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面向MPI集合操作的定制化片上网络

计算机工程 2017年第6期34卷 1-10,18页

作者：陆思羽王宏伟张悠慧杨广文郑纬民清华大学计算机科学与技术系北京100084

根据计算趋近数据的原则,提出面向MPI集合操作的定制化片上网络设计方法,通过增强现有片上路由器的硬件功能实现MPI集合操作在网络层的加速。设计MPI归约操作,将其扩展至多种集合操作,并与一种针对确定性路由算法且可动态学习消息传输... 详细信息

根据计算趋近数据的原则,提出面向MPI集合操作的定制化片上网络设计方法,通过增强现有片上路由器的硬件功能实现MPI集合操作在网络层的加速。设计MPI归约操作,将其扩展至多种集合操作,并与一种针对确定性路由算法且可动态学习消息传输路径的自适应方法相结合,使集合操作可在扩展后的片上路由器上完成,加速处理过程并减少处理器核负载。此外,提出片上路由器的微体系结构设计方法,比较不同片上网络中扩展后的片上路由器布局并评估相应性能、功耗和片上面积。测试结果表明,与基于软件的最优实现相比,该方法在仅消耗有限功耗与片上面积的基础上,可使MPI归约性能提升6.4~41.7倍,广播性能提升15.3~31.2倍,全局归约性能提升5.4~9.7倍,收集性能提升1.3~1.8倍。

关键词：片上网络片上多核处理器消息传递接口集合操作定制化

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基于图形旋转系统的集合操作的研究

基于图形旋转系统的集合操作的研究

作者：赵明喜中南大学

学位级别：硕士

在计算机图形学的造型领域中，集合操作是用来进行实体模型的构建以及拓扑变换的一种重要的工具，由于传统意义上二维流形在正则集合运算下的非封闭性，使得集合操作后的多面体失去了原有二维流形，造成了一些后续的问题，例如处理后的... 详细信息

在计算机图形学的造型领域中，集合操作是用来进行实体模型的构建以及拓扑变换的一种重要的工具，由于传统意义上二维流形在正则集合运算下的非封闭性，使得集合操作后的多面体失去了原有二维流形，造成了一些后续的问题，例如处理后的一些图形再进行某些操作，如细分操作不能正确地完成。图形旋转系统理论是拓扑意义上对图形体的数据表达。虽然图形旋转系统的操作非常简单，只有边的插入和删除，但是它们是可以确保二维流形。在已有的边的拓扑操作上，加上增加和删除孤点操作后，图形旋转系统的拓扑操作是完备的。由于图形旋转系统和图形嵌入之间存在着——对应的关系，因此我们可以把对图形的操作转换为对旋转系统的操作，从而保证了图形体在经过拓扑变换后依然能够保证其二维流形性。本文在基于图形旋转系统的理论的基础上，扩展了基于图形旋转系统的基于面的数据结构DLFL(Doubly Linked Face List)，使得其可以表达非流形体。同时我们扩充了DLFL的操作以及给出了多面体的二维流形的判定算法。通过这一扩展结构，我们利用顶点领域分类器的理论实现了集合操作，我们的集合操作是健壮的，是可以保证多面体的二维流形的。通过DLFL的两个多面体之间的粘合算法我们参数化了集合操作，使得集合并操作的结果可以由用户决定是否为连通。基于图形旋转系统和表示图形旋转系统的数据结构，我们利用Visual C++和OpenGL开发出一个多功能的三维图形建模系统，该建模系统具有保证二维流形、多变的拓扑改变、良好的用户交互性等特点，同时它可以很容易地创建具有艺术感的图形。

关键词：计算机图形学图形旋转系统二维流形集合操作

基于图形旋转系统的实体模型及其集合操作研究

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基于图形旋转系统的实体模型及其集合操作研究

作者：甘正宁中南大学

学位级别：硕士

在计算机图形学的造型领域中，只有其表面为二维流形的实体才能保证几何造型的可靠性与可加工性。集合操作是一个非常重要的工具，由于传统意义上二维流形在正则集合运算下的非封闭性，使得集合操作后的多面体失去了原有二维流形。本文... 详细信息

在计算机图形学的造型领域中，只有其表面为二维流形的实体才能保证几何造型的可靠性与可加工性。集合操作是一个非常重要的工具，由于传统意义上二维流形在正则集合运算下的非封闭性，使得集合操作后的多面体失去了原有二维流形。本文在图形旋转系统理论的基础上，结合平面多边形边界表示法的特点，得到了三角面边界表示法的半边Z结构及其基本操作。这些操作都是真实的实体操作，对实体进行这些基本操作之后得到的仍然是实体。这些基本操作不仅能保证实体的重新构造中各几何元素之间拓扑关系的一致性(比如：满足欧拉运算和二维流形性)，还克服了已往图形旋转系统在面的内环的处理缺陷。在此基础上，实现了实体的集合操作。我们的集合操作是健壮的，是可以保证多面体的二维流形性的。最后，通过编写相应的程序证明本文的方法在拓扑上保证了二维流形性，几何信息表达精确。如果在此基础上做进一步研究，很容易开发具有良好用户界面的实体集合操作和造型的软件。

