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基于多面体模型的矩阵乘法自动混合精度优化

计算机科学 2024年

作者：何昊天周蓓郭绍忠张作言郝江伟许瑾晨信息工程大学网络空间安全学院

混合精度是计算机中的一种数值计算技术，通过将计算中的部分数据类型从高精度转换成低精度来提高计算效率。矩阵乘法在计算机科学和数学中有着重要而广泛的应用，在矩阵乘中使用混合精度技术来加速计算过程是一个很有挑战性的工作。现... 详细信息

混合精度是计算机中的一种数值计算技术，通过将计算中的部分数据类型从高精度转换成低精度来提高计算效率。矩阵乘法在计算机科学和数学中有着重要而广泛的应用，在矩阵乘中使用混合精度技术来加速计算过程是一个很有挑战性的工作。现有的混合精度优化存在一些问题，例如存储开销大，必须在特定的硬件单元上实现，限制了模型或算法的部署选项并降低了其可移植性。面对上述问题，本文提出并实现了基于多面体模型的混合精度代码自动生成工具AGMMMPC。通过将低精度乘高精度加基础混合精度矩阵乘代码生成功能添加到“源-源”的PPCG编译器中，并使用精度调优算法（PT）找到基础混合精度计算中的高频误差点，将这些点用高精度计算，其余点用基础混合精度计算，有效降低基础混合精度计算中的误差，首次实现了源到源的面向矩阵乘计算的混合精度代码自动生成。实验表明，以高精度计算为基准，AGMMMPC生成的高级混合精度代码在X86平台上最大加速比是1.39，几何平均加速比是1.14。

关键词：混合精度矩阵乘法多面体模型调度变换代码生成

滇西北 Ms≥5级地震短临预报决策方案研究

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地震研究 1993年第1期16卷 25-32页

作者：郭绍忠云南省丽江地区地震局丽江674100

本文在短临预报指标研究的基础上,应用模糊综合评判及震兆加权的数学模型,研究了滇西北Ms≥5.0级地震三要素的预报方法,并已全部计算机化。所得结果经1975年以来该区17次地震检验,地震强度预测准确率为88%,尤以Ms=4～6级中强震的预测能... 详细信息

本文在短临预报指标研究的基础上,应用模糊综合评判及震兆加权的数学模型,研究了滇西北Ms≥5.0级地震三要素的预报方法,并已全部计算机化。所得结果经1975年以来该区17次地震检验,地震强度预测准确率为88%,尤以Ms=4～6级中强震的预测能力最佳;时间预测准确率为93%,概括率为76%,起报点(发震概率阈值)为P_阈=0.53,并能计算有效预报期;地点预测准确率为88%,当P(N)>P(S)时报剑川以北有震,P(S)>P(N)时报剑川以南有震。三要素的总预测准确率为65%。所有预测方法定量性强,均能通过预报效能评分R值在97.5%置信度下的检验,效能显著。经一年多的15次预报实践,其准确率为93%,是一个具有较强实用价值的综合预报决策方案。

关键词：地震预报震级数学模型滇西北

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浮点数学函数异常处理方法

软件学报 2015年第12期26卷 3088-3103页

作者：许瑾晨郭绍忠黄永忠王磊周蓓解放军信息工程大学河南郑州450001 数学工程与先进计算国家重点实验室江苏无锡214125

异常会造成程序错误,实现完全没有异常的浮点计算软件也很艰难,因此,实现有效的异常处理方法很重要.但现有的异常处理并不针对浮点运算,并且研究重点都集中在整数溢出错误上,而浮点类型运算降低了整数溢出存在的可能.针对上述现象,面向... 详细信息

异常会造成程序错误,实现完全没有异常的浮点计算软件也很艰难,因此,实现有效的异常处理方法很重要.但现有的异常处理并不针对浮点运算,并且研究重点都集中在整数溢出错误上,而浮点类型运算降低了整数溢出存在的可能.针对上述现象,面向基于汇编实现的数学函数,提出了一种针对浮点运算的分段式异常处理方法.通过将异常类型映射为64位浮点数,以核心运算为中心,将异常处理过程分为3个阶段:输入参数检测(处理INV异常)、特定代码检测(处理DZE异常和INF异常)以及输出结果检测(处理FPF异常和DNO异常),并从数学运算的角度对该方法采用分段式处理的原因进行了证明.实验将该方法应用于Mlib浮点函数库,对库中600多个面向不同平台的浮点函数进行了测试.测试结果表明:该方法能够将出现浮点异常即中断的函数个数从90%降到0%.同时,实验结果验证了该方法的高效性.

