CN117632530B - 基于新一代申威众核处理器的从核数量调整并行加速方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及基于新一代申威众核处理器的从核数量调整并行加速方法，属于电子信息技术领域。包括：定义初始临界资源控制器CRC精确度；在从核访问主存的过程中，通过临界资源控制器CRC控制的形式，以控制多次所得到从核数量对应的平均时间差值为基准，根据时间差值增大或减少的情况进行临界资源控制器CRC精确度大小的调整，在确定临界资源控制器CRC控制的精确度为1时，即比较相邻从核数量所对应的时间，以此得到最佳的时间和最合适的从核数量。本发明解决了从核执行程序段中的数量选择问题。该方法可以快捷、便利地找到最佳的从核数量，有效的降低程序执行的时间，从而提高应用程序的并行效率，可以适用于申威系列众核处理器。

Description

基于新一代申威众核处理器的从核数量调整并行加速方法
技术领域
本发明涉及基于新一代申威众核处理器的从核数量调整并行加速方法，属于电子信息技术领域。
背景技术
高性能计算作为战略性、前沿性的高端技术，不仅是科技人才培养、创新体系建设的重要组成部分，同时也是发达国家竞争的战略目标，对于提高国民经济、推进科技进步、加强军事国防建设等具有重要意义。超级计算机代表了高性能计算系统的最先进水平，这不仅是国家科技能力在信息社会的重要体现，也是国家科技发展水平和综合国力的重要标志。我国新一代神威超级计算机已开始建设和使用，为多个领域的科学计算应用软件提供了自主可控的并行计算平台，为各领域的数据模拟和科学研究提供了有力支持。
新一代高性能异构多核处理器SW26010pro的设计用于大规模下的线程和数据并行，并在并行工作负载上提供高性能计算能力。SW26010pro处理器包含6个核组，核组之间通过片上网络连接。与此同时，每个核组有65个核心，其中包括1个主核、64个从核和1个存储器，共计390核。64个从核通过8×8网格的形式排列。SW26010pro处理器的硬件架构如图1所示。SW26010pro处理器中从核阵列的架构如图2所示。
由于申威众核处理器架构的特殊性，在从核访问主存的过程中，会出现多个从核同时访问主存的情况，从而出现临界资源互斥，进一步会导致冲突。如图3所示，以0号从核和1号从核为例。当0号从核和1号从核同时访问主存d0部分时，会出现以下情况：在0号从核访问完主存d0部分后，主存d0部分会得到对应的返回值，而1号从核也会进行对应的访问工作，从而主存d0部分再次得到返回值，最终导致主存d0部分重复计算，得到错误的结果。这就需要使用控制临界资源的方法。在控制临界资源访问主存的过程中，使用从核的数量难以确定。使用过多的从核数量可能会引起临界资源的争夺，过少的从核数量可能会导致计算资源利用不足。总之，过多或者过少的从核数量都可能导致并行资源利用率的下降。例如，采用16个从核时，可能等待的从核数量为5个；而采用64个从核时，可能等待的数量为10个。过多的等待资源不利于程序的快速执行。
由上述情况可知，在存在临界区资源访问的情况下，从核数量并不是越多越好，使用更多的从核并不一定代表有更好的加速效果。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了基于新一代申威众核处理器的从核数量调整并行加速方法；
本发明根据从核的资源配置情况，针对控制临界资源访问主存的场景，解决了从核执行程序段中的数量选择问题。该方法可以快捷、便利地找到最佳的从核数量，有效的降低程序执行的时间，从而提高应用程序的并行效率。
本发明的技术方案为：
基于新一代申威众核处理器的从核数量调整并行加速方法，包括：
定义初始临界资源控制器CRC精确度；
在从核访问主存的过程中，通过临界资源控制器CRC控制的形式，以控制多次所得到从核数量对应的平均时间差值为基准，根据时间差值增大或减少的情况进行临界资源控制器CRC精确度大小的调整，在确定临界资源控制器CRC控制的精确度为1时，即比较相邻从核数量所对应的时间，以此得到最佳的时间和最合适的从核数量。
根据本发明优选的，在访问临界资源之前通过临界资源互斥锁CRM获取到锁，并且在访问完临界资源后释放锁，防止其他从核同时访问该临界资源。
