眾核集群程式設計機制研究

《眾核集群程式設計機制研究》是依託北京大學，由陳一峯擔任負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：眾核集群程式設計機制研究
• 項目負責人：陳一峯
• 項目類別：面上項目
• 依託單位：北京大學

項目摘要

眾核（GPU）集群是在普通集群的各節點上增加眾核加速設備構成的異構集群，也是當前大規模超算系統的典型架構。本課題研究基於新數組類型的程式設計機制。其主要思想是將多維數組擴展為多層次的樹狀結構。這一擴展間接反映了眾核集群樹狀存儲器結構和不同處理器在集群架構中的異構性。數據的劃分、分布、轉置與變形均可以在新數組類型這一層次得以簡潔表示和處理，而同類的執行緒也組成數組：多核並行、眾核並行以及集群並行得以統一。這一程式設計機制在支持用戶對系統的全面控制和深度性能最佳化的同時可以簡化並行程式的設計、維護和修改。本課題也將提供在天河這樣的大型GPU系統上穩定計算的技術與編程接口。

結題摘要

本課題研究眾核集群程式設計機制，實現了Parray編程接口。該編程接口擴展了程式語言中的常用的數組類型，增加了數據在體系架構中的分布排列信息，使得像天河這樣的複雜結構超級計算機在運行中可以利用這些信息高效執行。Parray的理論基礎是抽象（程式）代數，具有完全的表示能力，其程式往往十分簡潔。本項目完成了Parray的語言機制的設計，開發了源到源的Parray編譯器：根據C程式中的額外Parray語句自動生成並行C程式。Parray編程框架在多個系統上（包括天河1A系統和國產眾核系統）進行了移植和測試。一般來說，一個Parray程式只要少量修改就可以在不同架構的並行系統上運行。Parray編程方法的相關研究成果發表在並行計算領域頂級會議PPoPP 2012。 本項目與北京大學工學院陳十一教授的團隊合作，成功地將原來在CPU集群上開發的直接法湍流代碼移植為16節點GPU集群上高速FFT新算法的Parray程式，並進一步移植到天河1A集群並擴展到全機7168節點。最近項目組進一步將該程式成功移植到完全不同架構特點的國產眾核超級計算系統上並進行了8192三維大規模的模擬計算，並測試並良好擴展到16384三維規模。這是目前世界上最大規模的湍流模擬。