中国高性能计算机技术及标准现状分析

分析了当前国内外高性能计算机技术发展现状及趋势,阐述了在以机群为载体的泛高性能计算时代所面临的技术及市场发展的全新机会,并从ISO、IEC、ITU标准、行业标准和企业标准三个方面,剖析了当前国内外高性能计算机标准现状。指出发展中国高性能计算机标准势在必行,且对中国高性能计算机产业的良性发展具有重要的意义。

计算机体系结构模拟器技术和发展

对计算机体系结构模拟器的技术和发展历程进行评述,从速度、精度和灵活性三个方面对领域需求和相关技术做了分类总结,分析了上述三个方面的难点并从模拟器实现和使用两个层面介绍了现有的解决方案;给出了模拟器目前面临的困境及下一步发展趋势;对体系结构模拟器的开发和使用给出几点建议。

网格化的动态自组织高性能计算机体系结构DSAG

传统的高性能计算机系统面临着变革 ,特别是体系结构需要创新 应用程序的设计方法与运行模式、可重构计算、网格化技术和光互连技术将深刻影响未来高性能计算机系统体系结构的发展 提出了网格化动态自组织体系结构(DSAG) ,可以支持体系结构按需定制 (architectureondemand)的新模式 。

Dagger:一种散耦合的网格计算机体系结构

计算机系统面临着网格计算对其提出的资源共享、协同计算和应用服务的挑战 ,现有的计算机系统的体系结构不能够很好地适应这种需求 提出一种基于散耦合思想的网格计算机系统的体系结构 ,称之为DAGGER(De coupledAr chitecturewithGrid keyandGridEnablingResource) ,采用 8个基本概念构成网格计算机 。

曙光5000高性能计算机多播网络的设计

本文介绍了曙光5000高性能计算机多播网络设计的关键技术.减少多播与单播/多播与多播间的网络竞争是降低多播延迟的主要途径之一,而无死锁则是保障多播操作正确完成的前提.为了解决死锁问题,本文提出了一种基于全局资源公告的死锁避免方法;为了获得较低的多播延迟,本文充分利用胖树拓扑特点,提出了一种基于重载交换机去除的多播路径选择策略.测试结果表明,在网络重载情况下,相比于已有多播路径选择算法,本文的路径选择策略可以获得近三倍的性能提升.对于many-to-many多播通信,曙光5000多播网络可以获得90%以上的多播吞吐率.

高性能计算机曙光4000A的网格使能特征

网格计算的理想是实现基于Internet的资源共享和协同工作 ,是Internet继WWW后的又一个发展浪潮 高性能计算机 (超级服务器 )是网格中主要的共享资源提供者 ,而网格也必将成为高性能计算机的主要应用环境 因此网格成为推动高性能计算机发展的一个重要因素 ,高性能计算机研制中必须考虑网格的需求 ,并提供必要的支持 曙光 4 0 0 0A是由中国科学院计算技术研究所最新研制的面向网格的高性能计算机 ,该系统的研制得到国家“八六三”高技术研究发展计划的支持 ,并作为中国国家网格的主节点部署在上海超级计算中心 详细论述了曙光 4 0 0 0A系统中主要的网格使能特征 ,这些特征从体系结构、系统硬件和软件方面对网格提供了支持 。

计算机外设部件网格使能协议——gDevice

网格计算机是计算机体系结构未来的发展方向之一,网格使能部件是构成网格计算机系统的重要元素.网格使能部件具有网格实体、功能服务、智能互连3大特征,计算机部件网格使能中的关键问题包括设备描述、互连互通、资源共享与复用、安全等诸多方面.gDevice协议是一个用来解决计算机外设部件网格使能问题的协议.在网格计算机控制台系统GridConsole中,该协议已经得到了部分验证.

