神威平台上等离子体保结构大规模模拟的并行算法分析与优化

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摘要

第1章绪论

1．1 研究背景

1．1．1 等离子体模拟应用提出的计算挑战

1．1．2神威·太湖之光与申威异构众核处理器SW26010

1．1．3神威·太湖之光上并行应用实现与性能优化所面临的挑战

1．2本文研究目标与工作内容

1．3论文结构

第2章相关工作

2．1 等离子体模拟问题

2．1．1等离子体基本模型

2．1．2等离子体模拟方法

2．2等离子体模拟应用SymPIC及其实现

2．2．1 等离子体模拟应用SymPIC

2．2．2 SymPIC在同构多核CPU平台的并行实现

2．2．3 SymPIC在商用CPU+GPU异构平台的并行实现

2．3神威平台上相关的科学计算工作

2．3．1 分子动力学模拟问题

2．3．2 stencil计算问题

2．3．3矩阵乘法与卷积计算问题

2．4本章小结

第3章SymPIC应用特征分析

3．1．1程序模块分析

3．1．2主要函数调用关系分析

3．2 SymPIC核心代码分析

3．2．1 核心计算代码结构分析

3．2．2核心计算代码数据结构

3．3软件运行时行为特征分析

3．3．1计算特征

3．3．2访存特征

3．3．3通信特征

3．3．4 I／O特征

3．4本章小结

第4章SymPIC在神威·太湖之光上的优化

4．1 SymPIC在神威·太湖之光上的并行化方案

4．2 SymPIC在神威平台上的瓶颈分析

4．3面向申威众核的向量化计算方案

4．3．1 隐式计算核心向量化

4．3．2显式计算核心向量化

4．4从核访存优化

4．4．1 通过DMA降低从核加载主存数据的时间开销

4．4．2通过数据重新排布提升向量数据加载效率

4．5数据缓冲方案

4．5．1基于软件模拟Cache的场数据缓冲

4．5．2基于多缓冲区的粒子数据预取

4．6分布式I／O方案

4．7本章小结

第5章SymPIC性能测试与分析

5．1 实验软硬件配置与测试算例

5．2不同优化策略的加速效果及分析

5．3可扩展性测试

5．4 SymPIC在神威·太湖之光上的软硬件受限情况分析

5．4．1 从核局部存储大小受限问题

5．4．2从核访主存带宽受限问题

5．4．3从核指令Cache受限

5．4．4系统软件受限

5．5本章小结

第6章全文总结

6．1研究工作总结

6．2本文创新点

6．3未来工作展望

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的研究成果

在读期间参与的科研项目