一種基于CPU/MIC異構體系結構的高效能系統技術方案

本發明專利技術提供了一種基于CPU/MIC異構體系結構的高效能系統，涉及到計算機高性能計算領域。本發明專利技術的整個系統設計包括三個方面：硬件部分設計、系統環境配置及軟件部分設計；該系統實現軟硬件一體化設計，采用CPU/MIC異構體系結構，融合了CPU平臺的多核計算能力與MIC的眾核計算能力，其中CPU參加邏輯計算和密集核心計算，而MIC僅參與核心密集計算，通過CPU與MIC共同計算，實現性能最大化。本發明專利技術的有益效果是：該系統通過CPU與MIC協同計算，解決了高性能計算應用的性能瓶頸和功耗問題，具有高性能、低功耗的特點，且降低了機房構建成本和管理、運行、維護費用。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及高性能計算領域，具體地說是一種基于CPU/MIC異構體系結構的 聞效能系統。
技術介紹
高性能計算是信息領域的前沿高技術，隨著信息化社會的飛速發展，人類對信息處理能力的要求越來越高 ，不僅石油勘探、氣象預報、航天國防、科學研究等需求高性能計算，而金融、政府信息化、教育、企業、網絡游戲等更廣泛的領域對高性能計算的需求迅猛增長。計算速度對于高性能計算尤為重要，高性能計算將朝多核、眾核發展，采用異構并行提升應用計算速度，目前CPU+GPU是非常成熟的異構協同計算模式，但由于GPU在編程效率、細粒度并行算法、大規模并行性能上都存在巨大挑戰。MIC (Many Integrated Core)是Intel公司開發的,用于高性能并行計算的眾核芯片。它是從已有的Xeon處理器產品基礎上發展而來，它專為超高性能計算而生的新架構。MIC在計算機體系中，作為CPU的協處理器而存在。MIC芯片通常有50個以上精簡的x86核心，每個core支持4個硬件線程，可并行執行的任務數達到200以上，提供高度并行的計算能力，其雙精峰值性能達到lTFlops。MIC技術將加快高性能計算的發展，快速解決高性能計算應用的性能瓶頸。
技術實現思路
本專利技術鑒于現有計算機異構并行提升效能中存在的不足之處，及MIC眾核芯片具有高性能并行計算的特點，提供一種基于CPU/MIC異構體系結構的高效能系統。本專利技術所提出的系統針對高性能計算應用，采用CPU/MIC異構體系結構，融合了CPU平臺的多核計算能力與MIC的眾核計算能力,解決了高性能計算應用的性能瓶頸。該系統是按如下方式解決所述技術問題的整個系統設計包括三個方面硬件部分設計、系統環境配置及軟件部分設計；該系統實現軟硬件一體化設計，采用CPU/MIC異構體系結構，其中CPU參加邏輯計算和密集核心計算，而MIC僅參與核心密集計算，通過CPU與MIC共同計算，實現性能最大化。下面對該系統的組成部分分別進行說明 (1)硬件部分設計 a)系統的每個節點采用雙路，能支持兩塊CPU同時工作； b)系統帶有兩個以上PCIE插槽，能插兩塊MIC卡； c)系統的內存配置要大，是原有CPU系統的2倍以上； d)系統的每個節點功耗能支持1300 以上； (2)系統環境配置 a)操作系統能支持MIC，需要安裝Linux操作系統；b)編譯器能支持MIC,采用Intel的icc、icpc、ifort編譯器； c)支持MIC的驅動； (3)軟件部分設計 a)選擇高性能計算應用算法； b)對原有應用分析，若原有程序實現是采用單線程運行在CPU平臺，則首先利用CPU多核平臺，采用OpenMP編程模型把應用程序以多線程方式實現； c)然后在CPU多線程程序基礎上在MIC卡上實現線程擴展，采用120個線程并行，使其在MIC上并行執行； d)把整個系統的計算能力劃分為3個設備第一塊MIC卡作為設備0，第二塊MIC卡作為設備1，兩塊CPU作為設備2 ； e)把整個計算任務按照這三個設備的計算能力進行劃分，使三個設備同時并行計算，實現CPU與MIC同時計算，并保證負載均衡。本專利技術的一種基于CPU/MIC異構體系結構的高效能系統的有益效果是該系統通過CPU與MIC協同計算，解決了高性能計算應用的性能瓶頸和功耗問題，具有高性能、低功耗的特點，且降低了機房構建成本和管理、運行、維護費用。 附圖說明附圖1為本專利技術所述系統的計算設備劃分示意圖。具體實施例方式為了使本專利技術的目的、技術方案更加清晰，下面結合附圖和實施例，對本專利技術作進一步詳細說明。本專利技術的目的在于利用CPU/MIC異構體系結構實現一種高效能系統，整個系統設計主要由硬件部分設計、系統環境配置及軟件部分設計三部分組成。該系統通過實現軟硬件一體化設計，采用CPU/MIC異構體系結構，融合了 CPU平臺的多核計算能力與MIC的眾核計算能力，其中CPU參加邏輯計算和密集核心計算，而MIC僅參與核心密集計算，CPU與MIC共同計算，實現性能最大化。