基于多核处理器的面向时延敏感服务的云基础架构

给出了一种采用MIPS指令集的64核处理器Tilepro64作为硬件平台,实现了可以达到亚毫秒级处理时延的云计算基础架构作为基带信号处理和关键应用的支撑平台,实现了在多核处理器上的运算并行优化、动态平衡负载、时延保证、服务注册机制的设计和实现。相对于x86通用处理器,该云计算平台功耗低、密度高、能效比高;相对于专用硬件,开发成本低、周期短。     

MIPS指令集多核处理器信令处理能力评估

通用高性能处理器在信令处理上有着广泛的应用,但有功耗较高的缺点。基于MIPS指令集的低功耗多核处理器的能效比较高,但信令处理能力不明确。本文采用密集内存访问的方法对处理器的信令处理能力进行评价。通过对MIPS指令集多核处理器和X86处理器的比较,得出MIPS多核处理器在信令处理能力和功效比上均有优势。以GTP为例在MIPS架构多核处理器和X86架构处理器上分别实现并进行性能测试。测试结果表明本文所述性能评价方式比较合理,同时也证明MIPS多核处理器可以用作信令处理,能效比显著高于通用高性能处理器。     

异构众核系统及其编程模型与性能优化技术研究综述

异构众核系统已成为当前高性能计算领域重要的发展趋势。针对异构众核系统,从架构、编程、所支持的应用三方面分析对比当前不同异构系统的特点,揭示了异构系统的发展趋势及异构系统相对于传统多核并行系统的优势;然后从编程模型和性能优化方面分析了异构系统存在的问题和面临的挑战,以及国内外研究现状,结合当前研究存在的问题和难点,探讨了该领域进一步深入的研究方向;同时对两种典型的异构众核系统CPU＋GPU和CPU＋MIC进行不同应用类型的Benchmark测试,验证了两种异构系统不同的应用特点,为用户选择具体异构系统提供参考,在此基础上提出将两种众核处理器（GPU和MIC）结合在一个计算节点内构成新型混合异构系统;该新型混合异构系统可以利用两种众核处理器不同的处理优势,协同处理具有不同应用特点的复杂应用,同时分析了在该混合异构系统下必须要研究和解决的关键问题;最后对异构众核系统面临的挑战和进一步的研究方向进行了总结和展望。     

随钻地层压力测量电液控制系统设计

为准确测量地层孔隙压力,实现随钻地层孔隙压力剖面,开展了随钻地层压力测量系统电液控制技术研究。电液控制系统包括电控和液压2个部分,电控系统为主从式双处理器架构,其中主处理器完成信号测量、处理和存储,执行地层压力回归计算等关键算法,执行液压系统中控任务调度和逻辑控制,对从处理器发出控制指令。从处理器负责电机运行和电磁阀开关控制。其中液压系统由动力源泵站、电磁阀、溢流阀、液压双向锁、探头装置、抽汲装置组成。电液控制系统可实现探头推靠密封、抽汲地层流体、测量地层压力及探头回收等功能。不同渗透率岩心试验和模拟井试验结果表明,地层压力测量曲线与理论曲线一致,表明电液控制系统能够用于随钻地层压力测量系统原理样机的理论验证和试验,为研制实用的随钻地层压力测量系统奠定了基础。     

基于Intel MIC平台大规模耗散粒子动力学模拟的设计与优化

耗散粒子动力学(DPD)模拟是一种重要的研究流体动力学特性的计算模拟方法,基于Intel MIC平台设计实现了面向大规模耗散粒子动力学模拟,充分结合了DPD模拟本身的特性和MIC平台的特征。对DPD模拟中的近邻列表构建和短程作用力关键代码实现了向量化优化,在CPU和MIC协处理器之间采用任务计算负载平衡机制,支持MPI进程内线程数量负载平衡控制。分别在原型程序上和LAMMPS集成中做了性能对比分析,实验结果显示了引入相关优化技术的有效性,为进一步研究面向MIC众核平台的分子动力学相关工作奠定了基础。     

