基于異構(gòu)集群的混合并行計(jì)算模型的研究與應(yīng)用.pdf

1、隨著并行計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，以眾核加速器作為協(xié)處理器的異構(gòu)集群逐漸成為并行計(jì)算機(jī)的發(fā)展方向，在其基礎(chǔ)上混合并行計(jì)算模型成為主要并行算法設(shè)計(jì)模型。地球物理大地電磁研究技術(shù)的發(fā)展對(duì)高維度高密度的反演需求逐漸增加，使得算法對(duì)計(jì)算資源的要求呈爆炸式增長(zhǎng)。如何高效快速的求解反演問題，是當(dāng)前要面對(duì)的一個(gè)挑戰(zhàn)。Occam算法以其不依賴初始模型和穩(wěn)定收斂的特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于大地電磁研究領(lǐng)域，由于反演過(guò)程耗時(shí)極大，利用并行計(jì)算技術(shù)對(duì)算法加速成為重要研究方向。

2、異構(gòu)集群具有大規(guī)模的計(jì)算資源，通過(guò)混合并行計(jì)算模型設(shè)計(jì)并行算法，可以充分發(fā)揮并行系統(tǒng)的綜合計(jì)算能力。因此結(jié)合基于分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)模型、共享存儲(chǔ)系統(tǒng)并行模型和眾核并行模型，設(shè)計(jì)出混合并行的并行算法，并將其映射實(shí)現(xiàn)于分布式多節(jié)點(diǎn)、多核處理器、眾核加速器的并行計(jì)算資源之上，開發(fā)Occam并行算法是十分有意義的研究方向。
　　Occam反演并行算法是基于混合并行計(jì)算模型所設(shè)計(jì)的算法，論文首先討論混合并行模型主要結(jié)構(gòu)，然后基于該模型對(duì)Occa

3、m算法進(jìn)行并行化研究。為了實(shí)現(xiàn)并行加速，對(duì)混合并行系統(tǒng)的任務(wù)劃分方式，以其及對(duì)應(yīng)實(shí)體異構(gòu)并行集群進(jìn)行詳細(xì)研究。剖析Occam算法的計(jì)算原理和串行算法特點(diǎn)，對(duì)其潛在多層次并行性進(jìn)行挖掘。針對(duì)混合并行模型對(duì)算法進(jìn)行全面的粒度劃分，實(shí)現(xiàn)并行化設(shè)計(jì)，分別設(shè)計(jì)分布式存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)和共享存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)下的正演算法、單節(jié)點(diǎn)內(nèi)的GAUSS算法和GAUSSD算法，并且從通信、任務(wù)劃分、存儲(chǔ)方式方面進(jìn)行優(yōu)化處理。
　　在并行算法的評(píng)測(cè)中，針對(duì)6個(gè)反演模型在2種計(jì)

4、算規(guī)模下測(cè)試分析算法的正確性、執(zhí)行時(shí)間和加速比；對(duì)混合并行模型中的誤差產(chǎn)生、并行資源分配混合并行算法的通信代價(jià)進(jìn)行測(cè)試分析；最后綜合分析評(píng)估在穩(wěn)定反演模型下Occam并行算法的整體性能。實(shí)驗(yàn)取得了以下的研究結(jié)果：
　　1、通過(guò)對(duì)Occam算法的分析，找出主要影響算法計(jì)算規(guī)模的四個(gè)參數(shù)和與其對(duì)應(yīng)的關(guān)鍵算法。四個(gè)關(guān)鍵參數(shù)分別為反演網(wǎng)格數(shù)、有限單元網(wǎng)格數(shù)、測(cè)點(diǎn)數(shù)和頻點(diǎn)數(shù)。
　　2、利用混合并行計(jì)算模型對(duì)Occam算法進(jìn)行分析，由反

5、演計(jì)算過(guò)程開始，逐步展開原串行算法各個(gè)部分的并行性分析與研究。通過(guò)混合并行計(jì)算模型中不同層次的模型對(duì)算法進(jìn)行不同粒度的劃分，組合與映射，完成并行算法設(shè)計(jì)。并行算法同時(shí)保持了對(duì)不同的拉格朗日乘子搜索方法的支持，為改進(jìn)算法提供支持。
　　3、在加速比測(cè)試中，對(duì)于求解具有更大計(jì)算規(guī)模的反演模型，其加速效果越明顯。異構(gòu)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的計(jì)算誤差同時(shí)影響了加速效果的評(píng)測(cè)，但Occam算法本身的收斂性并未收到影響。
　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，基于混合并