《面向大規模並行計算機系統的軟體低功耗關鍵技術研究》是依託中國人民解放軍國防科技大學，由陳娟擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：面向大規模並行計算機系統的軟體低功耗關鍵技術研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：陳娟
- 依託單位：中國人民解放軍國防科技大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
在新一代大規模並行計算機系統中，高功耗是不可迴避的關鍵問題之一。過高的功耗給並行系統的可靠性、穩定性帶來了諸多問題，並增加了系統運行成本，成為制約大規模並行計算機系統發展的嚴重障礙。目前，針對大規模並行系統的低功耗研究正在成為國際研究熱點。我們藉助銀河系列高性能計算機研製的豐富經驗，從低功耗的角度出發，展開面向大規模並行計算機系統的多項軟體低功耗關鍵技術研究。項目基於大規模並行計算特點，主要內容包括OpenMP 並行循環調度的低功耗技術、MPI 全局操作的低功耗技術和計算與通信重疊的低功耗技術。我們從研究內容合理性、可行性等多方面加以了論證。通過論證，我們認為上述技術是降低系統功耗行之有效的軟體技術。
結題摘要
本項目藉助銀河系列、天河高性能計算機研製的豐富經驗，從能量最佳化角度出發，圍繞構成大規模並行計算機系統的幾個關鍵領域，展開了低功耗最佳化的技術研究，取得了一系列研究成果：（1）提出了基於OpenMP循環調度的結點機能量最佳化技術，將DVS和調度算法有機結合獲得了性能和能量的有效平衡，分別從性能約束下的能量最優和能量約束下的性能最優兩個角度展開研究，算法包括：EOSS，IEOSS，ECSS和ECPOSS；（2）提出了CPU/GPU異構系統功耗感知的並行循環調度技術以及Kernel Fusion技術，通過建立整數規劃問題模型並求解，獲得了時間約束下異構系統並行循環調度的能耗下界。進一步，對Kernel間不存在數據相關性和存在數據相關性的兩種情況均提出了Kernel合併策略，提高了GPU執行能效；（3）提出了動態核心關閉與動態頻率調節的混合低功耗最佳化技術，降低了訪存受限程式的能耗開銷。提出了異構系統的功耗管理策略，建立了異構體系結構程式能耗最佳化模型，給出了異構處理器並行執行能效平衡定理以及同構程式段功耗平衡定理；（4）針對MPI操作中最常見的一類barrier操作，提出了基於LogP指導的MPI barrier能量分析模型及最佳化算法，建立了combining tree barrier，tournament barrier和central counter barrier的能量最佳化分析模型，挖掘了這三類barrier算法中存在的大量空轉等待時間，進行處理器關閉，基於Open MPI coll框架中的實現驗證了分析模型的結果和實際模擬的結果偏差不大；（5）針對互連網路靜態能量問題，從路由器關閉角度，提出了基於通信區間平移的路由器時間維度劃分方法，提高路由器的可關閉時間比例，具體提出了兩個算法：最大連續占用的時間區間劃分算法和基於通信區間平移的最大連續占用的時間區間劃分方法，用以指導路由器時間上的關閉；（6）從理論上分析了磁碟調度序列、磁碟能量消耗和IO請求回響時間三者之間的關係，提出了平衡能量與回響時間的基於lazy調度的磁碟能量最佳化算法，該算法基於回響時間採用反饋的方式自適應地調整時間視窗大小，達到了磁碟能量最佳化和請求回響時間的有效平衡。
