大数据环境下并行计算模型的研究进展

在大数据时代,制约并行计算发展的掣肘正在发生改变,为分布式并行计算带来了前所未有的机遇和挑战.回顾了并行计算的发展和大数据环境下的新变化;结合硬件环境、计算模式、以及应用需求等对于并行计算模型研究的影响,综述了面向批处理、面向流处理、面向图数据以及面向内存等几类并行计算模型的相关研究;展望了其发展趋势.     

小型Linux集群系统的组建

并行计算广泛地应用到各个领域,基于Linux集群的MPI并行环境是一个廉价而高效的并行计算、系统.介绍了一种基于Linux集群的MPI并行计算平台的构建方法,并提出了软件的详细配置过程.     

基于并行计算的空间co-location模式挖掘

提出适合并行计算的空间数据分区算法,并在此基础上提出基于并行计算的空间co-location挖掘算法.在三类数据集上做了大量的实验.实验结果表明,基于并行计算的算法在很大程度上提高了挖掘的效率,为进行空间大数据的挖掘提供了有效且快速的方法.     

滑动轴承混合润滑多线程并行计算数值方法

针对混合润滑数值分析将动压效应、弹性变形和界面接触特性耦合而非常耗时的问题,基于共享内存并行系统的多线程程序设计语言OpenMP,提出一种多线程混合润滑并行计算数值方法——红黑线交叉并行计算法.该并行计算模型是将雷诺方程求解域分成两个相互独立的子求解域,依次对两个子求解域进行并行数值求解,可以有效克服CPU线程间数据争用问题,加快求解速度.着重研究了并行计算核数、网格数量和工作站配置对并行计算性能的影响,分析结果表明:并行计算模型能够有效提高滑动轴承混合润滑计算速度,并行计算速度的提升幅度与并行计算核数成非线性关系,随着CPU核数的增加计算速度的增加幅度逐渐减小;此外,与内存和缓存相比,CPU的主频对并行计算速度有非常大的影响.     

基于OpenMP的湍流场中颗粒碰撞聚合的并行数值模拟

为了快速求解10000个粒子的湍流碰撞聚合问题,采用OpenMP对Smoluchowski方程的FORTRAN求解程序进行了并行处理.数值结果表明:在不改变串行程序结构的情况下,仅对循环体部分进行并行处理,并行效率可高达80%,且串行程序与并行程序的计算结果完全吻合.对于大计算量循环体的并行计算,采用全部处理器进行并行计算时耗时最小.但是对于小计算量循环体的并行计算,采用全部处理器进行并行计算时耗时不一定最小.     

高效率FDTD网络并行计算研究

在一套Beowulf型网络并行计算机系统上,对FDTD并行化处理中的区域分割、邻近子区域之间的边界数据交换、数组操作和进程同步等关键步骤进行了研究和优化,提出了采用MPI并行函数的FDTD并行计算方案.通过三维FDTD并行计算举例,验证了并行计算的正确性,通过测试得到了较高的并行效率.     

物探数据处理网络并行计算环境的设计和实现

本文讨论应用网络并行计算处理物探数据时并行计算环境的设计和实现,介绍了机群系机构在实际项目中的应用.     

Windows环境下河网水流多线程并行计算

基于多任务Windows操作系统的线程和事件机制,利用Windows系统API函数创建多个线程,并对共享内存式的多个线程运行互斥与同步实行统一管理,从而实现了河网水流的多线程并行计算.测试结果表明,采用与CPU内核数相同的线程数进行并行计算,可以达到最佳的并行计算效果.     

向量式有限元桁架结构并行程序节点分配技术

结合向量式有限元(VFIFE)的计算规则以及桁架结构的特点,提出了一种并行程序节点分配机制.通过对桁架结构模型数据的分析,定义模型数据的分解规则,动态实现对模型数据的分解.依据分解的结果来动态划分并行计算的数据集,并且基于特定的并行计算框架完成并行计算.实例验证表明,该节点分配机制是有效的,并且极大地提高了计算效率.     

MPI环境下FDTD高效率网络并行计算研究

FDTD(FiniteDifferenceTimeDomain)计算复杂电磁场问题存在计算时间长和内存耗用大的难题,并行计算可以减少单机处理量,是解决该难题的有效途径.本文针对网络并行系统特点结合FDTD算法,提出了有效的优化步骤,采用MPI并行函数库实现高效率FDTD并行计算.在一套16台微机组成的网络并行计算机系统上完成了三维FDTD并行计算举例.计算结果证明了该方案的正确性,并且得到了较高的并行效率.     