多核环境下高效集合通信关键技术研究

随着高性能计算需求的日益增长,多核处理器在高性能计算中间得到了广泛的普及.为了保证高性能计算机系统的效率,需要保持计算和通信的平衡性,多核的广泛使用对通信系统的效率提出了更高的要求.集合通信作为通信系统中的重要组成部分,研究多核环境下的高效集合通信具有十分重要的意义.文中首先研究了多核对集合通信性能的影响,并根据多核处理器共享Cache以及内存竞争的特点,提出了层次化算法、限制并发、NUMA感知的优化方法和Cache友好的优化算法,并分别在MPI_Barrier、MPI_Bcast和MPI_Alltoall中进行了验证.实验结果表明优化方法能够有效地利用多核结构特点,降低竞争带来的影响,提高了多核环境下集合通信的性能和可扩展性.

高速科学计算与大规模并行机

本文分析了高速科学计算中的“巨大挑战(Grand Challenges)”问题对大规模并行处理(MPP)系统的需求,比较了向量机与MPP,介绍了MPP的发展现状及关键技术,最后扼要地论述了并行计算模型、并行算法与并行程序环境。本文的目的是促使计算物理学者重视并行算法和并行科学计算软件的研究。

基于连续组织切片的神经三维可视化研究

提出了一个神经三维可视化系统的架构,研究了基于连续组织切片的神经三维可视化技术。其中针对神经切片图像和解剖结构的特殊性,结合不变矩,考虑空间约束关系对轮廓进行了有效对应;求取神经中心线并获得其拓扑结构,以此为基础提出了基于三维结构的神经束组分类算法并给出了利用该算法进行实验的结果。

高生产率计算系统

以往的高端计算领域将峰值运算速度作为衡量计算系统的最重要的指标.然而体系结构的失衡和落后的编程支持成为困扰高性能计算技术发展的关键问题.未来高端计算的发展方向应该着眼于提高系统的生产率,强调系统的易用性和好用性.介绍了HPCS的背景、目标、主要技术挑战以及主要的解决方案和关键技术.

基于高速通信协议的COSMOS机群文件系统性能研究

作为曙光 30 0 0超级服务器的重要组成部分 ,COSMOS机群文件系统对机群文件系统协议、结构及性能优化等问题进行全面深入的探讨 .首先描述了基于曙光 30 0 0机群高速通信协议 BCL - 3的 COSMOS文件系统的实现 ,然后引入并发带宽利用率 ,描述了通信与 I/ O对机群文件系统性能影响程度 ;

一种基于超步执行的并行模拟平台研究与实现

计算机系统的并行化趋势使得传统的串行模拟器正面临严峻的挑战,一方面由于执行速度和内存的限制无法模拟目标大规模并行系统;另一方面,无法充分利用已有并行系统的资源。因此,串行模拟器已经成为宿主机和目标系统之间的瓶颈。Hypersim是基于SMP集群平台的新型并行模拟器,运行于其上的主从式操作系统原型hyperOS为应用程序提供了运行环境,实验表明,该模拟平台可以正确地模拟一种新型的HPP高性能计算机体系结构。为了高效并行,hypersim中采用细粒度负载分配及高效的同步和通信机制,提出并采用超步执行技术来加速模拟器执行,结果显示hypersim在多进程情况下有一定的加速,在单进程多线程情况下有较好的加速比。

一个面向分布式桌面计算环境的超瘦客户端

瘦客户端技术通过程序逻辑与用户界面的分离以及处理的集中来达到提高资源利用率、降低系统成本、提高系统安全性等目的。该文介绍了一个适合面向分布式桌面计算环境的超瘦客户端系统——SmartTerm,分析了SmartTerm设计中面临的一些技术问题,提出了解决方案,并且以RFB协议为基础提供了一个SmartTerm的设计实现实例。SmartTerm可以应用到网格计算和普适计算环境下的网格终端、移动设备、远程控制设备等诸多领域。