关键词：浮点数数学函数异常处理

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基于扩展关系代数的数据集成映射模式的研究

计算机应用 2009年第12期29卷 3290-3292,3306页

作者：杨岳郭绍忠何晓忠信息工程大学信息工程学院郑州450002

集成映射是数据集成领域的基础性问题,尚存在去重效率低,准确度不高等不足。在对数据集成两种基本映射模式全局视图映射(GAV)、本地视图映射(LAV)和模式匹配进行研究的基础上,针对集成映射中去重和布尔元素值与语义值的转换等问题,对关... 详细信息

集成映射是数据集成领域的基础性问题,尚存在去重效率低,准确度不高等不足。在对数据集成两种基本映射模式全局视图映射(GAV)、本地视图映射(LAV)和模式匹配进行研究的基础上,针对集成映射中去重和布尔元素值与语义值的转换等问题,对关系代数中已有理论进行扩展。设计了一种从源模式到目标模式的映射方案,通过将源模式中对象集合和关系集合进行扩充,而后使用扩展关系代数对扩充后模式进行处理得到目标模式,并给出了操作过程中的具体推导过程。通过举例,对该方案的可行性进行了验证。

关键词：数据集成模式映射关系代数本地视图映射全局视图映射

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丽江7.0级地震地下流体异常特征

地震研究 1997年第1期20卷 117-124页

作者：郭绍忠李丽清云南省丽江地区地震局

通过对１９９６年２月３日云南丽江Ｍｓ７０地震前震中周围水位、水氡、水汞、泉点宏观等地下流体共７１个台项观测资料的异常及综合特征分析，初步认为震前异常数量较多，异常时间分布具有整体性、同步性、集中性的特点，但异常主要... 详细信息

通过对１９９６年２月３日云南丽江Ｍｓ７０地震前震中周围水位、水氡、水汞、泉点宏观等地下流体共７１个台项观测资料的异常及综合特征分析，初步认为震前异常数量较多，异常时间分布具有整体性、同步性、集中性的特点，但异常主要集中在短期阶段，临震异常不突出；空间分布具有集中性和非均匀性，孕震区至远场影响区的异常比例最高，震源区内为相对“盲区”，且突出而肯定的宏观异常极少；异常的时空演变特征复杂，总体没有规律变化；异常主要分布在川滇菱型块体构造的两个尖角部位和构造协同活动区；上升型异常主要分布在洱源以南的红河断裂带及附近的右旋张扭断层区，分布走向与区域应力场和震源机制解的主压力轴方向基本一致，下降型异常主要分布在断块附近的逆掩断层区，分布走向与震源机制解的主张力方向基本一致。

关键词：地震震级地下流体异常特征地震预报

基于Intel MIC架构的3D有限差分算法优化

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计算机科学 2017年第5期44卷 26-32页

作者：郝鑫郭绍忠数学工程与先进计算国家重点实验室

有限差分算法是一种基于偏微分方程的数值离散方法,被广泛应用于弹性波传播问题的数值模拟中。该算法访存跨度大、计算密度高、CPU利用率低,这在实际应用中成为了性能瓶颈。针对上述问题,在详析3D有限差分算法(3DFD)的基础上,基于Intel ... 详细信息

有限差分算法是一种基于偏微分方程的数值离散方法,被广泛应用于弹性波传播问题的数值模拟中。该算法访存跨度大、计算密度高、CPU利用率低,这在实际应用中成为了性能瓶颈。针对上述问题,在详析3D有限差分算法(3DFD)的基础上,基于Intel MIC架构,采用三步递进法对其进行优化:首先,通过分支消除、循环展开、不变量外提等基本优化法削减计算强度并为向量化扫除障碍;然后,通过分析数据依赖及循环分块,使用向量指令集改写核心算法等并行优化法,充分利用MIC协处理器多线程、长向量的机制;最后,在异构众核平台(CPU+MIC:Many Integrated Cores)下通过数据传输最小化、负载均衡等异构协同优化法实现CPU和MIC的并行计算。实验验证,与原有算法相比,优化后的算法在异构平台上获得了50~120倍的加速。

