一种基于CPU/MIC异构体系结构的高效能系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于CPU/MIC异构体系结构的高效能系统，涉及到计算机高性能计算领域。本发明专利技术的整个系统设计包括三个方面：硬件部分设计、系统环境配置及软件部分设计；该系统实现软硬件一体化设计，采用CPU/MIC异构体系结构，融合了CPU平台的多核计算能力与MIC的众核计算能力，其中CPU参加逻辑计算和密集核心计算，而MIC仅参与核心密集计算，通过CPU与MIC共同计算，实现性能最大化。本发明专利技术的有益效果是：该系统通过CPU与MIC协同计算，解决了高性能计算应用的性能瓶颈和功耗问题，具有高性能、低功耗的特点，且降低了机房构建成本和管理、运行、维护费用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及高性能计算领域，具体地说是一种基于CPU/MIC异构体系结构的 闻效能系统。
技术介绍
高性能计算是信息领域的前沿高技术，随着信息化社会的飞速发展，人类对信息处理能力的要求越来越高 ，不仅石油勘探、气象预报、航天国防、科学研究等需求高性能计算，而金融、政府信息化、教育、企业、网络游戏等更广泛的领域对高性能计算的需求迅猛增长。计算速度对于高性能计算尤为重要，高性能计算将朝多核、众核发展，采用异构并行提升应用计算速度，目前CPU+GPU是非常成熟的异构协同计算模式，但由于GPU在编程效率、细粒度并行算法、大规模并行性能上都存在巨大挑战。MIC (Many Integrated Core)是Intel公司开发的,用于高性能并行计算的众核芯片。它是从已有的Xeon处理器产品基础上发展而来，它专为超高性能计算而生的新架构。MIC在计算机体系中，作为CPU的协处理器而存在。MIC芯片通常有50个以上精简的x86核心，每个core支持4个硬件线程，可并行执行的任务数达到200以上，提供高度并行的计算能力，其双精峰值性能达到lTFlops。MIC技术将加快高性能计算的发展，快速解决高性能计算应用的性能瓶颈。
技术实现思路
本专利技术鉴于现有计算机异构并行提升效能中存在的不足之处，及MIC众核芯片具有高性能并行计算的特点，提供一种基于CPU/MIC异构体系结构的高效能系统。本专利技术所提出的系统针对高性能计算应用，采用CPU/MIC异构体系结构，融合了CPU平台的多核计算能力与MIC的众核计算能力,解决了高性能计算应用的性能瓶颈。该系统是按如下方式解决所述技术问题的整个系统设计包括三个方面硬件部分设计、系统环境配置及软件部分设计；该系统实现软硬件一体化设计，采用CPU/MIC异构体系结构，其中CPU参加逻辑计算和密集核心计算，而MIC仅参与核心密集计算，通过CPU与MIC共同计算，实现性能最大化。下面对该系统的组成部分分别进行说明 (1)硬件部分设计 a)系统的每个节点采用双路，能支持两块CPU同时工作； b)系统带有两个以上PCIE插槽，能插两块MIC卡； c)系统的内存配置要大，是原有CPU系统的2倍以上； d)系统的每个节点功耗能支持1300 以上； (2)系统环境配置 a)操作系统能支持MIC，需要安装Linux操作系统；b)编译器能支持MIC,采用Intel的icc、icpc、ifort编译器； c)支持MIC的驱动； (3)软件部分设计 a)选择高性能计算应用算法； b)对原有应用分析，若原有程序实现是采用单线程运行在CPU平台，则首先利用CPU多核平台，采用OpenMP编程模型把应用程序以多线程方式实现； c)然后在CPU多线程程序基础上在MIC卡上实现线程扩展，采用120个线程并行，使其在MIC上并行执行； d)把整个系统的计算能力划分为3个设备第一块MIC卡作为设备0，第二块MIC卡作为设备1，两块CPU作为设备2 ； e)把整个计算任务按照这三个设备的计算能力进行划分，使三个设备同时并行计算，实现CPU与MIC同时计算，并保证负载均衡。本专利技术的一种基于CPU/MIC异构体系结构的高效能系统的有益效果是该系统通过CPU与MIC协同计算，解决了高性能计算应用的性能瓶颈和功耗问题，具有高性能、低功耗的特点，且降低了机房构建成本和管理、运行、维护费用。 附图说明附图1为本专利技术所述系统的计算设备划分示意图。具体实施例方式为了使本专利技术的目的、技术方案更加清晰，下面结合附图和实施例，对本专利技术作进一步详细说明。本专利技术的目的在于利用CPU/MIC异构体系结构实现一种高效能系统，整个系统设计主要由硬件部分设计、系统环境配置及软件部分设计三部分组成。该系统通过实现软硬件一体化设计，采用CPU/MIC异构体系结构，融合了 CPU平台的多核计算能力与MIC的众核计算能力，其中CPU参加逻辑计算和密集核心计算，而MIC仅参与核心密集计算，CPU与MIC共同计算，实现性能最大化。