用户级通信协议BCL-3对IP协议支持的研究

为了充分利用高性能网络,研究人员开发了多种用户级通信协议.这些用户级通信协议可以获得底层硬件提供的高带宽、低延迟.然而由于它们提供完全不同的应用程序接口,用户级通信协议往往只能支持科学计算,而不能支持传统的基于Socket接口、采用核心级通信协议的网络应用程序.通过增加一个IP协议支持模块,BCL-3用户级通信协议在支持科学计算的同时,可以有效地支持现有的基于TCP/IP协议的网络应用程序.而且在分析TCP/IP协议软件开销的基础上,IP协议支持模块有针对性地采用了一些优化技术,使运行在BCL-3上的TCP/IP协议可以取得很高的网络性能.改进的BCL-3已经运行在曙光3000L超级服务器上.在曙光3000L上,运行于BCL-3之上的TCP/IP协议取得了最大带宽938Mbps,最小单向延迟48.1ms的性能.

基于ServerScope的TCP/IP负载发生器的研究

Server Scope是一种新型服务器性能评测系统,具有面向用户、动态生成负载等特点,其中的TCP/ IP负载发生器负责网络性能相关测试.介绍了Server Scope系统中TCP/ IP负载发生器的设计和实现,并针对曙光4 0 0 0 L 信息安全应用的评测需求,在包测试的速率控制,提高发包速率,以及流测试在基于数据特征等方面,提出了一些新的软件实现方法,使得TCP/ IP负载发生器能够较为灵活地生成负载并具有较强的网络性能测试能力.

关于支持发育计算的网程结构的若干注记

比较了生物学中的细胞、操作系统中的进程和织女星网格的网程 传统的操作系统进程对应于低等生物(如细菌 )中的细胞 为了支持人机社会和网格的动态、开放特征 ,更有效地应对复杂性 ,网格应该学习更高级的生物体 ,提供增殖、分化和选择功能 这意味着两种新的计算模式 :发育计算和自然计算 这两种模式都能够提升网格系统的自主性 ,有利于实现自主计算 从计算机操作系统角度分析细胞的创建过程 ,指出进程与细胞的差距 ,从而提出发育计算的思想 。

基于全局地址空间的高效I/O虚拟化方法研究

针对多操作系统核心下网络I/O资源的高效共享问题,提出的基于全局地址空间的I/O虚拟化方法.方法采用了半虚拟化的设计思想,基于全局地址空间支持,主、从核心在通信的关键路径上均可对网络设备直接发起I/O操作,从而获得最佳的I/O虚拟化性能.本文以HPP结构为实例,研究了将提出的I/O虚拟化方法应用到HPP结构下对InfiniBand网络进行虚拟化的关键技术,实现了从核心I/O通信时的OS旁路和主核心旁路.对曙光6000原型系统的测试表明,在主、从核心配置相同的情况下,从核心使用虚拟化InfiniBand的通信性能与主核心相当,I/O虚拟化对应用性能的影响小于2%.

实例研究:一个信息系统的SLA评价

提出了一种SLA的详细设计,以中科院计算所信息系统为研究实例,并得以实现。SLA(ServiceLevelAgreement)是一种新的性能评价方法。为体现计算所信息系统的优越性,对新性能指标的定义进行了讨论。最后,通过与传统的评价方法的比较,得出SLA评价的一些优点。

多核下基于远程直接内存访问的高效远程过程调用研究

针对目前基于远程直接内存访问（RDMA）的远程过程调用（RPC）设计在多核背景下存在的性能和扩展性问题，提出了一种新的基于RDMAWrite的高效RPC设计方法并对网络文件系统（NFS）提供了支持。重点就设计中的安全性问题和内存管理机制进行了分析，并针对内存有效利用提出了被动和主动两种回收机制。测试结果表明，这种新的RPC设计方法能降低RPC延迟13％～20％。对内存文件系统及真实磁盘文件系统的测试表明，此设计能有效提高多核系统中RPC的性能和扩展性。