关键词：有限差分算法 MIC架构向量化异构协同并行计算

TDCE:基于Tspaces的分布并行计算系统

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计算机工程 2007年第5期33卷 68-70页

作者：胡军郭绍忠周蓓信息工程大学信息工程学院郑州450002

Tspaces是一种新型的网络中间件。它为网络环境中各进程提供一种强大的共享存储机制来处理相互之间通信和同步。在Tspaces的基础上,构造了一个用于群机环境的并行计算系统TDCE。TDCE支持SPMD模式的并行程序,实验结果表明TDCE能以较小的... 详细信息

Tspaces是一种新型的网络中间件。它为网络环境中各进程提供一种强大的共享存储机制来处理相互之间通信和同步。在Tspaces的基础上,构造了一个用于群机环境的并行计算系统TDCE。TDCE支持SPMD模式的并行程序,实验结果表明TDCE能以较小的系统配置和管理开销构建分布式计算平台,为并行程序的开发运行提供有效的支持,给出了系统MPI的对比测试结果并作了分析。

关键词：分布式计算并行计算 Tspaces 元组空间

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一个浮点数学函数库测试平台

软件学报 2015年第6期26卷 1306-1321页

作者：许瑾晨黄永忠郭绍忠周蓓赵捷数学工程与先进计算国家重点实验室(解放军信息工程大学) 河南郑州450002

数学函数库作为CPU软件的重要组成部分,对于高性能计算机平台上的科学计算、工程数值计算起着极为关键的作用.现有的测试工具只能片面地对函数库进行测试,没有从正确性、精度和函数性能这3方面加以考虑,而且往往只针对一类目标体系结构... 详细信息

数学函数库作为CPU软件的重要组成部分,对于高性能计算机平台上的科学计算、工程数值计算起着极为关键的作用.现有的测试工具只能片面地对函数库进行测试,没有从正确性、精度和函数性能这3方面加以考虑,而且往往只针对一类目标体系结构,适用性有限.针对现有测试工具的缺陷,提出了面向多目标体系结构、全面可复用的一体化测试平台BMltest(basic math library test).测试平台结合函数特征值、IEEE-754特殊数以及利用浮点数生成规则实现的全浮点域指数分布的IEEE-754规范数构造了测试集,有效提高了测试集浮点数的覆盖率;提出了基于多精度库MPFR(multiple-precision floating-point reliable library)的精度测试方法,提高了精度测试的可靠性;提出了基于代码隔离的性能测试方法,最大限度地降低了外部环境对性能测试的干扰.针对大量的浮点测试结果,给出了合理的结果评价方案.测试平台使用的测试集数据与函数做到了相关性的极大分离,保证了测试方法的普适性.通过对包括GNU,Open64及Mlib函数库内所有855个函数的测试结果表明:BMltest平台的测试数据集更全面、有效,精度测试方法更可靠;与其他测试平台相比,性能测试结果更准确、稳定.

关键词：数学函数库测试平台 IEEE-754 精度测试性能测试

基于GPU的并行最小生成树算法的设计与实现

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计算机应用研究 2011年第5期28卷 1682-1684,1702页

作者：郭绍忠王伟王磊解放军信息工程大学信息工程学院郑州450002

针对目前并行Prim最小生成树算法效率不高的问题,在分析现有并行Prim算法的基础上,提出了适于GPU架构的压缩邻接表图表示形式,开发了基于GPU的min-reduction数据并行原语,在NVIDIA GPU上设计并实现了基于Prim算法思想的并行最小生成树... 详细信息

针对目前并行Prim最小生成树算法效率不高的问题,在分析现有并行Prim算法的基础上,提出了适于GPU架构的压缩邻接表图表示形式,开发了基于GPU的min-reduction数据并行原语,在NVIDIA GPU上设计并实现了基于Prim算法思想的并行最小生成树算法。该算法通过使用原语缩短关键步骤的查找时间,从而获得较高效率。实验表明,相对于传统CPU实现算法和不使用原语的算法,该算法具有较明显的性能优势。

关键词：图形处理器图论最小生成树 Prim算法数据并行原语