基于龙芯2F的国产万亿次高性能计算机KD-50-I的研制

高性能计算机作为国家的战略资源,其自主性格外重要.龙芯2F是国产的高性能通用处理器,其低功耗、低成本和高集成度的特点对研制新一代高性能计算机系统具有很强的优势.KD-50-I万亿次高性能计算机采用336个龙芯2F处理器作为计算单元,使用两级全交换千兆以太网实现互连,具有高性能、低成本、低功耗和低占地面积等特点.KD-50-I的系统软件以开源软件为主,具有兼容性强、易维护、易升级、易使用等特点.在KD-50-I系统上对通信性能和BLAS数学库进行优化之后,Linpack峰值达到35.1%.

KD-50-I-E:一台增强型高性能计算机

与基于龙芯2F处理器的国产万亿次高性能计算机KD-50-I相比,KD-50-I-E增强了系统的配置,改进了计算节点的设计,包括提高系统主频,采用速度更快的交换芯片和合理的结构布局,使整机性能得到提升,运行更加稳定可靠.目前已成功应用于城市交通控制与管理、防灾减灾.通过灵活配置计算节点、服务节点和其他应用部件,可以构建出适应不同行业应用需求的高性能计算机系统.

KD-50-I-E平台的FCD并行计算与交通动态诱导

Intelligent traffic system(ITS) is a development trend for urban modern traffic.Active guidance control for urban traffic can relieve increasing traffic congestion pressure effectively.FCD(floating car data) based dynamic guidance for urban traffic is one of the directions of traffic control research.To meet the real-time demand for massive FCD processing,an FCD parallel computing based dynamic traffic guidance approach is presented and implemented.The FCD properties are analyzed in detail.An FCD parallel computing based dynamic traffic guidance system is developed on KD-50-I-E platform.Experimental results demonstrate the effectiveness and feasibility of the proposed approach.

KD-50-I中的无盘启动技术、文件系统架构及BLAS库优化

KD-50-I是第一台采用国产龙芯2FCPU的万亿次高性能计算机.在KD-50-I中,所有的计算单元采用无盘结构,启动时需要通过网络从服务器上下载内核并启动之.为达到该目的,需要修改龙芯的BIOS程序(龙芯使用的BIOS基于一款经过修改的叫做PMON的开源软件)以使之在完成系统初始化工作之后,自动完成下载内核并启动等工作.为此我们为PMON开发了RTL8169千兆以太网卡驱动程序,并修改了其初始化流程.本文介绍PMON中RTL8169网卡驱动程序的实现情况,利用tftp协议实现网络启动的情况,KD-50-I中的文件系统架构以及KD-50-I上的BLAS库优化情况等.

基于龙芯2F体系结构的BLAS库优化

在KD-50-I平台上,基于常用优化技术,根据龙芯2F体系结构的特点,在数据预取、指令调度方面,针对高性能计算机系统中能有效解决线性代数问题的子程序集合BLAS,提出了新的优化技术,充分发挥龙芯2F处理器的性能,实现了高性能的BLAS.实际测试表明,高性能BLAS在750 MHz的龙芯2F处理器(双精度浮点峰值3 Gflops)上HPL实测峰值达到1.47 GHz,比原始BLAS提高了6倍以上,比ATLAS提高了45%.

PHPC：一种普及型高性能计算机

高性能计算的一个发展方向是可扩展系统,当前主要是研究千万亿次计算的关键技术;另一个发展方向是普及型系统,为此我们提出了PHPC(personal high performance computer)的一组技术.PHPC的主要特征是:适合办公室环境、规模化产品、用户为中心的使用模式、面向生产率的编程模式.面向普及的个人高性能计算机提供了许多创新研究的机会.基于PHPC的思想,我们给出了称为KD-50-Ⅱ的龙芯万亿次个人高性能计算机的设计,初步验证了PHPC的可行性.

龙芯2F上的访存优化

一般的数据处理程序中,计算时间在其中往往只起次要作用,因此访存方式是否有效对程序的性能影响很大。在基于龙芯2F处理器研制的高性能计算机系统KD-50-I上安装ATLAS,经测试其性能只达到龙芯2F理论峰值的30%。通过循环展开减少函数存储访问次数,增大计算访存比;采用数据分块、部分拷贝以增强访存局部性,减少cache失效;利用非阻塞cache加快内存访问速度等访存优化技术,将ATLAS性能提高50%以上。