根据本发明优选的，定义初始临界资源控制器CRC精确度为4，6或8。
根据本发明优选的，以控制多次所得到从核数量对应的平均时间差值为基准，根据时间差值增大或减少的情况进行临界资源控制器CRC精确度大小的调整；包括：
针对若干从核数，记录若干个从核数所对应的时间；
在运行的过程中，对相邻两次测试对应的从核时间差differ进行记录：若前者differ1大于后者differ2，则减小精确度；若后者differ2大于前者differ1，则增大精确度；在调整临界资源控制器CRC精确度后，采用计数器num完成differ的更新并实时记录迭代次数，直至确保临界资源控制器CRC精确度降到1为止；
在确定临界资源控制器CRC精确度后，根据时间preTime 、currentTime 、nextTime 进行二次最佳从核数的查找，直至得到最佳的时间和最合适的从核数量。
根据本发明优选的，在确定临界资源控制器CRC控制的精确度为1时，即比较相邻从核数量所对应的时间，以此得到最佳的时间和最合适的从核数量，包括：
在确定控制器精确度为1后，根据时间preTime 、currentTime 、nextTime 进行二次最佳时间的查找，将三者的时间进行比较排序得到最佳的时间；
从核数量和时间是相互对应的，得到最佳的时间后，即得到最合适的从核数量。
根据本发明优选的，在访问临界资源之前通过临界资源互斥锁CRM获取到锁，并且在访问完临界资源后释放锁；包括：
临界资源互斥锁CRM的初始化操作：在内存中分配一块内存空间作为临界资源互斥锁CRM变量，并将其初始化为0；
临界资源互斥锁CRM的添加与解除：在访问临界资源之前，添加临界资源互斥锁CRM；在添加完毕后，进行核心内容的计算；在计算完毕后，解除临界资源互斥锁CRM；
临界资源互斥锁CRM的数据处理：在添加和解除临界资源互斥锁CRM完毕后，进行数据处理。
一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现基于新一代申威众核处理器的从核数量调整并行加速方法的步骤。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现基于新一代申威众核处理器的从核数量调整并行加速方法的步骤。
本发明的有益效果为：
本发明设计了临界资源下的两种工具—临界资源互斥锁CRM（Critical ResourceMutex）与临界资源控制器CRC（Critical Resource Controller），CRM的设计可进行锁的添加与解除，能够有效的避免并行写冲突问题；CRC的设计可以对控制器精确度的大小和控制器位置进行有效调整，以此得到最佳的从核数量。本发明可以有效的缩短运行时间，解决从核数量的最佳选择问题，提升应用程序的并行性能与加速效果。
附图说明
图1为SW26010pro处理器硬件架构示意图；
图2为SW26010pro处理器中从核阵列的架构示意图；
图3临界资源互斥的冲突过程示意图；
图4为临界资源控制器CRC的具体实现过程示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图和实施例对本发明作进一步限定，但不限于此。
实施例1
基于新一代申威众核处理器的从核数量调整并行加速方法，包括：
在并行写冲突的过程中，不同的从核数在访问过程中需要等待的从核数量也可能不同。在存在临界区资源访问的情况下，从核数量并不是越多越好，使用更多的从核并不一定代表有更好的加速效果。因此，为了能够更好的获取程序所需的最短时间，取得更好的加速效果，需要确定合适的从核数量。
在寻找最合适的从核数量的过程中，本发明提出了临界资源控制器CRC（CriticalResource Controller），临界资源控制器CRC的使用可分为两部分。首先，在使用临界资源控制器CRC前，程序员根据自身需求定义初始临界资源控制器CRC精确度；其次，在从核访问主存的过程中，通过使用临界资源控制器CRC，控制多次所得到从核数量对应的平均时间差值为基准，根据时间差值增大或减少的情况进行临界资源控制器CRC精确度大小的调整，在确定临界资源控制器CRC控制的精确度为1时，即比较相邻从核数量所对应的时间，以此得到最佳的时间和最合适的从核数量。
