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双机热备份机群的可信性建模分析与比较

小型微型计算机系统 2004年第4期25卷 747-751页

作者：刘新宇高文孙凝晖中国科学院计算技术研究所北京100080

机群系统已成为高性能计算机和服务器发展的主流 ,机群的可信性分析是机群研究的热点之一 .本文深入研究了机群可信性建模的理论 ,对构成当前高可用机群系统的主要模式之一的双机热备份机群 ,建立多种可信性模型 ,着重于模型准确性与有... 详细信息

机群系统已成为高性能计算机和服务器发展的主流 ,机群的可信性分析是机群研究的热点之一 .本文深入研究了机群可信性建模的理论 ,对构成当前高可用机群系统的主要模式之一的双机热备份机群 ,建立多种可信性模型 ,着重于模型准确性与有效性的分析与比较。

关键词：机群系统双机热备份可信性建模 Markov模型 Petri网

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UGD:面向固态盘缓存系统的数据过滤技术

高技术通讯 2016年第8期26卷 739-749页

作者：张子刚蒋德钧孙凝晖中国科学院计算机体系结构国家重点实验室北京100190 中国科学院计算技术研究所北京100190 中国科学院大学北京100049

为了提高固态盘(SSD)缓存系统固态盘的使用寿命,研究了系统的数据过滤技术。针对现有固态盘缓存系统数据过滤技术没有考虑数据页重用距离,导致重用距离大于固态盘缓存大小的数据页进入固态盘缓存,造成不必要的缓存页替换和固态盘擦写,... 详细信息

为了提高固态盘(SSD)缓存系统固态盘的使用寿命,研究了系统的数据过滤技术。针对现有固态盘缓存系统数据过滤技术没有考虑数据页重用距离,导致重用距离大于固态盘缓存大小的数据页进入固态盘缓存,造成不必要的缓存页替换和固态盘擦写,从而降低缓存命中率和固态盘使用寿命的问题,提出了一种协同的数据过滤技术UGD。该技术综合考虑了数据页访问频率和数据页重用距离,让访问次数少和重用距离长的数据页不进入固态盘缓存,从而增长了固态盘的使用寿命。为了评测UGD技术的效果,实现了一个固态盘缓存模拟器,并使用开源负载和实际应用负载进行了大量实验。实验数据表明,与现有过滤技术相比,UGD技术能够使固态盘缓存系统的平均命中率提高10%,使固态盘平均写入量降低42.5%。

关键词：固态盘(SSD) 固态盘缓存系统固态盘寿命数据过滤

MACT:高通量众核处理器离散访存请求批量处理机制

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计算机研究与发展 2015年第6期52卷 1254-1265页

作者：李文明叶笑春王达郑方李宏亮林晗范东睿孙凝晖计算机体系结构国家重点实验室(中国科学院计算技术研究所) 北京100190 中国科学院大学计算机与控制学院北京100049 数学工程与先进计算国家重点实验室江苏无锡214125 中国科学技术大学计算机科学与技术学院合肥230022

网络服务等新型高通量应用的迅速兴起给传统处理器设计带来了巨大的挑战.高通量众核处理器作为面向此类应用的新型处理器结构成为研究热点.然而,随着片上处理核数量的剧增,加之高通量应用的数据密集型特点,"存储墙"问题进一步加剧.通过... 详细信息

网络服务等新型高通量应用的迅速兴起给传统处理器设计带来了巨大的挑战.高通量众核处理器作为面向此类应用的新型处理器结构成为研究热点.然而,随着片上处理核数量的剧增,加之高通量应用的数据密集型特点,"存储墙"问题进一步加剧.通过分析高通量应用访存行为,发现此类应用存在着大量的细粒度访存,降低了访存带宽的有效利用率.基于此分析,在高通量处理器设计中通过添加访存请求收集表(memory access collection table,MACT)硬件机制,结合消息式内存机制,用于收集离散的访存请求并进行批量处理.MACT硬件机制的实现,提高了访存带宽的有效利用率,同时也提高了执行效率;并通过时间窗口机制,确保访存请求在最晚期限之前发送出去,保证任务的实时性.实验以典型高通量应用WordCount,TeraSort,Search为基准测试程序.添加MACT硬件机制后,访存数量减少约49%,访存带宽提高约24%,平均执行速度提高约89%.

