一种CPU串行程序移植到MIC平台的方法技术

本发明专利技术提供了一种实现CPU串行程序移植到MIC平台的方法，涉及CPU串行程序修改和MIC并行程序移植。该方法包括：按照MIC程序格式要求修改原CPU串行程序，得到新版本的CPU串行程序；然后开发CPU版本的OpenMP版本并行程序；最后把OpenMP程序移植到MIC平台上并进行进一步的优化。本发明专利技术利用先修改CPU串行程序后移植到MIC平台的方法，充分利用CPU和MIC上的资源，快速、有效地实现CPU串行程序移植到MIC平台的方法。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供了一种实现CPU串行程序移植到MIC平台的方法，涉及CPU串行程序修改和MIC并行程序移植。该方法包括：按照MIC程序格式要求修改原CPU串行程序，得到新版本的CPU串行程序；然后开发CPU版本的OpenMP版本并行程序；最后把OpenMP程序移植到MIC平台上并进行进一步的优化。本专利技术利用先修改CPU串行程序后移植到MIC平台的方法，充分利用CPU和MIC上的资源，快速、有效地实现CPU串行程序移植到MIC平台的方法。【专利说明】—种CPU串行程序移植到MIC平台的方法
本专利技术涉及计算机高性能计算领域、并行计算领域，具体涉及一种实现CPU串行程序移植到MIC平台的方法。
技术介绍
MIC (Many Integrated Core)是Intel公司推出的众核处理器,跟通用的多核至强处理器相比，MIC众核架构具有更小的内核和硬件线程，众核处理器计算资源密度更高，片上通信开销显著降低，更多的晶体管和能量，能够胜任更为复杂的并行应用。Intel MIC产品基于X86架构，基于重核的众核处理器，包含50个以上的核心，以及512bit的向量位宽，双精性能超过lTFlops。Intel MIC产品采用PC1-E的方式与主板连接，如图1所示，因此MIC做计算时需要先把数据由CPU内 存传递到MIC内存中。另外，MIC作为众核处理器，并行线程数较多，与CPU平台上的并行方式有很大的不同，正确的MIC并行程序开发过程将获得快速、高效的结果，否则将不能有效地、合理地利用MIC加速。可见，为实现MIC并行程序开发的需求，需要一种快速、有效地实现CPU串行程序移植到MIC平台的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于实现一种快速、有效地CPU串行程序移植到MIC平台的方法，提高MIC并行程序开发效率，降低MIC并行程序开发周期，该方法按照先修改CPU串行程序后移植到MIC平台的原理，把需要在MIC上做的工作尽量先在CPU平台上修改，降低了程序的开发难度，同时有利用bug的调试。可以分为以下步骤: (I)CPU串行程序分析对于CPU串行程序，首先需要测试串行程序中的热点函数，以及分析热点函数的并行性: a)热点测试 根据时间的测试结果确定热点函数，作为后面移植的重点代码模块。b)并行性分析 找出热点代码后，需要分析热点部分的算法、数据特点，根据算法和数据的特点分析其是否可以并行，确定其并行性。c)确定MIC内核使用的数组 根据对串行程序的分析，确定哪些模块需要移植到MIC平台上运行，对于需要运行上MIC平台上的代码内的数据进行分析，确定数组在代码中的什么位置传递到MIC上，传递的方向是in、out、还是inout,以及每次传递时的大小等信息。(2)仿MIC格式的CPU串行程序 MIC程序相对CPU程序比较复杂，当出现bug时，调试的难度也要比CPU程序大很多，为了降低MIC程序开发难度和周期，可以把一些MIC上的移植工作提前在CPU平台上实现，具体涉及下面几个方面:a)修改成可并行算法 对于CPU串行程序，有些代码理论上可以并行，但经过CPU版本的优化之后导致代码不能直接并行化，这时需要根据并行算法的要求修改原程序，改成可并行的模式；有些模块理论上是可以并行的，但串行算法无法直接并行化，需要重新设计并行算法。b)数组修改 根据Mic并行程序对数组格式的要求对串行程序中的数组进行修改。根据前面几条的修改方式，对原CPU程序修改成一个仿MIC格式的CPU串行程序，为后面的移植工作做大量的准备，这样有利于后面MIC程序的开发和调试。