Разработка и исследование методов достижения высокой степени масштабируемости суперкомпьютерных приложений

• Автор: Корж, Антон Александрович
• Шифр специальности: 05.13.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 140 с. : ил.

Содержание
Содержание
Введение
Глава 1. Обзор существующих коммуникационных сред
1.1 Коммуникационные среды фирмы Cray
1.2 Система BlueGene фирмы IBM
1.3 Сети семейства InfiniBand
1.4 Базовые понятия и принципы маршрутизации
1.5 Проблема выбора и использования модели программирования
1.6 Выводы по главе
Глава 2. Исследования и разработка методов построения масштабируемых
—систем коммутации;..Г...7.7.7777.......Т.....2.7.7...77.
2.1 Зависимость производительности суперкомпьютера от агрегатной пропускной способности коммуникационной сети
2.2 Высокоскоростной метод инжекции пакетов в коммуникационную среду процессором со стандартной архитектурой
2.3 Параметризованная архитектура маршрутизатора с топологией kD-тор
2.4 Параллельная имитационная модель коммутационной среды
2.5 Результаты моделирования коммуникационной сети
2.6 Выводы по главе
Глава 3. Система программирования для разработки масштабируемых суперкомпьютерных приложений
3.1 Модель программирования SHMEM с абстракцией общей памяти
3.2 Расширенная библиотека DISLIB
3.3 Реализация DISLIB для суперкомпьютеров IBM Blue Gene /Р и для кластеров с сетью Infiniband с агрегацией сообщений
3.4 Выводы по главе

Глава 4. Экспериментальное исследование применения DISLIB для достижения высокой степени масштабируемости приложений класса Data-Intensive
4.1 Описание используемых программно-аппаратных сред
4.2 Сравнение моделей программирования на тесте АРЕХ-МАР
4.3. Масштабирование бенчмарка NPB UA на тысячи ядер с помощью DISLIB
4.4 Распараллеливание бенчмарка Graph500 с помощью библиотеки DISLIB
4.5 Выводы по главе
Заключение
Список литературы ............................................ 13.

Введение
Диссертационная работа посвящена исследованию и разработке методов и программных средств параллельного программирования для достижения высоких степеней масштабируемости суперкомпьютерных приложений на современных и перспективных суперкомпьютерах.
Актуальность работы
В современных высокопроизводительных системах применяется принцип параллельной обработки данных на тысячах вычислительных узлов. Каждый такой узел содержит несколько процессоров с локальной памятью. Для обмена информацией и синхронизации работы узлы
соединяются между собой коммуникационной сетью. Для решениямногих __ современных задач требуется не только большая производительность суперкомпьютеров на арифметико-логических операциях, но и возможность эффективной работы с памятью большого объема,
оцениваемой в десятки и сотни терабайт. Память такого объема обычно
представляет собой десятки тысяч модулей, доступных через
коммуникационную сеть. При больших объемах обрабатываемой информации для производительности суперкомпьютера становится крайне важна не только скорость вычислительных устройств, но и пропускная способность памяти, которая в свою очередь для систем с распределенной общей памятью (DSM) зависит от пропускной способности сети. В настоящее время самым мощным суперкомпьютером в России является суперкомпьютер «Ломоносов», имеющий пиковую производительность более 1.7 петафлопс. «Ломоносов» имеет в своем составе более 52 тысяч ядер х86 и более 480 тысяч ядер GPU. Производительность ведущих мировых суперкомпьютеров составляет десятки петафлопс. Для эффективного использования такого количества ядер требуется написание программ с высокой степенью масштабируемости. [3,4,10]

1.4.9 Описание топологии к-мерный тор (Ы)-тор)
Одна из простейших топологий - многомерная решётка. Тор отличается от решётки наличием дополнительных каналов связи между крайними узлами. В каждый его узел входит и из каждого узла выходит одинаковое число каналов связи, поэтому тор является регулярной симметричной топологией.
Топология А>мерный тор задаётся К числами — размерами сторон тора — ти ...,тк. Многомерный тор гпХ...*тк содержит N - т* ...хда3 узлов. Максимальная длина кратчайшего пути в торе (диаметр) равна £» = }П!2 + ... + [отк/2], а средняя длина кратчайшего пути (средний диаметр) — Ар = УгО. Если среди чисел т, ..., тк нет ни одного равного 2, тогда степень вершин равна 2К, а число дуг Е = NN. Если же среди чисел ггц,..., тк есть ровно 5 равных 2, тогда степень вершин равна К—я, а число дуг Е = (К-в/2)Ы. Пусть т, — размер самой длинной стороны А>мерного тора т*...*тк, тогда его бисекционная ширина находится по формуле В = 2И/т, (если т1 — чётное).
Среди торов часто выделяют два частных случая: гиперкуб и равносторонний тор.
Амерным гиперкубом называют АТ-мерный равносторонний тор, все стороны которого имеют длину 2. Гиперкуб содержит Ы = 2К узлов и Е = К2к~х дуг. Его диаметр равен О = К, а средний диаметр — Оср = УгК. Бисекционная ширина гиперкуба — В = N.
АГ-мерным от-тором (АТ-сйтеп8Юпа1 /и-Логш, АТ-агу от-сиЬе) называют К-мерный равносторонний тор, все стороны которого равны т. Равносторонний тор содержит N = тк узлов и Е = Ктк дуг. Его диаметр равен О = А>ё/и/2й , а средний диаметр — Оср = 'АК'^тИ} .
Для А^-мерного равностороннего тора сечение, определяющее бисекционную ширину, производится гиперплоскостью размерности А-1 перпендикулярной оси, вдоль которой тор имеет максимальную длину (при