关键词：实体图形旋转系统二维流形拓扑算子半边Z结构集合操作

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集合之间基本操作的保密计算协议

计算机安全 2014年第2期 2-6页

作者：王 罗文俊山西职业技术学院山西太原030006 重庆邮电大学计算机科学与技术学院重庆400065

保密集合操作是特殊安全多方计算中的一个重要研究内容。考虑了集合操作问题的保密计算,基于一些基础的密码学方案和协议为集合相交、集合相并、集合包含这几个基本的集合操作问题提出了相应的保密计算协议,并对其性能做了分析与讨论。... 详细信息

保密集合操作是特殊安全多方计算中的一个重要研究内容。考虑了集合操作问题的保密计算,基于一些基础的密码学方案和协议为集合相交、集合相并、集合包含这几个基本的集合操作问题提出了相应的保密计算协议,并对其性能做了分析与讨论。它们作为重要的密码学基本协议对解决保密计算几何,保密数据挖掘等其他相关安全多方计算问题有着重要的应用价值。

关键词：安全多方计算集合操作同态加密可交换加密

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高性能计算节点中的同步操作加速引擎设计

电子科技大学学报 2012年第1期41卷 92-97页

作者：陈飞曹政王凯胡农达安学军中国科学院计算技术研究所北京海淀区100190

随着GPU等加速部件在超级计算领域的广泛应用,超级计算机单个节点的硬件并行度比单核时代高几倍甚至几十倍。在该环境下,并行应用于单个芯片、计算节点内和计算节点间的通信密度较单核时代急剧增加,通信瓶颈问题愈发突出。为应对高并行... 详细信息

随着GPU等加速部件在超级计算领域的广泛应用,超级计算机单个节点的硬件并行度比单核时代高几倍甚至几十倍。在该环境下,并行应用于单个芯片、计算节点内和计算节点间的通信密度较单核时代急剧增加,通信瓶颈问题愈发突出。为应对高并行度带来的通信瓶颈问题,提出一种同步引擎的硬件设计,该同步引擎可有效地支持和加速计算节点内多任务间频繁小数据量传输(细粒度同步)以及计算节点内和节点间的Barrier、All-reduce集合操作,进而加速并行应用的性能。测试结果表明,在16进程规模下的集合操作测试中,同步引擎相比传统的软件实现有约4倍的加速,在三角矩阵分解(LU分解)测试程序中可以获得约20%的性能提升。

关键词：集合操作通信系统计算节点细粒度同步高性能计算机混合编程消息传递

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胖树拓扑中高效实用的定制多播路由算法

计算机研究与发展 2022年第12期59卷 2689-2707页

作者：陈淑平李祎何王全漆锋滨江南计算技术研究所江苏无锡214083

在高性能计算领域,多播路由算法对硬件集合操作的性能具有至关重要的影响.随着系统规模的不断扩大,多播组的个数急剧增加,可能会超过硬件支持的多播表条目数,而现有的多播路由算法要么没有给出解决方案,要么存在时间开销大、多播路由经... 详细信息

在高性能计算领域,多播路由算法对硬件集合操作的性能具有至关重要的影响.随着系统规模的不断扩大,多播组的个数急剧增加,可能会超过硬件支持的多播表条目数,而现有的多播路由算法要么没有给出解决方案,要么存在时间开销大、多播路由经常变化等问题.为此,首先对胖树中的无冲突多播生成树数量进行了量化研究,并以此为基础提出了一种适用于胖树的高效实用的定制多播路由算法(customized multicast routing for limited multicast forwarding table size,C-MR4LMS).C-MR4LMS在构建多播树时,根据多播组的MGID(multicast global identification)静态地将多播组映射到1棵生成树中,从而快速完成多播树的构建;而在合并多播树时,仅需合并使用同一生成树的多播组,且不会改变被合并多播组的路由.然后提出了2种减少多播树冲突的方法:一是分层的MGID分配策略,以避免出现同一终端节点使用同一颜色加入多个多播组的情况;二是相互无干扰的作业节点分配策略,保证2个作业的多播组互不干扰.最后,在ibsim模拟器及神威E级原型机上对C-MR4LMS进行了测试,该多播路由算法计算多播路由的时间比现有的多播路由算法有了显著下降,最大下降了94%.

