[发明专利]基于新神威处理器的主从核协同计算编程框架

权利要求书

1.一种基于新神威处理器的主从核协同计算编程系统，该新神威处理器包含4个核组（CG），核组之间通过片上网络链接，每个核组包含一个管理单元（MPE）和64个计算单元（CPE），每个核组拥有独立的内存空间，管理单元和计算单元通过一个内存控制器（MC）访问内存空间；各处理器之间通过系统接口（SI）建立联系，其特征在于，把新神威处理器的多个核组作为多个独立的线程使用，与管理单元（MPE）共同完成相应的计算，基于利用从核的局部内存(LDM)、核组共用的主存、从核的寄存器通信协同实现管理单元（MPE）与计算单元（CPE）之间及计算单元（CPE）之间同步代替基于OpenACC接口的拆分/合并（Fork/Join）的编程框架，能够利用新神威处理器设计的管理单元（MPE）和计算单元（CPE）计算资源；

管理单元（MPE）与计算单元（CPE）之间的协同计算包括：

步骤（1）：上层的信息传递应用程序接口（MPI）的并行计算与计算通信重叠；

步骤（2）：管理单元（MPE）、计算单元（CPE）多线程任务分配；

所述的步骤（1）的具体方法：将每个众核处理器的一个核组作为1个信息传递应用程序接口（MPI）进程，基于信息传递应用程序接口（MPI）技术实现模式的大规模并行计算；通过地理空间的网格划分，将计算任务均衡地分配到每个进程；对信息传递应用程序接口（MPI）并行分区的每个分块，模式网格点包括内区和外区两部分，内区的计算不依赖于信息传递应用程序接口（MPI）交换，外区的计算需要等待信息传递应用程序接口（MPI）交换的结果，该分区的外区的上一步的计算结果需要通过信息传递应用程序接口（MPI）发送给邻区，而外区的计算也需要从邻区接收上一步的计算结果，所需接收的计算点记为halo区；在协同计算过程中，在管理单元（MPE）上对外区的变量通过信息传递应用程序接口（MPI）的非阻塞式发送（ISEND）函数发送给邻区，通过非阻塞式接受（IRECV）函数接收邻区的数据，实现halo区的数据交换。

2.根据权利要求1所述的基于新神威处理器的主从核协同计算编程系统，其特征在于，在所述的步骤（1）中，上层的信息传递应用程序接口（MPI）并行计算与计算通信重叠的具体方法的过程中，信息传递应用程序接口（MPI）通讯和内区的计算完全重叠进行，提高信息传递应用程序接口（MPI）并行的效率。

3.根据权利要求1所述的基于新神威处理器的主从核协同计算编程系统，其特征在于，所述的步骤（2）主从核管理单元（MPE）、计算单元（CPE）多线程任务分配的具体方法：在步骤（1）完成后，每个核组将分配到均衡的计算任务，在每个核组上通过Athread启动众核多线程，进一步将计算任务平均分配到每个从核线程，而主核线程主要负责信息传递应用程序接口（MPI）通讯和数据的输入输出；每个从核线程的计算点确定后，其计算过程与单纯的信息传递应用程序接口（MPI）并行计算过程类似，但核间的数据交换通过访问主存实现，而同步则采用主从核及从核间快速同步。

4.根据权利要求1所述的基于新神威处理器的主从核协同计算编程系统，其特征在于，在管理单元（MPE）上，当halo区的数据交换完成后，在计算单元（CPE）-0的局部内存(LDM)上设置一个flag；由于内区的源函数的计算和海浪传播计算与halo区的相应计算是相互独立的，可以在计算单元（CPE）上首先进行；此后，每个计算单元（CPE）需要检查flag以便确定halo区的交换是否完成；当这个flag被设置后，外区的海浪传播便可以开始计算；然后，在开始计算结果输出之前，所有的计算单元（CPE）需要进行同步；这个同步是通过在内存中设置一个flag来实现的；为了避免管理单元（MPE）在设置计算单元（CPE）的flag和检查同步flag期间的资源闲置，给管理单元（MPE）额外分配了一些计算任务并预取下一次循环所需的风场数据；通过计算点点序列化处理，实现了主核与从核之间的MASNUM海浪模式的协同计算。