本发明能够快速、有效地找到最佳的从核数量，有效的缩短了运行时间，提升了应用程序的并行性能与加速效果。
实施例2
根据实施例1所述的基于新一代申威众核处理器的从核数量调整并行加速方法，其区别在于：
为了避免临界资源互斥的发生，即有效的避免并行写冲突问题，需要加锁控制。
在程序运行的过程中，由于没有任何限制，多个从核可以同时访问临界资源，这样可以提高并行度和效率。随着从核数量的增多，每个从核需要处理的任务就会减少，所以需要的时间也会越来越少。但是，这样也会带来一个问题，就是当多个从核同时访问临界资源时，可能会出现数据不一致或者覆盖的情况，导致程序的结果出错。
为了解决上述问题，本发明提出了一种临界资源互斥锁CRM，在访问临界资源之前通过临界资源互斥锁CRM获取到锁，并且在访问完临界资源后释放锁，防止其他从核同时访问该临界资源。从而保证数据的一致性和正确性，使其能够有效的避免并行写冲突问题；在使用临界资源互斥锁CRM之后，就可以避免上述问题的发生。每次只有一个从核能够通过临界资源互斥锁CRM获取到锁，并且在访问完临界资源后释放锁，这样就可以保证数据的一致性和正确性。
实施例3
根据实施例1所述的基于新一代申威众核处理器的从核数量调整并行加速方法，其区别在于：
根据程序员对于程序的需求完成对临界资源控制器CRC精确度的初始值的确定。如果所使用的从核数量范围较大，则采用较大的CRC精确度；如果所使用的从核数量范围较小，则采用较小的CRC精确度。定义初始临界资源控制器CRC精确度为4，6或8。
以控制多次所得到从核数量对应的平均时间差值为基准，根据时间差值增大或减少的情况进行临界资源控制器CRC精确度大小的调整；如图4所示，包括：
针对若干从核数，记录若干个从核数所对应的时间；
在运行的过程中，对相邻两次测试对应的从核时间差differ进行记录：若前者differ1大于后者differ2，则减小精确度；若后者differ2大于前者differ1，则增大精确度；在调整临界资源控制器CRC精确度后，采用计数器num完成differ的更新并实时记录迭代次数，直至确保临界资源控制器CRC精确度降到1为止；
在确定临界资源控制器CRC精确度后，根据时间preTime 、currentTime 、nextTime 进行二次最佳从核数的查找，直至得到最佳的时间和最合适的从核数量。
以三个从核数及其所对应的时间为例，设置初始控制器精确度为8，并假设64个从核、56个从核、48个从核所对应的时间分别为100s、90s、78s。在运行的过程中，会首先记录第64个从核和第56个从核所对应的时间差并记录为differ1=10s，记录第56个从核和第48个从核所对应的时间差并记录为differ2=12s，由differ2>differ1可知，此时应增大控制器精确度，反之，若differ1>differ2时，应减小控制器精确度，在增加（减少）控制器精确度后，采用计数器num完成differ的更新并实时记录迭代次数，直至确保控制器精确度降到1为止。在确定控制器精确度后，根据时间preTime 、currentTime 、nextTime 进行二次最佳从核数的查找，直至得到最佳的时间和最合适的从核数量。
在确定临界资源控制器CRC控制的精确度为1时，即比较相邻从核数量所对应的时间，以此得到最佳的时间和最合适的从核数量，包括：
在确定控制器精确度为1后，根据时间preTime 、currentTime 、nextTime 进行二次最佳时间的查找，将三者的时间进行比较排序得到最佳的时间；
从核数量和时间是相互对应的，得到最佳的时间后，即得到最合适的从核数量。
实施例4
根据实施例2所述的基于新一代申威众核处理器的从核数量调整并行加速方法，其区别在于：
在访问临界资源之前通过临界资源互斥锁CRM获取到锁，并且在访问完临界资源后释放锁；该实现过程具体所需函数如表1所示，表1为所需函数及功能表；包括：
临界资源互斥锁CRM的初始化操作：通过CRM _init()函数，在内存中分配一块内存空间作为临界资源互斥锁CRM变量，并将其初始化为0；
临界资源互斥锁CRM的添加与解除：在访问临界资源之前，通过CRM _lock(&lock_s[ ])函数添加临界资源互斥锁CRM；在添加完毕后，进行核心内容的计算；在计算完毕后，通过CRM _unlock(&lock_s[])函数解除临界资源互斥锁CRM；
