[发明专利]基于异构众核处理器的格点量子色动力学并行加速方法

说明书

本发明公开了一种基于异构众核处理器的格点量子色动力学并行加速方法，该并行加速方法包括有：第一步对从核按照从核标识号进行位置划分，第二步将读取的数据信息按照四维空间的位置进行存储，第三步从核根据自身的位置标识从存储器中读取自身负责计算的格点数值；第四步对任意一个从核进行格点数值迭代更新，得到属于从核的更新后格点数值。本发明是一种针对申威26010异构众核处理器的并行化方法，充分利用了申威众核处理器之间独特的寄存器通信特性，增加了数据的复用性，减少了大量冗余数据。并行加速后与只在主核上运行相比，本发明方法使得性能提高了63倍。

技术领域

本发明涉及对格点量子色动力学的并行加速方法，更特别地说，是指利用申威26010异构众核处理器对格点量子色动力学进行的并行加速方法。

背景技术

神威·太湖之光超级计算机是由国家并行计算机工程技术研究中心研制、安装在国家超级计算无锡中心的超级计算机，也是中国第一台全部采用自主技术构建的世界第一的超级计算机。神威·太湖之光超级计算机安装了40960个中国自主研发的“申威26010”众核处理器，该众核处理器采用64位自主申威指令系统，浮点运算峰值性能为12.5亿亿次/秒，持续性能为9.3亿亿次/秒。神威·太湖之光超级计算机中使用的是申威26010异构众核处理器，该处理器架构如图1所示，图中每个处理器芯片包括四个核组(Core Group，CG)，核组之间通过片上网络连接起来。每个核组主要由运算控制核心(Management ProcessingElements，MPE，简称主核)、运算核心阵列集群(Computing Processing Elementsclusters，CPE，简称从核)和存储控制器(Memory Controlller，MC)组成。运算核心簇的运算核之间采用拓扑结构为8×8Mesh的通信网络进行连接。系统接口(System Interface，SI)是用于芯片与片外系统进行连接的，采用标准的PCIE 3.0接口实现。

目前，异构的计算机体系结构拥有着并行能力强，计算能力强的特点。异构体系结构极大的提升了计算平台的并行能力和扩展能力，更多的计算机异构体系结构的出现为计算量巨大的科学计算提供了新的计算和编程方法，如何利用好申威26010异构众核处理器的计算能力和科学计算的相关算法并行化，是研究成为科研人员的研究热点之一。

发明内容

为了解决申威26010异构众核处理器的数据分割，在传输过程存在的数据冗余造成的从核(CPE)与主核(MPE)之间的带宽利用率极低的问题，本发明提出了一种基于异构众核处理器的格点量子色动力学并行加速方法。本发明方法通过对从核的位置排序与数据分割相结合进行位置匹配，并利用费米子场量和规范场量进行四维空间中的格点计算，经多次迭代将更新后的费米子场量矩阵以文件形式保存在存储器中。该方法针对申威26010异构众核处理器数据传输、计算方式的特性和格点量子色动力学算法的特征进行了优化与实现。该方法充分利用了从核(CPE)之间独特的寄存器通信特性，增加了数据的复用性，减少了大量冗余数据。利用申威26010异构众核处理器支持单指令流多数据流(SingleInstruction Multiple Data，SIMD)指令的特性，大大提高了计算性能。

本发明的一种基于异构众核处理器的格点量子色动力学并行加速方法，其特征在于包括有下列步骤：

步骤一，异构众核处理器的从核矩阵位置初始化；

步骤二，主核读取费米子场量和规范场量；

步骤三，从核基于自身的行号列号读取数据信息实现数据分割；

步骤四，对任意一个从核中任意一个格点的数据信息进行运算；

步骤五，每个从核对其局部存储空间中的每个格点的数据信息都进行步骤四的并行处理，从而得到更新后的所有格点的费米子场量，即获得执行步骤六；

步骤六，更新完成后，迭代次数加1；并计算格点费米子场量的残差值；