基于CPU-GPU異構(gòu)并行系統(tǒng)的大規(guī)模人工社會(huì)仿真計(jì)算加速方法研究.pdf

1、人工社會(huì)是進(jìn)行社會(huì)科學(xué)研究的有效手段，其核心方法是基于Agent的建模、仿真和實(shí)驗(yàn)分析。隨著仿真應(yīng)用需求的發(fā)展，人工社會(huì)規(guī)模逐漸增大，Agent模型及其行為規(guī)則日益復(fù)雜、交互關(guān)系網(wǎng)絡(luò)越來越龐大。為了滿足人工社會(huì)仿真計(jì)算實(shí)驗(yàn)實(shí)時(shí)性、高效性的要求，提高大規(guī)模人工社會(huì)仿真執(zhí)行效率就成為了亟待解決的問題。隨著 GPU等異構(gòu)處理器的發(fā)展，CPU/GPU異構(gòu)并行系統(tǒng)在合理功耗下能夠獲得強(qiáng)大的計(jì)算性能，已經(jīng)成為高性能計(jì)算機(jī)發(fā)展的方向，也逐漸應(yīng)用于仿真

2、領(lǐng)域的計(jì)算加速中。面對(duì)日益增長的人工社會(huì)仿真規(guī)模和復(fù)雜度，利用CPU/GPU異構(gòu)并行系統(tǒng)計(jì)算優(yōu)勢(shì)進(jìn)行仿真性能優(yōu)化，就成為了提升人工社會(huì)仿真執(zhí)行效率的有效途徑。
　　在上述問題背景下，本文基于單進(jìn)程、多線程的保守并行仿真引擎框架，提出了基于三層引擎管理的CPU/GPU異構(gòu)并行仿真引擎架構(gòu)，同時(shí)針對(duì)大規(guī)模Agent仿真特點(diǎn)，對(duì)GPU仿真內(nèi)核的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和調(diào)度算法進(jìn)行了設(shè)計(jì)和優(yōu)化。為了彌補(bǔ)并行仿真內(nèi)核對(duì)人工社會(huì)不同應(yīng)用領(lǐng)域的性能加速局限，

3、本文提出了面向領(lǐng)域的GPU仿真計(jì)算服務(wù)組件思想。主要研究工作和成果如下：
　　(1)提出了面向大規(guī)模人工社會(huì)的CPU/GPU異構(gòu)并行系統(tǒng)計(jì)算加速方法和實(shí)現(xiàn)框架。CPU/GPU異構(gòu)并行系統(tǒng)計(jì)算加速方法將 GPU的兩種仿真應(yīng)用方式（協(xié)處理器與主處理器）共同應(yīng)用于大規(guī)模Agent仿真的計(jì)算加速中。GPU主處理器方式與CPU一起構(gòu)成異構(gòu)仿真引擎，負(fù)責(zé)Agent仿真的底層驅(qū)動(dòng)計(jì)算加速，同時(shí)GPU協(xié)處理器方式以計(jì)算組件的方式接入仿真引擎，將人

4、工社會(huì)模型中的大規(guī)模并發(fā)計(jì)算剝離，載入GPU中實(shí)現(xiàn)并行計(jì)算加速。在基于三層引擎管理的引擎架構(gòu)下，異構(gòu)仿真內(nèi)核和計(jì)算組件可以實(shí)現(xiàn)靈活拓展。
　　(2)實(shí)現(xiàn)了面向大規(guī)模Agent仿真的GPU仿真內(nèi)核。根據(jù)Agent仿真特點(diǎn)和GPU硬件執(zhí)行特點(diǎn)，對(duì)Agent模型和事件隊(duì)列數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，并基于此數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了基于同步保守并行策略的GPU內(nèi)核調(diào)度算法。針對(duì) GPU內(nèi)核運(yùn)行時(shí)的并發(fā)事件操作，提出了GPU消息輸出算法；為了進(jìn)一步提升同步