关键词：高通量处理器访存请求收集表时间窗口机制高速缓冲存储器便签式存储器

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基于曙光4000A的BLAST并行算法

计算机工程 2006年第10期32卷 45-46,49页

作者：谭光明徐琳周幼英冯圣中孙凝晖中国科学院计算技术研究所中国科学院研究生院北京100080 浙江大学

对BLAST启发式算法的实现做了优化:引入批处理的概念、并对整个库文件建立哈希表,实现了I/O延迟掩藏,提高了整个比对过程的速度,同时降低了内存消耗。优化的算法有利于并行化的实现:在并行系统中,将库文件广播到各个计算节点,由节点在... 详细信息

对BLAST启发式算法的实现做了优化:引入批处理的概念、并对整个库文件建立哈希表,实现了I/O延迟掩藏,提高了整个比对过程的速度,同时降低了内存消耗。优化的算法有利于并行化的实现:在并行系统中,将库文件广播到各个计算节点,由节点在局部分别建立哈希表。然后将查询文件分割发送到各个计算节点并行比对,计算结果可以在节点直接输出,不需要主结点收集,减少了通信开销。

关键词： BLAST 批处理并行集群曙光4000A

基于单根I/O虚拟化的多根I/O资源池化方法

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计算机研究与发展 2015年第1期52卷 83-93页

作者：王展曹政刘小丽苏勇李强安学军孙凝晖中国科学院计算技术研究所高性能计算机研究中心北京100190 中国科学院大学计算机与控制工程学院北京100190

虚拟化技术在为现代数据中心提供高效的服务器整合能力和灵活的应用部署能力的同时,也对数据中心服务器的I/O系统设计提出了新的需求,现有I/O资源与服务器紧密绑定的I/O体系架构将产生成本上升、资源冗余、I/O连线复杂化等一系列问题.... 详细信息

虚拟化技术在为现代数据中心提供高效的服务器整合能力和灵活的应用部署能力的同时,也对数据中心服务器的I/O系统设计提出了新的需求,现有I/O资源与服务器紧密绑定的I/O体系架构将产生成本上升、资源冗余、I/O连线复杂化等一系列问题.针对上述问题,提出了一种基于单根I/O虚拟化协议(single root I/O virtualization,SR-IOV)的多根I/O资源池化方法:基于硬件的多根域间地址和ID映射机制,实现了多个物理服务器对同一I/O设备的共享复用,有效减少单体服务器所需的设备数量和连线数量,并进一步提高服务器密度;同时提出虚拟I/O设备热插拔技术和多根共享管理机制,实现了虚拟I/O资源在服务器间的实时动态分配,提高资源的利用效率.提出的方法在可编程逻辑器件(fieid-programmable gate array,FPGA)原型系统中进行了验证,其评测表明,方法能够在实现多根I/O虚拟化共享的同时,保证各个根节点服务器获得近乎本地直连设备的I/O性能.

关键词：数据中心服务器 I/O虚拟化 I/O资源池 PCIe兼容

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曙光5000A高效能计算节点的设计与实现

计算机工程 2009年第6期35卷 17-19,22页

作者：曾宇王洁孙凝晖中国科学院计算技术研究所计算机系统结构重点实验室北京100080 中国科学院研究生院北京100039

由于求解问题和系统规模的不断扩大,基于cluster架构的高性能计算机面临扩展性、可靠性、功耗、占地面积、均衡性等诸多挑战。该文针对计算模块、交换管理模块、自适应功率管理、专用FPGA硬件加速部件、高速PCI-E全交换扩展等方面,设计... 详细信息

由于求解问题和系统规模的不断扩大,基于cluster架构的高性能计算机面临扩展性、可靠性、功耗、占地面积、均衡性等诸多挑战。该文针对计算模块、交换管理模块、自适应功率管理、专用FPGA硬件加速部件、高速PCI-E全交换扩展等方面,设计并实现高效能计算节点。基于该节点构建的曙光5000A百万亿次计算机能有效解决计算密度、I/O扩展及带宽瓶颈和能耗等方面的瓶颈。

关键词：高效能节能硬件加速

Optimizing Parallel S_n Sweeps on Unstructured Grids for Multi-Core Clusters

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Journal of Computer Science & Technology 2013年第4期28卷 657-670页

作者：闫洁谭光明孙凝晖 State Key Laboratory of Computer Architecture Institute of Computing Technology Chinese Academy of Sciences University of Chinese Academy of Sciences