临界资源互斥锁CRM的数据处理：在添加和解除临界资源互斥锁CRM完毕后，通过CRM _dma_get( )函数和CRM _dma_put( )函数进行数据处理。
表1
其中，lock_s[ ]中存放对应的计算量；
实施例5
一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，处理器执行计算机程序时实现实施例1-4任一所述的基于新一代申威众核处理器的从核数量调整并行加速方法的步骤。
实施例6
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现实施例1-4任一所述的基于新一代申威众核处理器的从核数量调整并行加速方法的步骤。

Claims (7)

1.基于新一代申威众核处理器的从核数量调整并行加速方法，其特征在于，包括：
定义初始临界资源控制器CRC精确度；新一代申威众核处理器的型号为SW26010pro；
在从核访问主存的过程中，通过临界资源控制器CRC控制的形式，以控制多次所得到从核数量对应的平均时间差值为基准，根据时间差值增大或减少的情况进行临界资源控制器CRC精确度大小的调整，在确定临界资源控制器CRC控制的精确度为1时，即比较相邻从核数量所对应的时间，以此得到最佳的时间和最合适的从核数量；
以控制多次所得到从核数量对应的平均时间差值为基准，根据时间差值增大或减少的情况进行临界资源控制器CRC精确度大小的调整；包括：
针对若干从核数，记录若干个从核数所对应的时间；
在运行的过程中，对相邻两次测试对应的从核时间差differ进行记录：若前者differ1大于后者differ2，则减小精确度；若后者differ2大于前者differ1，则增大精确度；在调整临界资源控制器CRC精确度后，采用计数器num完成differ的更新并实时记录迭代次数，直至确保临界资源控制器CRC精确度降到1为止；
在确定临界资源控制器CRC精确度后，根据时间preTime、currentTime、nextTime进行二次最佳从核数的查找，直至得到最佳的时间和最合适的从核数量。
2.根据权利要求1所述的基于新一代申威众核处理器的从核数量调整并行加速方法，其特征在于，在访问临界资源之前通过临界资源互斥锁CRM获取到锁，并且在访问完临界资源后释放锁。
3.根据权利要求1所述的基于新一代申威众核处理器的从核数量调整并行加速方法，其特征在于，定义初始临界资源控制器CRC精确度为4，6或8。
4.根据权利要求1所述的基于新一代申威众核处理器的从核数量调整并行加速方法，其特征在于，在确定临界资源控制器CRC控制的精确度为1时，即比较相邻从核数量所对应的时间，以此得到最佳的时间和最合适的从核数量，包括：
在确定控制器精确度为1后，根据时间preTime、currentTime、nextTime进行二次最佳时间的查找，将三者的时间进行比较排序得到最佳的时间；
从核数量和时间是相互对应的，得到最佳的时间后，即得到最合适的从核数量。
5.根据权利要求2所述的基于新一代申威众核处理器的从核数量调整并行加速方法，其特征在于，在访问临界资源之前通过临界资源互斥锁CRM获取到锁，并且在访问完临界资源后释放锁；包括：
临界资源互斥锁CRM的初始化操作：在内存中分配一块内存空间作为临界资源互斥锁CRM变量，并将其初始化为0；
临界资源互斥锁CRM的添加与解除：在访问临界资源之前，添加临界资源互斥锁CRM；在添加完毕后，进行核心内容的计算；在计算完毕后，解除临界资源互斥锁CRM；
临界资源互斥锁CRM的数据处理：在添加和解除临界资源互斥锁CRM完毕后，进行数据处理。
6.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1-5任一所述的基于新一代申威众核处理器的从核数量调整并行加速方法的步骤。
7.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-5任一所述的基于新一代申威众核处理器的从核数量调整并行加速方法的步骤。
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