众核构造高性能密码算法协处理器

通过分析Feistel结构和SP网络结构的分组密码算法的特点与实现结构,说明了分组算法适合可重构实现的机理,提出了以众核方式构造高性能密码算法协处理器的架构思想,在适当降低单核处理性能的情况下,因为能最大化利用芯片的电路容量,实践证明这种架构相比起单核、多核架构重构方式实现分组算法具有较为明显的整体性能优势,最后,也指出了众核带来的编程复杂、资源分配困难等问题和众核架构的核数与整体性能的压线性关系等注意事项.     

基于片上网络众核系统容错技术研究

基于片上网络的众核系统已经广泛应用在各个领域之中.用户对系统性能和系统可靠性的需求越来越高.文中对众核系统和片上网络容错技术基础进行介绍,针对众核系统软错误和硬错误分析现有的几种典型的众核系统冗余容错方法,比较了其性能差异.在总结了现有技术不足的基础上进一步分析了该领域未来的研究趋势.     

一种片上众核结构共享Cache动态隐式隔离机制研究

访存带宽是限制众核处理器件能提升的关键,将片上最后一级Cache设计为所有处理器核共享是必要的.在共享Cache中隔离放置冲突的数据,是提高共享Cache性能的关键.文中提出了缓存块链接的硬件方法,用于隔离共享Cache中不同线程之间的数据.文中基于时钟精准的片上众核结构模拟器,使用Splash2程序组和生物信息学中的仟务,对所提机制进行了评估.实验结果表明,与传统共享Cache相比,使用缓存块链接机制时,使得共享Cache的冲突性缺失率降低约20%,而使得IPC平均提高了约10%.     

PME算法在神威太湖之光上的移植和优化

分子动力学模拟(MD)是一套通过计算机模拟生物体系内分子、原子运动的多体模拟方法.GROMACS是著名的MD应用,能够快速模拟生物及非生物体系运动过程,广泛应用于各高性能平台.作为世界排名第3的超级计算机,神威太湖之光拥有40960块SW26010异构众核处理器,峰值性能达到125.4PFlops.目前太湖之光上已有对GROM ACS短程力优化的相关研究,但对于PM E(Particle Mesh Ewald)算法未有探索性工作.本文基于申威平台对PME算法展开研究,针对随机访存模式、网格点写写冲突等挑战,提出了基于局部网格序的分块策略、数据重组策略、非线性函数近似等方法进行优化.最终优化后的结果相较于初始版本性能提升了8.85倍,相较于Intel CPU版本提升了1.2倍.本文采用的优化技术也可以为神威太湖之光上其他分子动力学模拟软件和涉及散乱数据插值程序的优化提供借鉴.     

Towards Efficient Short-Range Pair Interaction on Sunway Many-Core Architecture

The short-range pair interaction consumes most of the CPU time in molecular dynamics(MD)simulations.The inherent computation sparsity makes it challenging to achieve high-performance kernel on the emerging many-core ar-chitecture.In this paper,we present a highly efficient short-range force kernel on the Sunway,a novel many-core architecture with many unique features.The parallel efficiency of this algorithm on the Sunway many-core processor is strongly limited by the poor data locality and write conflicts.To enhance the data locality,we adopt a super cluster based neighbor list with an appropriate granularity that fits in the local memory of computing cores.In the absence of a low overhead locking mechanism,using data-privatization force array is a more feasible method to avoid write conflicts,but results in the large overhead of data reduction.We adopt a dual-slice partitioning scheme for both hardware resources and computing tasks,which utilizes the on-chip data communication to reduce data reduction overhead and provide load balancing.Moreover,we exploit the single instruction multiple data(SIMD)parallelism and perform instruction reordering of the force kernel on this many-core processor.The experimental results show that the optimized force kernel obtains a performance speedup of 226x compared with the reference implementation and achieves 20％of peak flop rate on the Sunway many-core processor.