多核異構環(huán)境下通用并行計算框架關鍵技術研究.pdf

1、隨著科技的發(fā)展,尤其是計算機技術的發(fā)展,各個行業(yè)中的數(shù)據(jù)量都開始呈指數(shù)型增長,傳統(tǒng)的串行計算能力,已經(jīng)遠遠不能滿足日益增長的數(shù)據(jù)處理需求。在這種背景下,并行計算技術應運而生,其主要目的是快速解決大型且復雜的計算問題。并行計算不僅和國家的科技和經(jīng)濟發(fā)展密切相關,而且直接影響到國防能力和國家安全,如核爆炸模擬,復雜系統(tǒng)精確解算、基因研究和國家機要通信的加密與解密等等。并行計算能力是衡量國家實力的重要標志。
　　雖然并行計算已發(fā)展多年,

2、在一些具體問題的解決上也已經(jīng)有了較為實用的方案,總結(jié)了相當多的經(jīng)驗,但還遠遠不及串行算法那樣豐富,因此這門學科研究尚不成熟。并行算法與串行算法的最大不同之處在于,不僅需要考慮問題本身的解決方法,還需要考慮問題所適用的并行模型,若要達到效率最大化,還需要考慮處理器架構、網(wǎng)絡連接等因素,這必然會增加并行算法的設計和實現(xiàn)難度。
　　本論文在分析了并行計算中的各種難題以及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀的基礎上,針對并行計算模型的種種難題,提出了一種新的滿

3、足多核處理器機群計算需求的分層異構并行的通用計算模型,并對其中的關鍵技術做了初步研究,具體內(nèi)容如下:
　　(1)提出了一種新的滿足多核處理器機群計算需求的分層異構并行的通用計算模型,該模型將目標問題的開發(fā)劃分為程序模型算法設計、并行程序設計、并行程序執(zhí)行三個階段。程序模型算法設計階段,開發(fā)人員面對參數(shù)化的并行機設計程序模型算法;并行程序設計階段,開發(fā)人員利用并行開發(fā)平臺開發(fā)具體的并行程序,實現(xiàn)并行任務;并行程序執(zhí)行階段,并行程序運

4、行在相應的軟硬件架構下,通過解釋系統(tǒng)優(yōu)化的計算參數(shù)優(yōu)化指令執(zhí)行效率。
　　(2)對模型框架進行細化和實現(xiàn),針對分層異構模型的分層,在不同的層次設計相應的方法庫、參數(shù)庫、程序復用庫等工具對模型功能以匹配,分層實現(xiàn)并行算法設計與實現(xiàn)的過程,最終實現(xiàn)并行計算模型的動態(tài)性、自適應性、可重構性與通用性。
　　(3)在不同的層次之間,提出了語言解釋系統(tǒng)和編譯系統(tǒng),實現(xiàn)層次之間的鏈接,保證了系統(tǒng)模型的框架的完整性和可實現(xiàn)性。
　　(

5、4)利用該異構并行通用計算模型,實現(xiàn)了疊前偏移程序并行算法的設計。疊前偏移程序算法是石油探測中經(jīng)典算法之一,該算法的串行程序已經(jīng)較為完善,但其并行算法一直是個較為復雜的問題。應用該模型很好地解決了其并行性。
　　該通用并行計算框架對應用開發(fā)人員提供簡單易用的設計語言,實現(xiàn)并行計算程序設計的高效性、正確性、普適性。因而具有廣泛的應用前景和顯著的社會效益。分層異構并行的通用計算模型為應用開發(fā)人員提供獨立于硬件的可擴展的編程接口,為具有