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文档简介
1、并行计算 Parallel Computing,基本概念,2020/6/29,2,如何满足不断增长的计算力需求?,用速度更快的硬件,也就是减少每一条指令所需时间 优化算法(或者优化编译) 用多个处理机(器)同时解决一个问题 并行计算,2020/6/29,3,串行计算与并行计算,2020/6/29,4,并行的层次,程序级并行 子程序级并行 语句级并行 操作级并行 微操作级并行,并行粒度,粗,细,2020/6/29,5,FLOPS,Floating point number Operations Per Second -每个时钟周期执行浮点运算的次数 理论峰值CPU主频每时钟周期执行浮点运算数CP
2、U数目 部分处理器每时钟周期执行浮点运算数:,2020/6/29,6,,2020/6/29,7,Top5002007年11月,高居榜首的依然是来自IBM的“蓝色基因/L”。自从2004年11月以来,该系统已经连续三年遥遥领先,而且计算能力不断提升,Linpack基准测试性能478.2 TFlop/s(每秒478.2万亿次运算),而半年前还是280.6 TFlop/s 拿下亚军位置的还是IBM,不过换成了一台落成不久的“蓝色基因/P”。位于德国尤里希研究中心的这套新系统运算能力167.3 TFlop/s,不过按照IBM的设计规划,蓝色基因/P的性能将有望突破1 TFl
3、op/s大关,即每秒一千万亿次运算。,2020/6/29,8,Top5002007年11月,第三名也是个新面孔,同时也是新墨西哥计算应用中心(NMCAC)的第一套超级计算机,由SGI基于Altix ICE 8200打造,计算能力126.9 TFlop/s。 同时印度史上首次杀入了TOP10行列,印度计算研究实验室的HP Cluster Platform 3000 BL460c以117.9 TFlop/s的性能拿到了第四位,2020/6/29,9,供应商系统数量,2020/6/29,10,供应商计算能力,2020/6/29,11,国家分布系统数量,2020/6/29,12,国家分布计算能力,20
4、20/6/29,13,体系结构系统数量,2020/6/29,14,体系结构计算能力,2020/6/29,15,应用领域系统数量,2020/6/29,16,应用领域计算能力,2020/6/29,17,操作系统系统数量,2020/6/29,18,操作系统计算能力,2020/6/29,19,处理器家族系统数量,2020/6/29,20,处理器家族计算能力,2020/6/29,21,系统数量,2020/6/29,22,计算能力,2020/6/29,23,2007年中国高性能计算机性能TOP100,2020/6/29,24,并行化方法,域分解(Domain decomposition) 任务分解(Tas
5、k decomposition) 流水线(Pipelining),2020/6/29,25,域分解,First, decide how data elements should be divided among processors Second, decide which tasks each processor should be doing Example: Vector addition,2020/6/29,26,域分解,Find the largest element of an array,2020/6/29,27,域分解,Find the largest element of a
6、n array,CPU 0,CPU 1,CPU 2,CPU 3,2020/6/29,28,域分解,Find the largest element of an array,CPU 0,CPU 1,CPU 2,CPU 3,2020/6/29,29,域分解,Find the largest element of an array,CPU 0,CPU 1,CPU 2,CPU 3,2020/6/29,30,域分解,Find the largest element of an array,CPU 0,CPU 1,CPU 2,CPU 3,2020/6/29,31,域分解,Find the largest
7、element of an array,CPU 0,CPU 1,CPU 2,CPU 3,2020/6/29,32,域分解,Find the largest element of an array,CPU 0,CPU 1,CPU 2,CPU 3,2020/6/29,33,域分解,Find the largest element of an array,CPU 0,CPU 1,CPU 2,CPU 3,2020/6/29,34,域分解,Find the largest element of an array,CPU 0,CPU 1,CPU 2,CPU 3,2020/6/29,35,域分解,Find
8、the largest element of an array,CPU 0,CPU 1,CPU 2,CPU 3,2020/6/29,36,域分解,Find the largest element of an array,CPU 0,CPU 1,CPU 2,CPU 3,2020/6/29,37,域分解,Find the largest element of an array,CPU 0,CPU 1,CPU 2,CPU 3,2020/6/29,38,任务(功能)分解,First, divide tasks among processors Second, decide which data ele
9、ments are going to be accessed (read and/or written) by which processors Example: Event-handler for GUI,2020/6/29,39,任务分解,f(),s(),r(),q(),h(),g(),2020/6/29,40,任务分解,f(),s(),r(),q(),h(),g(),CPU 0,CPU 2,CPU 1,2020/6/29,41,任务分解,f(),s(),r(),q(),h(),g(),CPU 0,CPU 2,CPU 1,2020/6/29,42,任务分解,f(),s(),r(),q(),
10、h(),g(),CPU 0,CPU 2,CPU 1,2020/6/29,43,任务分解,f(),s(),r(),q(),h(),g(),CPU 0,CPU 2,CPU 1,2020/6/29,44,任务分解,f(),s(),r(),q(),h(),g(),CPU 0,CPU 2,CPU 1,2020/6/29,45,流水线,Special kind of task decomposition “Assembly line” parallelism Example: 3D rendering in computer graphics,Rasterize,Clip,Project,Model,In
11、put,Output,2020/6/29,46,Processing One Data Set (Step 1),Rasterize,Clip,Project,Model,2020/6/29,47,Processing One Data Set (Step 2),Rasterize,Clip,Project,Model,2020/6/29,48,Processing One Data Set (Step 3),Rasterize,Clip,Project,Model,2020/6/29,49,Processing One Data Set (Step 4),Rasterize,Clip,Pro
12、ject,Model,The pipeline processes 1 data set in 4 steps,2020/6/29,50,Processing Two Data Sets (Step 1),Rasterize,Clip,Project,Model,2020/6/29,51,Processing Two Data Sets (Time 2),Rasterize,Clip,Project,Model,2020/6/29,52,Processing Two Data Sets (Step 3),Rasterize,Clip,Project,Model,2020/6/29,53,Pro
13、cessing Two Data Sets (Step 4),Rasterize,Clip,Project,Model,2020/6/29,54,Processing Two Data Sets (Step 5),Rasterize,Clip,Project,Model,The pipeline processes 2 data sets in 5 steps,2020/6/29,55,Pipelining Five Data Sets (Step 1),Data set 0,Data set 1,Data set 2,Data set 3,Data set 4,CPU 0,CPU 1,CPU
14、 2,CPU 3,2020/6/29,56,Pipelining Five Data Sets (Step 2),Data set 0,Data set 1,Data set 2,Data set 3,Data set 4,CPU 0,CPU 1,CPU 2,CPU 3,2020/6/29,57,Pipelining Five Data Sets (Step 3),Data set 0,Data set 1,Data set 2,Data set 3,Data set 4,CPU 0,CPU 1,CPU 2,CPU 3,2020/6/29,58,Pipelining Five Data Set
15、s (Step 4),Data set 0,Data set 1,Data set 2,Data set 3,Data set 4,CPU 0,CPU 1,CPU 2,CPU 3,2020/6/29,59,Pipelining Five Data Sets (Step 5),Data set 0,Data set 1,Data set 2,Data set 3,Data set 4,CPU 0,CPU 1,CPU 2,CPU 3,2020/6/29,60,Pipelining Five Data Sets (Step 6),Data set 0,Data set 1,Data set 2,Data set 3,Data set 4,CPU 0,CPU 1,CPU 2,CPU 3,2020/6/29,61,Pi
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