率分析,最大测试规模达到了1728个节点（即41472 CPU核）.     

基于元数据的Office文档表示方法的研究

提出了一种将文本建立在矩阵模型基础上的元数据文档表示的方法。它将非结构 化的数据转化为结构化的数据，在信息检索中有广泛的应用前景。     

基于GMA的轻量级高性能计算环境监控

针对高性能计算环境监控的一般要求,分析对比现有的监控体系结构,设计了基于GMA体系结构的监控系统,详细介绍了设计中的几个关键问题,并给出了解决办法,最后实现了一个轻量级且高效的高性能计算环境作业监测系统。     

基于IA架构的高性能计算平台的研究

目前众多领域对大规模计算逐渐显示出一种迫切的需求,集群技术在高性能计算领域中的理论研究和实践越来越得到广泛的关注。高性能计算是解决大规模聚变模拟计算的有效途径。本文介绍如何基于集群技术构建聚变研究高性能计算系统,分析了系统的基本体系结构,从硬件和软件两个方面详细解析其高性价比的构建技术。     

基于高性能计算环境的科学计算应用平台设计与实现

为了提升高性能计算环境的易用性并降低使用门槛,本文提出了一种基于高性能计算环境的通用科学计算应用平台构建方案,旨在为用户提供更便捷、体验更友好、简单高效的科学计算服务。用户通过访问网页即可输入计算参数、提交任务、查看执行结果并集中管理不同应用的计算任务和历史数据,无需安装相关工具或者记忆操作命令。该方案设计充分考虑了应用间的差异性,拥有良好的扩展性,易于部署和迭代,同时拥有良好的安全性。     

基于模板的高性能计算应用封装方法

提出一种基于模板的高性能计算应用封装方法——HPC-APT。该方法具有平台无关性,并且语法简单、易于维护和扩展、用户界面友好。HPC-APT可应用于现今主流的网格中间件或云计算平台上,支持Web和Windows应用。HPC用户可以通过Web或Windows应用界面向远程HPC集群提交作业,从而降低使用HPC的准入门槛,提高HPC集群的可用性。     

基于高性能计算环境的计算应用社区

中小企业是支撑我国经济发展的重要支柱,而高性能计算在推动科技创新中具有重要作用,二者的结合具有重要意义,然而高性能计算技术门槛较高,一定程度上阻碍了中小企业对此技术的有效应用.基于高性能计算环境,建设便捷易用的高性能计算应用社区,目的是探索基于高性能环境的中小企业数值模拟与计算服务社区服务机制,降低中小企业使用高性能技术的门槛,并建立了一套面向中小企业需求的服务规范.     

面向服务的网格高性能计算策略

网格技术和Web服务的发展，促成了服务计算的诞生和发展．本文在面向服务的架构下，重新研究传统计算网格下的高性能计算．首先，针舛高性能计算应用的特点，结合面向服务的思想，提出了一种层次资源管理体系结构．其次，分析了适用于网格环境的高性能计算应用的程序结构，并通过有向无循环图（DAG）加以表示．第三，基于上述的资源管理体系结构和高性能计算应用模型，提出了一种改进的动态优先级调度算法．最后，通过仿真实验，分析了提出的算法的性能，实验结果表明提出的算法适用于网格环境，进而验证了本文提出的面向服务的网格高性能计算策略的有效性．     

高性能计算平台的IO性能测试与分析

在高性能计算平台上测试NFS和Lustre文件系统在大规模并行计算环境下的IO速率,根据测试结果分析该实验平台的IO瓶颈并提出改进方案;之后测试本地Cache、并行应用进行IO时的TransferSize和并行程序存取文件的FileSize等因素对分布式文件系统性能的影响,并根据实验结果提出如何合理地部署并行软件以有效地利用本地Cache,以及提出在编写并行程序时设置合适的TransferSize和FileSize以提高IO性能的建议。     

基于网格节点的分布计算策略分析

本文介绍了网格技术的现状和近期发展,讨论了集群服务器作为网格节点的重要组成部分在网格计算中的重要作用,重点给出了计算包在到达网格节点时的一种数学模型,并利用这种数学模型对网格节点的分布计算策略进行了分析。这对充分利用集群服务器计算资源、提高网格节点的服务能力有着重要意义。     

万亿次机群系统高性能应用软件运行现状分析

通过调用PAPI（Performance Application Programming Interface）接口函数对2004年3月～4月之间运行在国家应用“973”计划项目LSSC—Ⅱ万亿次机群系统上部分应用程序进行了跟踪,收集到了大量宝贵的性能数据。依据这些性能数据信息,对我国当前高性能软件的运行情况给出了初步分析。分析结果表明,目前大部分应用程序性能都处于较低水平,并行程序使用处理器的数目范围一般为1～64个,处理器平均效率低于10%,平均性能低于300Mflops。