MIC-CPU對等模式下程序優(yōu)化研究.pdf

1、近年來，超級計(jì)算機(jī)不斷發(fā)展，已成為信息時(shí)代下各國科技實(shí)力的一個(gè)重要體現(xiàn)。然而受限于晶體管物理極限以及當(dāng)前制造工藝水平的限制，CPU的性能發(fā)展已經(jīng)減緩且逐漸無法滿足人們的追求。這種情況下，要達(dá)到更強(qiáng)的計(jì)算性能，一個(gè)可行的方法是不斷的增加計(jì)算集群的規(guī)模。然而，計(jì)算規(guī)模的增大必然導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)功耗的線性增長。因此從2007年開始，人們開始使用GPGPU進(jìn)行高密度的浮點(diǎn)計(jì)算，協(xié)助CPU進(jìn)行高速運(yùn)算，這種由不同類型運(yùn)算部件構(gòu)成的系統(tǒng)也稱之為異構(gòu)計(jì)算

2、系統(tǒng)。INTEL作為最強(qiáng)的處理器提供廠商，在2012年發(fā)布了先進(jìn)的眾核加速器MIC，迄今為止已經(jīng)得到了較為廣泛的應(yīng)用。
　　MIC與CPU采用同樣的x86指令集，MIC內(nèi)部運(yùn)行一個(gè)我們稱之為μOS的精簡的Linux系統(tǒng)。因此MIC與CPU的編程模式十分相似，MIC計(jì)算核心可以作為獨(dú)立的計(jì)算節(jié)點(diǎn)參與計(jì)算，與CPU在邏輯上地位相對等。這種MIC應(yīng)用模式我們稱之為對等模式，對等模式下運(yùn)行在CPU和MIC核心上的進(jìn)程之間通過消息傳遞接口（

3、Message-Passing Interface, MPI）進(jìn)行消息傳遞。與運(yùn)行在傳統(tǒng)只由CPU構(gòu)成的計(jì)算系統(tǒng)上的MPI程序類似，MPI通信也會造成不小的程序運(yùn)行開銷。
　　本文以MIC-CPU對等模式為研究對象，考察程序在對等模式下執(zhí)行時(shí)的通信開銷，并進(jìn)行與其相關(guān)的優(yōu)化研究。主要取得了以下成果：
　　1.對等模式下，運(yùn)算部件包括CPU和MIC，MIC通過PCI-e接口連接到CPU構(gòu)成計(jì)算節(jié)點(diǎn)，集群中各個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)通過高速網(wǎng)

4、絡(luò)進(jìn)行互連。而兩個(gè)相互通信的進(jìn)程間可能在整個(gè)集群中的任何兩個(gè)運(yùn)算部件上，通信時(shí)通路的不同帶來通信的復(fù)雜性。本文對MIC-CPU對等模式通信與應(yīng)用的性能展開測試與分析，包括節(jié)點(diǎn)內(nèi)和節(jié)點(diǎn)間CPU+MIC及MIC+MIC等不同組合時(shí)運(yùn)算部件間的通信性能。并測試了對等模式下通信性能對Linpack和NPB執(zhí)行性能的影響；
　　2.對等模式下程序的實(shí)質(zhì)是MPI程序，而針對MPI程序的優(yōu)化策略包括本地優(yōu)化和全局優(yōu)化。本文首先針對miniMD程