多核異構(gòu)環(huán)境下通用并行計(jì)算框架關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著科技的發(fā)展,尤其是計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,各個(gè)行業(yè)中的數(shù)據(jù)量都開始呈指數(shù)型增長(zhǎng),傳統(tǒng)的串行計(jì)算能力,已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足日益增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)處理需求。在這種背景下,并行計(jì)算技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生,其主要目的是快速解決大型且復(fù)雜的計(jì)算問(wèn)題。并行計(jì)算不僅和國(guó)家的科技和經(jīng)濟(jì)發(fā)展密切相關(guān),而且直接影響到國(guó)防能力和國(guó)家安全,如核爆炸模擬,復(fù)雜系統(tǒng)精確解算、基因研究和國(guó)家機(jī)要通信的加密與解密等等。并行計(jì)算能力是衡量國(guó)家實(shí)力的重要標(biāo)志。
　　雖然并行計(jì)算已發(fā)展多年,

2、在一些具體問(wèn)題的解決上也已經(jīng)有了較為實(shí)用的方案,總結(jié)了相當(dāng)多的經(jīng)驗(yàn),但還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及串行算法那樣豐富,因此這門學(xué)科研究尚不成熟。并行算法與串行算法的最大不同之處在于,不僅需要考慮問(wèn)題本身的解決方法,還需要考慮問(wèn)題所適用的并行模型,若要達(dá)到效率最大化,還需要考慮處理器架構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)連接等因素,這必然會(huì)增加并行算法的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)難度。
　　本論文在分析了并行計(jì)算中的各種難題以及國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,針對(duì)并行計(jì)算模型的種種難題,提出了一種新的滿

3、足多核處理器機(jī)群計(jì)算需求的分層異構(gòu)并行的通用計(jì)算模型,并對(duì)其中的關(guān)鍵技術(shù)做了初步研究,具體內(nèi)容如下:
　　(1)提出了一種新的滿足多核處理器機(jī)群計(jì)算需求的分層異構(gòu)并行的通用計(jì)算模型,該模型將目標(biāo)問(wèn)題的開發(fā)劃分為程序模型算法設(shè)計(jì)、并行程序設(shè)計(jì)、并行程序執(zhí)行三個(gè)階段。程序模型算法設(shè)計(jì)階段,開發(fā)人員面對(duì)參數(shù)化的并行機(jī)設(shè)計(jì)程序模型算法;并行程序設(shè)計(jì)階段,開發(fā)人員利用并行開發(fā)平臺(tái)開發(fā)具體的并行程序,實(shí)現(xiàn)并行任務(wù);并行程序執(zhí)行階段,并行程序運(yùn)

4、行在相應(yīng)的軟硬件架構(gòu)下,通過(guò)解釋系統(tǒng)優(yōu)化的計(jì)算參數(shù)優(yōu)化指令執(zhí)行效率。
　　(2)對(duì)模型框架進(jìn)行細(xì)化和實(shí)現(xiàn),針對(duì)分層異構(gòu)模型的分層,在不同的層次設(shè)計(jì)相應(yīng)的方法庫(kù)、參數(shù)庫(kù)、程序復(fù)用庫(kù)等工具對(duì)模型功能以匹配,分層實(shí)現(xiàn)并行算法設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的過(guò)程,最終實(shí)現(xiàn)并行計(jì)算模型的動(dòng)態(tài)性、自適應(yīng)性、可重構(gòu)性與通用性。
　　(3)在不同的層次之間,提出了語(yǔ)言解釋系統(tǒng)和編譯系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)層次之間的鏈接,保證了系統(tǒng)模型的框架的完整性和可實(shí)現(xiàn)性。
　　(

5、4)利用該異構(gòu)并行通用計(jì)算模型,實(shí)現(xiàn)了疊前偏移程序并行算法的設(shè)計(jì)。疊前偏移程序算法是石油探測(cè)中經(jīng)典算法之一,該算法的串行程序已經(jīng)較為完善,但其并行算法一直是個(gè)較為復(fù)雜的問(wèn)題。應(yīng)用該模型很好地解決了其并行性。
　　該通用并行計(jì)算框架對(duì)應(yīng)用開發(fā)人員提供簡(jiǎn)單易用的設(shè)計(jì)語(yǔ)言,實(shí)現(xiàn)并行計(jì)算程序設(shè)計(jì)的高效性、正確性、普適性。因而具有廣泛的應(yīng)用前景和顯著的社會(huì)效益。分層異構(gòu)并行的通用計(jì)算模型為應(yīng)用開發(fā)人員提供獨(dú)立于硬件的可擴(kuò)展的編程接口,為具有