(3) CPU平台OpenMP版本程序 基于CPU多核平台和步骤2得到的串行程序利用OpenMP并行编程模型实现其OpenMP并行程序，并保证其结果的正确性。为了满足程序往MIC平台的移植，设计CPU版本的OpenMP程序需要充分考虑扩展性，因为，MCI平台需要设置数百个线程，而CPU平台仅几十个线程。(4) MIC并行程序基本版本 根据对原程序数组的分析，把CPU平台上的OpenMP版本程序移植到MIC平台，主要包括: a)实现Offload语句 根据对数组的分析，完成offload语句，实现数据的传递和MIC内核的调用。b)修改OpenMP线程数 根据MIC核的数目设计OpenMP的线程数，充分利用MIC的计算资源。(5) MIC并行程序优化版本 根据步骤4实现的基本版本的MIC并行程序，利用MIC的优化技术进一步提高并行程序的性能,主要优化包括两个方面:通信优化和内核优化。a) MIC通信优化 MIC计算需要CPU与MIC之间进行数据的传递，合理的利用通信优化技术有利用提高MIC并行程序的性能，主要手段包括:nOCOpy、异步传递等。b) MIC内核优化 MIC内核的优化对其性能更为重要，常见的方法有:并行度、Cache、向量化等。本专利技术的有益效果是:提出一种MIC程序开发的过程，可以快速、有效地实现CPU串行程序移植到MIC平台上，降低MIC并行程序开发的周期和难度，减少bug的调试时间。【专利附图】【附图说明】附图1 CPU+MIC协同计算方式示意图； 附图2 CPU串行程序移植到MIC平台的过程示意图。【具体实施方式】为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清晰，下面结合附图和实施例，对本专利技术作以下详细说明。( I) CPU串行程序分析 对于CPU串行程序，首先需要测试串行程序中的热点函数，以及分析热点函数的并行性: a)热点测试 通常测试热点有两种方法:(1)对每个函数模块添加时间函数，根据打印出来的时间确定热点模块；(2)使用Intel vTune Amplifier XE等热点分析工具确定热点模块。根据时间的测试结果确定热点函数，作为后面移植的重点代码模块。b)并行性分析 找出热点代码后，需要分析热点部分的算法、数据特点，根据算法和数据的特点分析其是否可以并行，确定其并行性。c)确定MIC内核使用的数组 根据对串行程序的分析，确定哪些模块需要移植到MIC平台上运行，对于需要运行上MIC平台上的代码内的数据进行分析，确定数组在代码中的什么位置传递到MIC上，传递的方向是in、out、还是inout,以及每次传递时的大小等信息。(2)仿MIC格式的CPU串行程序 MIC程序相对CPU程序比较复杂，当出现bug时，调试的难度也要比CPU程序大很多，为了降低MIC程序开发难度和周期，可以把一些MIC上的移植工作提前在CPU平台上实现，具体涉及下面几个方面:a)修改成可并行算法 对于CPU串行程序，有些代码理论上可以并行，但经过CPU版本的优化之后导致代码不能直接并行化，这时需要根据并行算法的要求修改原程序，改成可并行的模式；有些模块理论上是可以并行的，但串行算法无法直接并行化，需要重新设计并行算法。b)数组修改 CPU串行程序中使用的数组定义的形式有可能无法在MIC上直接使用，这时需要对数组的定义进行修改，如C语言程序，多维数组改成一维数组，才能进行CPU与MIC之间的数据传递。另外，考虑到向量化和访存之间的关系，有时还需要对数组的访问方向进行修改，从而也需要改变数组的定义形式(如做行列变换)。总之，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种实现CPU串行程序移植到MIC平台的方法，该方法包括：CPU串行程序和MIC并行程序，所述CPU串行程序是指CPU串行程序的分析和修改、以及OpenMP并行程序实现；所述MIC并行程序是指CPU程序移植到MIC平台，以及MIC并行程序的优化。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张广勇，沈铂，卢晓伟，吴绍华，张清，
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：