下面對本專利技術的整個系統設計的各個部分進行說明 (1)硬件部分設計 a)系統的每個節點采用雙路，支持兩塊CPU同時工作； b)系統帶有兩個以上PCIE插槽，能夠插兩塊MIC卡； c)系統的內存配置要大，是原有CPU系統的2倍以上； d)系統的每個節點功耗支持1300 以上； (2)系統環境配置 d)操作系統要求支持MIC，需要安裝Linux操作系統； e)編譯器支持MIC,采用Intel的icc、icpc、ifort編譯器； f)支持MIC的驅動； (3)軟件部分設計 此系統要實現高效，必須軟硬件一體化設計，讓應用軟件運行跑在此系統上效率最高，整個軟件部分設計如下 a)選擇高性能計算應用算法，此算法有高并行任務，并行任務之間數據無依賴，并行性好,整個應用對系統性能要求高； b)對原有應用分析，當原有程序實現是采用單線程運行在CPU平臺上時，則首先利用CPU多核平臺；采用OpenMP編程模型把應用程序以多線程方式實現，使其兩塊CPU的所有核的計算能力全部發揮出來； c)然后在CPU多線程程序基礎上在MIC卡上實現線程擴展，采用120各線程并行，使其在MIC上并行執行，發揮出MIC眾核的計算能力； d)把整個系統的計算能力劃分為3個設備第一塊MIC卡作為設備0，第二塊MIC卡作為設備1，兩塊CPU作為設備2 ;如圖1所示； e)把整個計算任務按照這三個設備的計算能力進行劃分，使三個設備同時并行計算，實現CPU與MIC同時計算，并保證負載均衡，整個系統實現高性能。實施例 下面通過一個實施例來詳細說明該高效能系統的技術特點和優點。該實施例中高效能系統如下設計。(I)硬件部分設計 a)系統的每個節點采用雙路，支持兩塊CPU同時工作，本實施過程系統采用2塊intel Xeon56756 核 CPU，主頻為 3. 07GHz ； b)系統帶有兩個以上PCIE插槽，能夠插2塊MIC卡，本系統采用2塊MIC卡，每個卡上有30個核心； c)系統的內存配置要大，本系統每個節點配置96GB內存； d)系統的每個節點功耗支持1300 以上，保證整個系統正常運轉，本系統最大功率支持1300w。(2)系統環境配置 a)操作系統要求支持MIC,本實施過程采用Red Hat Enterprise Linux 6.0 GA64-bit kernel 2.6. 32-71 ； b)編譯器支持MIC，采用 Intel 編譯器 l_ccompxe_2013_beta. 0. 047 ； c)支持MIC 的驅動，采用 KNC-AlphaUpdate 1-2.1. 2430-9。(3)軟件部分設計 a)選擇地震疊前時間偏移(PSTM)作為我們應用的實施的高性能計算應用，此應用算法的并行任務達到幾十萬，并行任務之間數據無依賴,并行性好,其對性能要求高； b)原有PSTM程序以單線程運行在CPU平臺，首先利用CPU多核平臺，采用OpenMP編程模型把它以多線程方式實現，把所用計算任務采用16個線程并行起來，使2塊CPU的所有核的計算能力全部發揮出來； c)然后在PSTMCPU多線程并行程序基礎上在MIC本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于CPU/MIC異構體系結構的高效能系統，其特征在于整個系統設計包括三個方面：硬件部分設計、系統環境配置及軟件部分設計；該系統實現軟硬件一體化設計，采用CPU/MIC異構體系結構，融合了CPU平臺的多核計算能力與MIC的眾核計算能力，其中CPU參加邏輯計算和密集核心計算，而MIC僅參與核心密集計算，通過CPU與MIC共同計算，實現性能最大化。

【技術特征摘要】
1.一種基于CPU/MIC異構體系結構的高效能系統，其特征在于整個系統設計包括三個方面硬件部分設計、系統環境配置及軟件部分設計； 該系統實現軟硬件一體化設計，采用CPU/MIC異構體系結構，融合了 CPU平臺的多核計算能力與MIC的眾核計算能力,其中CPU參加邏輯計算和密集核心計算,而MIC僅參與核心密集計算，通過CPU與MIC共同計算，實現性能最大化。2.根據權利要求1所述的高效能系統，其特征在于所述硬件部分設計如下 系統的每個節點采用雙路，能支持兩塊CPU同時工作； 系統帶有兩個以上PCIE插槽，能插兩塊MIC卡； 系統的內存配置要大，是原有CPU系統的2倍以上； 系統的每個節點功耗能支持1300 以上。3.根據權利要求1所述的高效能系統，其特征在于所述系統環境配置如下 操作系統能支...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張清，張廣勇，
申請(專利權)人：浪潮電子信息產業股份有限公司，
類型：發明
國別省市：