In particle transport simulations, radiation effects are olden described by the discrete ordinates （Sn） form of Boltzmann equation. In each ordinate direction, the solution is computed by sweeping the radiation flux across the grid. Parallel Sn sweep on an unstructured grid can be explicitly modeled as topological traversal through an equivalent directed acyclic graph （DAG）, which is a data-driven algorithm. Its traditional design using MPI model results in irregular communication of massive short messages which cannot be efficiently handled by MPI runtime. Meanwhile, in high-end HPC cluster systems, multicore has become the standard processor configuration of a single node. The traditional data-driven algorithm of Sn sweeps has not exploited potential advantages of multi-threading of multicore on shared memory. These advantages, however, as we shall demonstrate, could provide an elegant solution resolving problems in the previous MPI-only design. In this paper, we give a new design of data-driven parallel Sn sweeps using hybrid MPI and Pthread programming, namely Sweep-H, to exploit hierarchical parallelism of processes and threads. With special multi-threading techniques and vertex schedule policy, Sweep-H gets more efficient communication and better load balance. We further present an analytical performance model for Sweep-H to reveal why and when it is advantageous over former MPI counterpart. On a 64-node multicore cluster system with 12 cores per node, 768 cores in total, Sweep-H achieves nearly linear scalability for moderate problem sizes, and better absolute performance than the previous times speedup on 64 nodes）. MPI algorithm on more than 16 nodes （by up to two

关键词： parallel Sn sweep unstructured grid data-driven algorithm

Transputer网络上分布式组合搜索的效率

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中国科学院研究生院学报 1994年第1期11卷 104-111页

作者：孙凝晖李国杰国家智能计算机研究开发中心

Ｔｒａｎｓｐｕｔｅｒ网络是一种典型的消息传送型多处理机系统，无论是传统的数值计算，还是人工智能的动态非确定搜索问题，都可以得到加速处理。本文研究如何在Ｔｒａｎｓｐｕｔｅｒ网络上高效地实现分布式组合搜索。针对搜索的动态... 详细信息

Ｔｒａｎｓｐｕｔｅｒ网络是一种典型的消息传送型多处理机系统，无论是传统的数值计算，还是人工智能的动态非确定搜索问题，都可以得到加速处理。本文研究如何在Ｔｒａｎｓｐｕｔｅｒ网络上高效地实现分布式组合搜索。针对搜索的动态非确定性，我们提出一种异步通讯模式，以及Ｔｒａｎｓｐｕｔｅｒ上并行搜索的负载平衡算法。我们实现了最佳优先和启发式导向的深度优先两种策略的分布式分枝限界算法（Ｂｒａｎｃｈ－ａｎｄ－Ｂｏｕｎｄ），应用于求解旅行推销员问题（ＴＳＰ），在１６个Ｔｒａｎｓｐｕｔｅｒ上获得了较好的并行效率。

关键词： Transputer 分布式组合搜索算法

曙光5000高性能计算机Barrier网络的设计

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计算机学报 2008年第10期31卷 1727-1736页

作者：曹政王达伟刘新春孙凝晖中国科学院计算技术研究所

为优化Barrier操作的性能,提高大规模并行计算应用在曙光5000系统中的执行效率,文中提出了一种基于硬件的Barrier加速设计.该设计是采用树形Barrier算法,通过增强曙光5000互联网络交换芯片的功能,实现低延迟、可扩展、高可靠和可管理的B... 详细信息

为优化Barrier操作的性能,提高大规模并行计算应用在曙光5000系统中的执行效率,文中提出了一种基于硬件的Barrier加速设计.该设计是采用树形Barrier算法,通过增强曙光5000互联网络交换芯片的功能,实现低延迟、可扩展、高可靠和可管理的Barrier网络.该网络支持并发16个Barrier操作,可在Fat-Tree拓扑环境下实现较低的Barrier操作延迟.相比已有实现,是更适合Fat-Tree拓扑的设计方案.理想情况下,1024个节点的同步操作在1.7μs内完成.根据Barrier操作归约和分发过程的特点,分别采用请求应答和超时催促两种机制,为Barrier操作的可靠性提供保障.以该设计实现的Barrier网络原型系统已通过FPGA验证.

关键词：高性能计算机多级互联网络胖树 Barrier 同步归约分发可靠