眾核編程環境中多模型協同共存的系統化方法研究

《眾核編程環境中多模型協同共存的系統化方法研究》是依託鄭州大學，由曹仰傑擔任項目負責人的聯合基金項目。

基本介紹

• 中文名：眾核編程環境中多模型協同共存的系統化方法研究
• 項目類別：聯合基金項目
• 項目負責人：曹仰傑
• 依託單位：鄭州大學

項目摘要

眾核處理器技術的不斷發展為實現高效能計算提供了契機。如何有效提升套用軟體並行執行能力，實現資源最佳化配置和性能可擴展性成為眾核系統面臨的關鍵科學問題。針對上述問題，課題著重研究眾核編程環境中多模型協同共存的系統化方法；從低層異構資源統一抽象、資源動態最佳化分區、運行時最佳化控制以及任務高效調度等方面進行研究，旨在構建眾核環境中支持多編程模型高效協同運行的統一技術框架，改善新型眾核系統的整體效能和可擴展能力；研究成果對高效能計算機系統結構的基礎理論，以及《國家中長期科學和技術發展規劃》提出的先進計算平台建設具有重要意義。

結題摘要

編程模型和程式語言與體系結構息息相關，眾核編程模型一個重要目標是發掘並行性，從而讓硬體資源得到更充分的利用。為了提高並行應用程式的可程式性，降低並行程式編寫的難度，本課題著重圍繞眾核軟體生產效率層研究高效的線上資源調度算法、運行時支持技術，通過在訪存技術的基礎上建立統一存儲硬體抽象層，實現了基於任務竊取機制的眾核運行時線上調度原型系統，有效提升眾核處理器並行執行能力，實現資源最佳化配置和性能可擴展性。主要研究內容及成果包括： （1）提出了一種支持資源需求特徵動態感知的資源分層調度算法 針對眾核處理器系統中資源最佳化調度問題，提出了一種支持資源需求特徵動態感知的資源分層調度算法AC-DS。利用控制論中競爭分析方法對所提出算法進行理論分析，在同等條件下AC-DS相對於最優離線算法的競爭比O(1)。（2）構建一種基於任務竊取機制的眾核運行時線上調度原型系統 針對傳統任務調度策略在資源分配方面靈活性差、資源利用率低等問題，基於項目組先前提出的支持眾核運行時統一調度框架，構建了一種適於眾核處理器系統的自適應協同調度系統原型，消除傳統眾核編程模型運行時系統手動分配處理器核數的弊端，由運行時系統依據套用負載的資源需求特徵自適應分配與調節，有效提升資源使用效率和套用性能的可擴展能力。 （3）提出一種支持多種模型混合執行的運行時統一調度框架 針對眾核並行編程模型運行時環境易造成處理器核資源競爭加劇、利用率低以及可擴展性較差等弊端，基於動態反饋控制思想，將資源分配、運行時控制、任務執行視為有機整體，提出了支持多種模型混合執行的運行時統一調度框架。 （4）研究了在訪存層基礎上建立統一存儲硬體抽象層及分層編程模型 為提高眾核架構的可程式性，解決訪存、任務管理、並行通信及用戶編程接口等問題，本課題圍繞眾核並行編程模型層次化運行時支持技術展開研究，在軟體運行時環境中通過統一存儲硬體抽象層、顯式 cache一致性管理執行緒抽象層，解決存儲模型擴展、高效運行時支持及用戶並行編程接口問題。 基於項目組研究進展，到目前為止課題組共發表了13篇學術論文，包括3篇SCI國際期刊、6篇EI國際期刊/國際會議論文，並希望研究成果能為高性能計算、並行及分散式處理等領域提供方便、可靠的性能最佳化方法和驗證手段，推動眾核處理器套用範圍和性能最佳化研究的深入開展。