下面对本专利技术的整个系统设计的各个部分进行说明 (1)硬件部分设计 a)系统的每个节点采用双路，支持两块CPU同时工作； b)系统带有两个以上PCIE插槽，能够插两块MIC卡； c)系统的内存配置要大，是原有CPU系统的2倍以上； d)系统的每个节点功耗支持1300 以上； (2)系统环境配置 d)操作系统要求支持MIC，需要安装Linux操作系统； e)编译器支持MIC,采用Intel的icc、icpc、ifort编译器； f)支持MIC的驱动； (3)软件部分设计 此系统要实现高效，必须软硬件一体化设计，让应用软件运行跑在此系统上效率最高，整个软件部分设计如下 a)选择高性能计算应用算法，此算法有高并行任务，并行任务之间数据无依赖，并行性好,整个应用对系统性能要求高； b)对原有应用分析，当原有程序实现是采用单线程运行在CPU平台上时，则首先利用CPU多核平台；采用OpenMP编程模型把应用程序以多线程方式实现，使其两块CPU的所有核的计算能力全部发挥出来； c)然后在CPU多线程程序基础上在MIC卡上实现线程扩展，采用120各线程并行，使其在MIC上并行执行，发挥出MIC众核的计算能力； d)把整个系统的计算能力划分为3个设备第一块MIC卡作为设备0，第二块MIC卡作为设备1，两块CPU作为设备2 ;如图1所示； e)把整个计算任务按照这三个设备的计算能力进行划分，使三个设备同时并行计算，实现CPU与MIC同时计算，并保证负载均衡，整个系统实现高性能。实施例 下面通过一个实施例来详细说明该高效能系统的技术特点和优点。该实施例中高效能系统如下设计。(I)硬件部分设计 a)系统的每个节点采用双路，支持两块CPU同时工作，本实施过程系统采用2块intel Xeon56756 核 CPU，主频为 3. 07GHz ； b)系统带有两个以上PCIE插槽，能够插2块MIC卡，本系统采用2块MIC卡，每个卡上有30个核心； c)系统的内存配置要大，本系统每个节点配置96GB内存； d)系统的每个节点功耗支持1300 以上，保证整个系统正常运转，本系统最大功率支持1300w。(2)系统环境配置 a)操作系统要求支持MIC,本实施过程采用Red Hat Enterprise Linux 6.0 GA64-bit kernel 2.6. 32-71 ； b)编译器支持MIC，采用 Intel 编译器 l_ccompxe_2013_beta. 0. 047 ； c)支持MIC 的驱动，采用 KNC-AlphaUpdate 1-2.1. 2430-9。(3)软件部分设计 a)选择地震叠前时间偏移(PSTM)作为我们应用的实施的高性能计算应用，此应用算法的并行任务达到几十万，并行任务之间数据无依赖,并行性好,其对性能要求高； b)原有PSTM程序以单线程运行在CPU平台，首先利用CPU多核平台，采用OpenMP编程模型把它以多线程方式实现，把所用计算任务采用16个线程并行起来，使2块CPU的所有核的计算能力全部发挥出来； c)然后在PSTMCPU多线程并行程序基础上在MIC本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于CPU/MIC异构体系结构的高效能系统，其特征在于整个系统设计包括三个方面：硬件部分设计、系统环境配置及软件部分设计；该系统实现软硬件一体化设计，采用CPU/MIC异构体系结构，融合了CPU平台的多核计算能力与MIC的众核计算能力，其中CPU参加逻辑计算和密集核心计算，而MIC仅参与核心密集计算，通过CPU与MIC共同计算，实现性能最大化。

【技术特征摘要】
1.一种基于CPU/MIC异构体系结构的高效能系统，其特征在于整个系统设计包括三个方面硬件部分设计、系统环境配置及软件部分设计； 该系统实现软硬件一体化设计，采用CPU/MIC异构体系结构，融合了 CPU平台的多核计算能力与MIC的众核计算能力,其中CPU参加逻辑计算和密集核心计算,而MIC仅参与核心密集计算，通过CPU与MIC共同计算，实现性能最大化。2.根据权利要求1所述的高效能系统，其特征在于所述硬件部分设计如下 系统的每个节点采用双路，能支持两块CPU同时工作； 系统带有两个以上PCIE插槽，能插两块MIC卡； 系统的内存配置要大，是原有CPU系统的2倍以上； 系统的每个节点功耗能支持1300 以上。3.根据权利要求1所述的高效能系统，其特征在于所述系统环境配置如下 操作系统能支...

【专利技术属性】
技术研发人员：张清，张广勇，
申请(专利权)人：浪潮电子信息产业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：