MIC-CPU對等模式下程序優(yōu)化研究.pdf

1、近年來，超級計算機不斷發(fā)展，已成為信息時代下各國科技實力的一個重要體現(xiàn)。然而受限于晶體管物理極限以及當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，要達到更強的計算性能，一個可行的方法是不斷的增加計算集群的規(guī)模。然而，計算規(guī)模的增大必然導致整個系統(tǒng)功耗的線性增長。因此從2007年開始，人們開始使用GPGPU進行高密度的浮點計算，協(xié)助CPU進行高速運算，這種由不同類型運算部件構成的系統(tǒng)也稱之為異構計算

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

3、Message-Passing Interface, MPI）進行消息傳遞。與運行在傳統(tǒng)只由CPU構成的計算系統(tǒng)上的MPI程序類似，MPI通信也會造成不小的程序運行開銷。
　　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)行時的通信開銷，并進行與其相關的優(yōu)化研究。主要取得了以下成果：
　　1.對等模式下，運算部件包括CPU和MIC，MIC通過PCI-e接口連接到CPU構成計算節(jié)點，集群中各個計算節(jié)點通過高速網(wǎng)

4、絡進行互連。而兩個相互通信的進程間可能在整個集群中的任何兩個運算部件上，通信時通路的不同帶來通信的復雜性。本文對MIC-CPU對等模式通信與應用的性能展開測試與分析，包括節(jié)點內和節(jié)點間CPU+MIC及MIC+MIC等不同組合時運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質是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