集成眾核平臺(tái)上CFD程序性能評(píng)測(cè)技術(shù)研究.pdf

1、計(jì)算流體力學(xué)（Computational Fluid Dynamics，CFD）在航空航天型號(hào)設(shè)計(jì)、地面交通工具設(shè)計(jì)等方面廣泛應(yīng)用，是典型的高性能計(jì)算應(yīng)用領(lǐng)域。為了提高CFD應(yīng)用程序的性能，必須對(duì)CFD程序在高性能計(jì)算平臺(tái)上的性能進(jìn)行測(cè)試與分析，以更好地指導(dǎo)CFD程序的性能優(yōu)化。本文針對(duì)一種新的高性能計(jì)算平臺(tái)----Intel集成眾核（Many Integrated Cores，MIC）體系結(jié)構(gòu)，對(duì)CFD程序進(jìn)行了性能測(cè)試與性能建模研究

2、。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴選取計(jì)算流體力學(xué)領(lǐng)域內(nèi)的典型基準(zhǔn)測(cè)試程序集NPB-MZ，在MIC架構(gòu)協(xié)處理器上進(jìn)行了實(shí)際性能測(cè)試，并將MIC上的性能數(shù)據(jù)與程序在Sandy Bridge處理器上的性能進(jìn)行了對(duì)比，重點(diǎn)分析了Native模式下OpenMP及MPI/OpenMP混合并行的并行性能及其可擴(kuò)展性。結(jié)果表明：雖然MIC架構(gòu)上的眾多核心和線程使程序獲得了較高的加速比，但是MIC上程序的實(shí)際執(zhí)行時(shí)間仍然大于在Sandy Bridge

3、處理器上的執(zhí)行時(shí)間，主要原因是MIC架構(gòu)上程序的單線程性能過(guò)低。⑵分析了MIC架構(gòu)上程序單線程性能存在的問(wèn)題，發(fā)現(xiàn)未能充分利用512位寬向量單元是主要原因之一。使用了硬件計(jì)數(shù)器軟件Likwid，測(cè)試了NPB-MZ在MIC上的向量化密度，并基于編譯器的向量化報(bào)告功能，分析了程序關(guān)鍵代碼不能被向量化的情況及原因。這些結(jié)果進(jìn)一步揭示了CFD程序在MIC體系結(jié)構(gòu)上的性能特征，論文在此基礎(chǔ)上對(duì)CFD程序性能優(yōu)化工作提出了建議，具有一定參考價(jià)值。⑶

4、通過(guò)一個(gè)微基準(zhǔn)程序Stanza Triad對(duì)Intel MIC的硬件預(yù)取技術(shù)進(jìn)行了模擬。對(duì)于給定的數(shù)據(jù)訪問(wèn)模式，基于硬件預(yù)取建立的性能分析模型可以準(zhǔn)確地獲取其在MIC架構(gòu)上的內(nèi)存開(kāi)銷。并且通過(guò)該模型我們總結(jié)出非連續(xù)的訪存模式是影響帶寬效率和訪存受限程序性能的決定因素的結(jié)論，為更好地發(fā)揮預(yù)取功能獲得更好的帶寬性能，程序員需要書(shū)寫(xiě)盡可能長(zhǎng)的字節(jié)。基于以上結(jié)論，我們研究了模板計(jì)算對(duì)不同維進(jìn)行分塊的七種分塊優(yōu)化策略，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試驗(yàn)證了如下結(jié)論