基于多GPU加速的各向异性弹性波正演模拟

比较分析了在不同网格大小介质模型情况下,分别采用串行计算、CPU 16个线程并行计算和4块GPU并行计算进行各向异性弹性波动方程正演模拟的执行时间差异。发现在网格点为2563的大模型上,用4块GPU的并行模拟计算相对16线程并行计算与串行计算的加速分别为30倍与156倍。表明多GPU并行算法可以显著缩短数值模拟时间,而且模型网格越大,加速效果越显著。因此,在单机环境下进行大尺度模型的各向异性弹性波正演模拟,采用多GPU并行计算方式是一个合适的加速选择。     

池化分布式计算网络系统的设计与实现

通过连接众多计算资源,搭建分布式计算环境来进行分布式计算已成为一种重要趋势。本文明确了搭建分布式网络系统和目前网络结构之间的矛盾,通过分析目前分布式计算系统结构的本质特征,提出了池化分布式并行计算网络连接结构并讨论了其中关键难点问题。     

Integrated research of parallel computing: Status and future

In the past twenty years, the research group in University of Science and Technology of China has developed an integrated research method for parallel computing, which is a combination of ＂Architecture- Algorithm-Programming-Application＂. This method is also called the ecological environment of parallel computing research. In this paper, we survey the current status of integrated research method for parallel computing and by combining the impact of multi-core systems, cloud computing and personal high performance computer, we present our outlook on the future development of parallel computing.     

基于多Agent协同构建分布式并行遗传算法

针对并行遗传算法中计算资源的分配问题 ,提出了分布式并行遗传算法结构。它由若干计算节点组成 ,每个节点包含若干运行子遗传算法的计算单元。节点的计算能力依照一定的并行模式映射到单元 ;各子算法则根据一定的拓扑结构进行个体交换。从多 Agent系统的观点看 ,计算单元是独立的 Agent,其并行运行涉及计算资源的分配 ,体现了算法对它们的协调 ;个体的迁移体现了它们之间的协作。并且分析了由两个单元构成的算法在不同并行模式和不同个体迁移因子下的性能。     

MPI并行计算性能的研究

探索了一种基于Windows系统平台的、用于实现高性能计算的MPI并行环境.采用MPI最新版本MPICH2-1.0.6作为并行计算的支撑环境,通过编制的三个具有代表性的MPI并行计算程序,并在以100M bps交换式局域网作为互连的机群上和具有双核处理器的PC机上分别进行了并行效率的实际测试,得到了预期结果,并做了相应分析.     

MPI并行计算性能的研究

探索了一种基于Windows系统平台的、用于实现高性能计算的MPI并行环境.采用MPI最新版本MPICH2-1.0.6作为并行计算的支撑环境,通过编制的三个具有代表性的MPI并行计算程序,并在以100M bps交换式局域网作为互连的机群上和具有双核处理器的PC机上分别进行了并行效率的实际测试,得到了预期结果,并做了相应分析.     

基于消息传递的MCC集群实现

并行处理是提高计算能力的一种方法,通过网络相互连接的工作站和PC构成一个庞大的资源,以多计算机互连为基础的集群成为一种新的高效的大规模并行计算工具.本文讨论了基于消息传递机制的并行处理系统MCC的设计和实现方案.MCC系统提供了消息队列管理、节点管理、任务管理等功能,为用户提供了一个良好的并行程序开发和设计的环境.     

基于Matlab机群的分布式并行图像匹配算法

分析了Matlab并行计算工具箱中各部件的关系,对分布式并行计算环境中的关键参数进行了设置,构建了并行计算机群。将基于Matlab机群的分布式并行处理引入到图像匹配中。以灰度相关匹配算法为例,结合并行处理对图像灰度匹配进行并行实现。实验结果表明:并行化处理能有效缩短匹配时间,对进一步研究并行图像处理有一定的指导意义。     

基于高性能微机群集的并行计算环境的设计与实现

基于工作站或高性能微机群组的并行计算,是并行计算领域研究的热点。常见的并行环境有ＭＰＩ等,但它们编程复杂,并行程序的可移植性差。该文介绍了一种有效的并行计算模型ＢＳＰ,它的并行编程容易,性能可预测,程序的可移植性好。