高性能計算機若干關鍵問題研究.pdf

1、高速緩存一致性問題不僅關系著系統(tǒng)的正確性，還對系統(tǒng)的性能有著重要影響。多核處理器的高速緩存一致性協(xié)議設計更為復雜和驗證更加困難。使用多核處理器構建大規(guī)模并行計算系統(tǒng)已經(jīng)成為主流。在此環(huán)境下，高速緩存一致性協(xié)議需要處理的一致性事務更多，涉及到處理器芯片內(nèi)多個高速緩存之間、處理器芯片內(nèi)高速緩存與片外高速緩存之間、處理器芯片之間的一致性問題等。所以研究多核處理器的高速緩存一致性問題具有重要的學術意義和應用背景。首先，本文對多核處理器中的高速緩

2、存一致性協(xié)議進行了研究，重點研究了擴放性較好、能適應多核處理器本身特點的MOESI協(xié)議及其實現(xiàn)，并對該協(xié)議做出了優(yōu)化；其次，本文研究了在由多核處理器構建的并行計算系統(tǒng)環(huán)境下的高速緩存一致性協(xié)議，實驗證明本文工作能夠有效減少片內(nèi)高速緩存失效次數(shù)(13％到30％)和提高系統(tǒng)性能(運行時間最多能減少30％左右)；最后，本文研究了片上高速緩存的包含與非包含策略，提出了一個基于不包含策略的片上高速緩存系統(tǒng)設計，從而提高了片上高速緩存容量的利用率和

3、提升了多核處理器的性能。
　　 高性能計算機是一個國家的重要戰(zhàn)略資源，其國產(chǎn)化水平是一個國家綜合國力的集中體現(xiàn)。目前采用我國具有完全自主知識產(chǎn)權的龍芯多核處理器構建高性能計算機已經(jīng)被一些研究單位或機構納入日程。首先，本文特別針對科學計算領域應用，對龍芯體系結構的多核處理器的片上緩存系統(tǒng)的性能進行了評測，指出了龍芯多核處理器在科學計算領域中的一些性能特點。其次，依此進行了一些設計空間上的探索。實驗證明，在某些情況下可以使片上二級高

4、速緩存命中率提高50％以上，等。
　　 高性能計算機的網(wǎng)絡，對于機器的整體性能具有至關重要的作用。首先，本文研究了一種先進的新型網(wǎng)絡拓樸結構：MPU，研究內(nèi)容包括其數(shù)學模型、網(wǎng)絡拓撲、路由算法等。其次，本文從理論上對MPU與當前其他先進高性能計算機網(wǎng)絡進行了對比分析。最后，本文還介紹了為MPU所開發(fā)的一個大型并行模擬器MPUS的原理、架構、工作流程，等。實驗證明，MPU的設計正確，且具有良好的可擴放性。
　　 KD-50

5、-I萬億次計算機是首臺基于龍芯通用高性能處理器的國產(chǎn)萬億次計算機。首先，本文圍繞KD-50-I的體系結構設計，研究實現(xiàn)了KD-50-I的無盤啟動技術、構建了KD-50-I的高效操作系統(tǒng)和文件系統(tǒng)、優(yōu)化了KD-50-I通信庫，從而提高了系統(tǒng)的性能和可用性，有利于KD-50-I的推廣應用。其次，本文研究了實際物理學研究中常用到的掃描電子顯微成像模擬程序在KD-50-I上的應用，并對其進行了優(yōu)化。本項工作提高了應用程序運行效率，為KD-50-