关键词：多播路由算法胖树拓扑有限多播表条目数集合操作高性能计算

InfiniBand中面向有限多播表条目数的多播路由算法

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计算机研究与发展 2022年第4期59卷 864-881页

作者：陈淑平何王全李祎漆锋滨国家并行计算机工程技术研究中心北京100190

高性能计算中,硬件支持的多播操作对集合通信的性能具有重要影响.随着超级计算机系统规模的不断扩大,多播组的个数急剧增加,可能会超过硬件支持的多播表条目数,而现有的多播路由算法没有给出相应的解决方案.提出一种面向有限多播表条目... 详细信息

高性能计算中,硬件支持的多播操作对集合通信的性能具有重要影响.随着超级计算机系统规模的不断扩大,多播组的个数急剧增加,可能会超过硬件支持的多播表条目数,而现有的多播路由算法没有给出相应的解决方案.提出一种面向有限多播表条目数的多播路由算法MR4LMS(multicast routing for limited MFT size),该算法使用先构造后染色、先染色后构造2种多播树构建方法,可显著降低所需的多播表条目数;而在多播表条目数不足时,通过合并算法将多个相似的多播组合并到一起以进一步减少所需的多播表条目数.在多种典型拓扑结构及通信模式下对MR4LMS进行了测试,结果表明仅需设置256个多播表条目就能够支持数千甚至数万个多播组,满足典型应用的需求.还对多播路由算法的最大EFI(edge forwarding index)及运行时间进行了测试,获得了令人满意的结果,表明MR4LMS可用于超大规模互连网络.

关键词：多播路由算法多播组有限多播表条目数集合操作 InfiniBand

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高性能计算节点中的同步操作加速引擎设计

高性能计算节点中的同步操作加速引擎设计

并行计算机系统中MPI运行时参数调优方法与关键技术研究

计算机学会第十五届计算机工程与工艺年会暨第一届微处理器技术论坛

作者：陈飞曹政王凯安学军中国科学院计算技术研究所

为了应对超级计算机单节点内高并行性带来的通信瓶颈问题,本文提出了一种称之为同步引擎的硬件设计来支持和加速并行应用中常见的同步通信模式。该同步引擎可以有效地支持和加速计算节点内多个任务之间频繁的小数据量传输(细粒度同步)... 详细信息

为了应对超级计算机单节点内高并行性带来的通信瓶颈问题,本文提出了一种称之为同步引擎的硬件设计来支持和加速并行应用中常见的同步通信模式。该同步引擎可以有效地支持和加速计算节点内多个任务之间频繁的小数据量传输(细粒度同步)以及计算节点内和节点间的Barrier、All-reduce集合操作,进而加速并行应用的性能。测试结果表明,在16进程规模下的集合操作测试中,同步引擎相比传统的软件实现有约4倍加速,在三角矩阵分解测试程序中可以获得约20%的性能提升。

关键词：细粒度同步集合操作混合编程

来源： cnki会议评论

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并行计算机系统中MPI运行时参数调优方法与关键技术研究

作者：郑文旭国防科技大学

学位级别：硕士

随着高性能计算(High Performance Computing)被广泛运用于航空航天、天体物理学、气象材料科学、核工程、生物医学等领域,其较高的计算能力要求给计算平台的软硬件设计带来了新的挑战。当前,消息传递接口(Message Passing Interface)... 详细信息

随着高性能计算(High Performance Computing)被广泛运用于航空航天、天体物理学、气象材料科学、核工程、生物医学等领域,其较高的计算能力要求给计算平台的软硬件设计带来了新的挑战。当前,消息传递接口(Message Passing Interface)已经成为了高性能计算中最普遍的消息传递标准,虽然它有成百上千个系统参数可供调整以适应不同的运行环境,但由于科学应用与运行平台的多样性和复杂性,确定合适的参数配置具有极大的困难与挑战。本文基于对MPI运行时参数设置的研究现状,利用天河2子系统平台,在分析3种不同通信模型、19个通信实现算法、2种通信协议及相应运行时参数对应用性能的影响基础上,提出较直观简便地确定MPI运行时参数值的方法,分别基于MPI集合操作实现算法与通信实现协议获得最佳的参数配置,并利用实际应用程序进行实测验证,取得较好的性能提升效果。本文致力于用实测数据得到经验式的方法优化MPI运行时参数配置,主要贡献如下:1.分析MPI中8种集合操作的3种通信模型,通过测试工具得到系统平台的模型参数,并利用模型公式计算出集合操作不同实现算法之间的性能差异,然后通过在天河2子系统上运行基准测试集,得到上述8种集合操作在不同消息大小和进程规模情况下不同实现算法通信性能的实际变化情况。2.根据对MPI操作通信特征的分析得到不同实现算法性能的切换点,并由此提出较为简单直观的方法,即将针对MPI集合操作的运行时参数设置为对应不同实现算法的切换点,作为该集合操作在不同应用特征情况下的最佳运行时参数值,并利用实际应用程序对所得到的参数与缺省情况进行实测对比,实现平均22.7%的性能提升,最高提升40.7%。3.利用点对点通信测试程序,并通过调整针对MPI实现协议的运行时参数,得到MPI不同通信实现协议在各种消息大小、进程规模情况下,对点对点通信存在的性能影响。同样将实现协议的运行时参数设置为两种通信协议性能的切换点,在实验平台上测出Alltoall操作在不同应用特征情况下的性能变化情况,并得到集合操作性能的提升,最高可达16.0%。

关键词：并行计算 MPI 通信性能集合操作