并行计算概述课件

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1、单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2019/10/27,并行计算--硬件基础及性能评测,‹#›,,,并行计算,Parallel Computing,基本概念,2024/9/16,2,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,2024/9/16,3,串行计算与并行计算,2024/9/16,4,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,2024/9/16,5,FLOPS,Floa

2、ting 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*,CPU,数目,部分处理器每时钟周期执行浮点运算数:,,2024/9/16,6,www.top500.org,2024/9/16,7,Top500,—,2007,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

3、,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 TFlop/s,大关,即每秒一千万亿次运算。,2024/9/16,8,Top500,—,2007,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

4、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,2024/9/16,9,供应商-系统数量,,2024/9/16,10,供应商-计算能力,2024/9/16,11,国家分布-系统数量,2024/9/16,12,国家分布-计算能力,2024/9/16,13,体系结构-系统数量,2024/9/16,14,体系结构-计算能力,2024/9/16,15,应用领域-系统数量,2024/9/16,16,应用领域-计算能力,2024/9/16,17,操作系统-系统数量,2024/9/16,18,操作系统-计算能力,2024/9

5、/16,19,处理器家族-系统数量,2024/9/16,20,处理器家族-计算能力,2024/9/16,21,系统数量,,,,2024/9/16,22,计算能力,,2024/9/16,23,2007,年中国高性能计算机性能,TOP100,,,2024/9/16,24,并行化方法,域分解(,Domain decomposition,),任务分解(,Task decomposition,),流水线(,Pipelining,),2024/9/16,25,域分解,First, decide how data elements should be divided among processors,Se

6、cond, decide which tasks each processor should be doing,Example: Vector addition,2024/9/16,26,域分解,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,Find the largest element of an array,2024/9/16,27,域分解,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,Find the largest element of an array,,,,,,,,,,CPU 0,CPU 1,CPU 2,CPU 3,2024/9/16,28,域分解,,,,,,,,,,,,,,

7、,,,,,,,,,,,Find the largest element of an array,,,,,,,,,,CPU 0,CPU 1,CPU 2,CPU 3,,,,,,,,,,,,,2024/9/16,29,域分解,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,Find the largest element of an array,,,,,,,,,,CPU 0,CPU 1,CPU 2,CPU 3,,,,,,,,,,,,,2024/9/16,30,域分解,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,Find the largest element of an array,,,,,,,

8、,,,CPU 0,CPU 1,CPU 2,CPU 3,,,,,,,,,,,,,2024/9/16,31,域分解,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,Find the largest element of an array,,,,,,,,,,CPU 0,CPU 1,CPU 2,CPU 3,,,,,,,,,,,,,2024/9/16,32,域分解,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,Find the largest element of an array,,,,,,,,,,CPU 0,CPU 1,CPU 2,CPU,,3,,,,,,,,,,,,,2024/9/16,33,域

9、分解,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,Find the largest element of an array,,,,,,,,,,CPU 0,CPU 1,CPU 2,CPU 3,,,,,,,,,,,,,2024/9/16,34,域分解,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,Find the largest element of an array,,,,,,,,,,CPU 0,CPU 1,CPU 2,CPU 3,,,,2024/9/16,35,域分解,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,Find the largest element of an array

10、,,,,,,,,,,CPU 0,CPU 1,CPU 2,CPU 3,,,,2024/9/16,36,域分解,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,Find the largest element of an array,,,,,,,,,,CPU 0,CPU 1,CPU 2,CPU 3,,,,2024/9/16,37,域分解,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,Find the largest element of an array,,,,,,,,,,CPU 0,CPU 1,CPU,,2,CPU,,3,,,,2024/9/16,38,任务(功能)分解,First, divi

11、de tasks among processors,Second, decide which data elements are going to be accessed (read and/or written) by which processors,Example: Event-handler for GUI,2024/9/16,39,任务分解,f(),s(),r(),q(),h(),g(),,,,,,,,2024/9/16,40,任务分解,f(),s(),r(),q(),h(),g(),,,,,,,,,,,CPU 0,CPU 2,CPU,,1,2024/9/16,41,任务分解,f()

12、,s(),r(),q(),h(),g(),,,,,,,,,,,CPU 0,CPU 2,CPU 1,2024/9/16,42,任务分解,f(),s(),r(),q(),h(),g(),,,,,,,,,,,CPU 0,CPU 2,CPU 1,2024/9/16,43,任务分解,f(),s(),r(),q(),h(),g(),,,,,,,,,,,CPU 0,CPU 2,CPU 1,2024/9/16,44,任务分解,f(),s(),r(),q(),h(),g(),,,,,,,,,,,CPU 0,CPU 2,CPU 1,2024/9/16,45,流水线,Special kind of task dec

13、omposition,“,Assembly line,”,parallelism,Example: 3D rendering in computer graphics,,,,,,,,Rasterize,Clip,Project,Model,Input,Output,,,2024/9/16,46,Processing One Data Set (Step 1),,,,,,,,Rasterize,Clip,Project,Model,2024/9/16,47,Processing One Data Set (Step 2),,,,,,,,Rasterize,Clip,Project,Model,2

14、024/9/16,48,Processing One Data Set (Step 3),,,,,,,,Rasterize,Clip,Project,Model,2024/9/16,49,Processing One Data Set (Step 4),,,,,,,,Rasterize,Clip,Project,Model,The pipeline processes 1 data set in 4 steps,2024/9/16,50,Processing Two Data Sets (Step 1),,,,,,,,Rasterize,Clip,Project,Model,,,,,,,,20

15、24/9/16,51,Processing Two Data Sets (Time 2),,,,,,,,Rasterize,Clip,Project,Model,,,,,,,,2024/9/16,52,Processing Two Data Sets (Step 3),,,,,,,,Rasterize,Clip,Project,Model,,,,,,,,2024/9/16,53,Processing Two Data Sets (Step 4),,,,,,,,Rasterize,Clip,Project,Model,,,,,,,,2024/9/16,54,Processing Two Data

16、 Sets (Step 5),,,,,,,,Rasterize,Clip,Project,Model,,,,,,,,The pipeline processes 2 data sets in 5 steps,2024/9/16,55,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 2,CPU 3,2024/9/16,56,Pipelining Five D

17、ata 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 3,2024/9/16,57,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

18、3,2024/9/16,58,Pipelining Five Data Sets (Step 4),,,Data set 0,,,,,,,,Data set 1,,,,,,,,Data set 2,,,,,,,,Data set 3,,,,,,,,Data set 4,,,,,,,,,,CPU 0,CPU 1,CPU 2,CPU 3,2024/9/16,59,Pipelining Five Data Sets (Step 5),,,Data set 0,,,,,,,,Data set 1,,,,,,,,Data set 2,,,,,,,,Data set 3,,,,,,,,Data set 4

19、,,,,,,,,,,CPU 0,CPU 1,CPU 2,CPU 3,2024/9/16,60,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 3,2024/9/16,61,Pipelining Five Data Sets (Step 7),,,Data set 0,,,,,,,,Data set 1,,,,,,,,Data set 2,,,,,,,,Data set 3,,,,,,,,Data set 4,,,,,,,,,,CPU 0,CPU 1,CPU 2,CPU 3,2024/9/16,62,Pipelining Five Data Sets (Step 8),,,Data set 0,,,,,,,,Data set 1,,,,,,,,Data set 2,,,,,,,,Data set 3,,,,,,,,Data set 4,,,,,,,,,,CPU 0,CPU 1,CPU 2,CPU 3,

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